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了解用于電磁和射頻測(cè)試的電波暗室

江師大電信小希 ? 來源:江師大電信小希 ? 作者:江師大電信小希 ? 2023-04-27 12:14 ? 次閱讀
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電子工程師使用電波暗室進(jìn)行電磁兼容性 (EMC)或電磁干擾 (EMI)和射頻測(cè)試。這些腔室的內(nèi)壁經(jīng)過特殊材料處理,可以吸收電磁波。

還有音頻消聲室,專為錄音等應(yīng)用而設(shè)計(jì),吸收聲波而不是電磁能。

本文涉及電磁波暗室的基礎(chǔ)知識(shí),特別是它們與 RF 測(cè)試的關(guān)系。

電磁測(cè)量:常見要求

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域需要測(cè)量電磁波。例如,在使用天線時(shí),我們需要知道天線如何將電磁能量發(fā)送到太空(或用作接收器時(shí)如何接收)。這通過天線的輻射方向圖來表征,如圖 1 所示。

圖 1(a) 顯示了由兩條沿 z 軸定向的細(xì)線創(chuàng)建的偶極天線。

了解用于電磁和射頻測(cè)試的電波暗室

圖 1.天線模型和方向圖。圖片由思科提供

該圖還顯示了 3-D 輻射方向圖(圖 1(b)),以及完美偶極天線的主平面方向圖(圖 1(c) 和 1(d))。

天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分,會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的許多關(guān)鍵決策。例如,了解手機(jī)信號(hào)塔的輻射模式以確定它們之間的間距很重要。

在導(dǎo)彈、飛機(jī)或其他類似武器的電磁兼容性測(cè)試和雷達(dá)截面測(cè)試等領(lǐng)域也需要測(cè)量電磁波。

室外電磁波測(cè)量挑戰(zhàn)

圖 2 顯示了測(cè)量天線輻射方向圖的示例設(shè)置。

了解用于電磁和射頻測(cè)試的電波暗室

圖 2.天線輻射測(cè)量的示例設(shè)置

在此設(shè)置中,被測(cè)天線 (AUT) 充當(dāng)接收器。

參考天線傳輸已知量的功率。定位器將 AUT 旋轉(zhuǎn)到所需位置(調(diào)整 θ 和 φ),測(cè)量系統(tǒng)記錄接收到的功率。這些測(cè)量形成了方位角/仰角平面中輻射方向圖的極坐標(biāo)圖。

這種測(cè)量可以在開放區(qū)域測(cè)試場(chǎng)地 (OATS) 中進(jìn)行;然而,戶外測(cè)試有一些缺點(diǎn)。

首先,測(cè)試環(huán)境中存在的外來電磁波也會(huì)被 AUT 接收,從而在我們的測(cè)量中引入誤差。這些外來波可能來自各種,例如 FM 無線電發(fā)射器、手機(jī)、空中交通等。

室外電磁波測(cè)量也容易受到風(fēng)雨等天氣條件的影響。

另一個(gè)問題是地板和任何其他周圍結(jié)構(gòu)的反射。如上圖所示,這些不需要的反射也會(huì)被 AUT 拾取。

電波暗室作為可靠的射頻屏蔽測(cè)試環(huán)境

解決我們剛才討論的問題的一種方法是使用電波暗室。

消聲室使用金屬墻來保護(hù)我們的設(shè)備免受外來無線電信號(hào)的影響。為了盡量減少不需要的反射,特殊的 RF 吸收材料用于覆蓋腔室的內(nèi)壁。

屏蔽測(cè)試環(huán)境免受外部干擾以及的墻壁反射波,實(shí)際上模擬了在一個(gè)無限大的房間內(nèi)并實(shí)現(xiàn)的可重復(fù)測(cè)量。

消聲室的大小可以從桌面外殼到典型的房間,工程師可以走進(jìn)去工作,再到像飛機(jī)機(jī)庫一樣大的空間。

大型電波暗室通常要花費(fèi)一大筆錢。一個(gè)大到足以在 AUT 和發(fā)射天線之間提供 10 m 物理距離的電波暗室的成本可能高達(dá) 200 萬美元。

電波暗室用射頻吸波材料

電波暗室的內(nèi)表面通常覆蓋著裝有導(dǎo)電碳的泡沫金字塔。金字塔的錐形結(jié)構(gòu)將無線電波從空氣傳輸?shù)浇鹱炙惺褂玫挠袚p碳,波反射。

RF吸收器應(yīng)吸收所有入射電磁能并將其轉(zhuǎn)化為熱量。

然而,在實(shí)踐中,一部分入射 RF 功率不可避免地從腔室壁反射。反射波通常約為入射波的 0.1% 至 1%,相當(dāng)于 -30 至 -20 dB 的衰減。

新一代寬帶吸收器可以為微波頻率的垂直入射提供優(yōu)于?60 dB 的反射系數(shù)。

泡沫金字塔吸收較高頻率的電磁波,而較低頻率通常由鐵氧體瓦處理,鐵氧體瓦可能是腔室中昂貴的組件之一。

用于不同類型測(cè)量的不同消聲室

如前所述,電波暗室用于各種測(cè)量,例如:

? 天線方向圖測(cè)量

? 輻射發(fā)射測(cè)試

? 輻射抗擾度測(cè)試

? 無線發(fā)射器 (RF) 測(cè)試

? 雷達(dá)橫截面測(cè)量

每種類型的應(yīng)用可能需要不同的腔室。

例如,對(duì)于發(fā)射器/接收器測(cè)試,我們可能有興趣消除所有表面的反射,包括暗室的地板,以模擬沒有多徑偽影的環(huán)境。在這種情況下,我們需要一個(gè)全消聲室 (FAR),其中所有表面都覆蓋有 RF 吸收材料。

但是,幾乎所有輻射和傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(包括ANSI C63.4和CISPR 16)中描述的測(cè)試設(shè)施都是半電波暗室 (SAC) 和 OATS。

SAC 的墻壁和天花板覆蓋有 RF 吸收材料,而地板則由金屬反射地平面制成。

在許多 EMC 標(biāo)準(zhǔn)中使用 SAC 的一個(gè)主要原因是反射接地更接近于模擬真實(shí)情況。實(shí)際上,被測(cè)設(shè)備發(fā)出的電磁能會(huì)從地面反射到附近的設(shè)備。

腔室的選擇也會(huì)受到您用于測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)類型的影響。

例如,在汽車 EMC 測(cè)試中,采用的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)會(huì)影響測(cè)試范圍的大小和/或電波吸收器的放置。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有自己的要求,工程師必須確保所使用的暗室符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯:湯梓紅

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