电缆屏蔽效能测试方法比较
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电缆屏蔽效能测试方法比较

2021-10-24 20:11:02 投稿作者: 点击:

【摘要】比较分析了三同轴法、线注入法、功率吸收钳法和混波室法等主要的电缆屏蔽效能测试方法,总结了目前电缆屏蔽效能测试存在的主要问题与不足,并从电缆应用的实际要求出现了提出了宽频带电缆屏蔽效能测试方法。

【关键词】电缆 屏蔽效能 测试 宽频带

【中图分类号】G424【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2008)10(b)-0177-02

1 引言

电缆广泛应用于电气控制、通信与计算机系统中,是组成电子系统的重要单元。由于电缆及电缆组件的不连续性,电缆也成为影响系统电磁兼容性能的重要因素之一。解决电缆引起的电磁兼容问题的一个重要方法就是进行电缆屏蔽。由于屏蔽效能的精确建模仍存在争议,研究电缆的屏蔽效能测试技术对于电缆的选择起着重要作用。

2 电缆屏蔽效能主要测试方法

关于电缆的屏蔽效能测试主要从以下两个方面开展:一是通过测试电缆表面转移阻抗来评价其屏蔽效能,这类方法有三同轴法、线注入法、电流探头法等;二是直接测试其屏蔽效能,这类方法主要有功率吸收钳法、混波室法、TEM小室法等。

2.1 三同轴法

早在十九世纪早期,Zorzy和Muehlb erger就用三同轴装置测量连接器的高频转移阻抗。他们的测试装置和程序是后来很多屏蔽效能测试的基础,如MIL-C-3902、MIL-C-38999和IEC 62153-4-3[1]等。三同轴法是一种经典测量转移阻抗的方法,测试频段在主要在100MHz以下,它把被测线缆置于同轴的无铁磁性的良导体管(比如黄铜或纯铜)内,构成一三同轴(同轴电缆内导体、同轴电缆外导体和同轴的良导体管)装置。其装置由互易原理分为两种,一种由同轴电缆注入信号,远端管子取出耦合信号,另一种由管子注入信号,远端同轴电缆取出耦合信号。三同轴装置测同轴电缆是一种封闭式的测试方法,理论和实践的发展也较成熟,其精度较高,但试样的制备复杂。后来发展的“扩展三同轴法”,频率上限可以测到几个吉赫兹,

2.2 线注入法

线注入法[2]是在三同轴法的基础上发展起来的,它用一根导线代替三同轴法中的同轴良导体,该导线称为注入线。信号注入线注入,经过屏蔽层返回时通过转移阻抗和容性耦合阻抗耦合到同轴线内部的电路;可以把耦合的导线做成弧形放在相对的位置,甚至必要时在各个方向上进行,以使其耦合更充分从而可以测到最坏的屏蔽情况。线注入法能測量直至吉赫兹的转移阻抗,其测试装置较简单,但测试不同电缆时特性阻抗调整不方便。1998年,Hoeft通过实验测量和理论分析证明了线注入法与四轴法在测量转移阻抗上的等效性,其频率范围仅为30kHz-30MHz。2003年,Hyun-YoungLee按IEC 96-1线注入法分析了线注入法与受试电缆内导体位置对转移阻抗测量的影响,及转移阻抗随频率变化的规律,其所做的工作为线注入法在转移阻抗测试中的应用提供了很好的参考,但仍存在频率范围窄的问题。

2.3 功率吸收钳法

功率吸收钳法也是一种常用的测电缆屏蔽衰减的方法,其为长线测量,使用频率由功率吸收钳的工作频率决定,一般为30-1000MHz和300-2500MHz两种。1998年,Erik Bech[3]用功率吸收钳法测量了30MHz-1GHz电缆和连接器的屏蔽效能。功率吸收钳法测试时信号从受试电缆注入,作为第一级电路,电缆屏蔽层与周围环境构成第二级电路。泄漏的信号由于电缆和周围环境之间的电磁耦合,在屏蔽层上激励了表面波,它沿屏蔽层向两个方向传播,我们分别在两个方向上(即近端和远端)用功率吸收钳进行测量,并取近端和远端测量所得的最大功率值。铁氧体吸收器和功率吸收钳中的铁氧体环用来吸收反射的电缆屏蔽层表面波,所以可以认为功率吸收钳法是一种匹配状态下的测试方法,受试电缆的有效长度要满足长线测量要求,一般取6m。由于功率吸收钳有十几个分贝的插入损耗,因此功率吸收钳法的测试动态范围受到限制。

2.4 混波室法

混波室是一个电大的、高导电的、结构复杂的封闭腔体,通过搅拌器转动提供一个统计各向同性的、各种极化的、均匀的电磁环境。由于结构封闭且内部无吸波材料使得混波室Q值较高,一定入射功率能工作区域产生高强度辐射场。混波室法电缆屏蔽效能测试是通过比较混波室内的受试电缆内外的电磁场功率得到屏蔽衰减,具体方法是在一定输入功率下比较接收天线和受试电缆的输出值。利用混波室进行电缆屏蔽效能测试的优点在于:无理论使用频率上限,并且由于其高Q值,一定的输入功率可以产生很高的场强,所以其动态范围很大,国外有资料表明已测到150dB[4]。其缺点在于:其最低使用频率较高。

3存在问题与不足

综合分析现有的电缆、连接器、电缆组件的屏蔽效能测试方法,可将其分为适用于低频的测试方法,如三同轴法、线注入法、电流探头法、功率吸收钳法等;适用于高频的混波室测试方法。转移阻抗测量方法是基于屏蔽效能与转移阻抗的关系,通过测量转移阻抗来评价电缆、连接器及电缆组件的屏蔽效能。当频率升高时现有的屏蔽效能与转移阻抗的关系不再适用,目前关于这种对应关系的实验验证较少,[5]中也仅在10MHz-500MHz频率范围内进行了对比分析。另一方面由于受测试精度的影响,基于转移阻抗的测试方法也不能用到高频,如Sali[6]提出的改进的测编织同轴电缆转移阻抗的三同轴装置也只能工作到3.5GHz,这对于现在微波段的工作频率要求是远远不够的。功率吸收钳法和TEM小室法也由于受测试精度及测试设备本身频率应用范围的限制而不能用于高频测量。就目前来说,测量电缆、连接器、电缆组件的高频屏蔽效能的理想方法是混波室法,但由于混波室受最低使用频率的限制,它只能用于较高频段的测量。因此,要进行全频段的屏蔽效能测量必须将低频方法与高频方法结合起来。

一方面,伴随信息设备的广泛应用,电磁环境越来越恶劣,干扰频谱从电源频率到吉赫兹以上的高频段,几乎覆盖了整个电磁波范围。另一方面目前电缆屏蔽效能测试方法研究只针对某一种测试方法,从上面各方法的分析中可看出单一的方法不能适应宽频带的要求。为适应宽频带的要求,需综合分析比较不同的测试方法,建立宽频带的电缆屏蔽效能测试方法。

4 展望

功率吸收钳法和混波室法都是直接测试屏蔽效能的方法,可通过分析的测试比较在两种方法在交接屏蔽上的测试结果,建立功率吸收钳法与混波室法相结合的宽频带电缆屏蔽效能测试系统。三同轴法、线注入法和电流探头法等方法都是通过转移阻抗来衡量电缆屏蔽性能的,这些测试转移阻抗的方法也比较常用,可将方法与直接测试屏蔽效能的方法进行比较分析,通过线注入法、功率吸收钳法和混波室法进行转移阻抗与屏蔽效能测量,修正现有的转移阻抗与屏蔽效能关系,增强各种测试方法间的可比较性。

参考文献

[1] IEC 62153-4-3-2002. Metallic communication cable test methods – part 4-3:electromagnetic compatibility (EMC) – surface transfer impedance – triaxial method.

[2] IEC 96-1. Radio Frequency Cables,Part 1:General requirements and measuring methods,Appendix A5.7:Line injection method,1990.

[3] Erik Bech. Improvement of the absorbing clamp coupling and screening attenuation measurements and standards for symmetric and coaxial cables and connecting hardware (connectors and cable assemblies). 1998 IEE Colloquium on Screening Effective Measurement:5/1 - 5/9.

[4] E A Godfrey,J T Kousky. Measuring the shielding effectiveness of coaxial cables using a reverberation chamber. 2000 IEEE International Symposium on EMC,627-631.

[5] M Taghivand. Correlation between shielding effectiveness and transfer impedance of shielded cable. 2004 International Symposium on EMC:942-945.

[6] S Sali. Cable shielding measurements at microwave frequencies. IEEE Transactions on EMC,2004,46(2):178-188.

參考文献

[1] Sonstroem R J,Potts S A. Life adjust conrrelates of physical self-concepts[J].Medicine science in sport Exercise, 1996,28(5):619-625.

[2] Hagger M,Ashford B,stambulova N. Russian and British children’ s physical self-perceptions and physical activity participation[J].Pedicatric Exercise Science, 1998,10:137-152.

[3] McAuley E.The role of efficacy cognitions in the prediction of exercise behaviour of middle-aged adults[J].Journal of Behavioral Medicine, 1992,15:65-88.

[4] 薛林峰,徐金尧.不同体育锻炼对身体自尊的影响[J].北京体育大学学报,2006,07:916-920.

[5] 谢琴,吴佑年.大学生身体自尊与体育锻炼参与的研究[J].广州体育学院学报2002,22(5):46-48.

[6] 何颖,徐明.大学生体育锻炼与抑郁水平、身体自尊水平的相关性分析[J]. 成都体育学院学报2002,28(1)65-68.

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