军用电磁兼容屏蔽暗室建设介绍

对标准的正确理解是建设一座高品质电磁兼容屏蔽暗室的前提电磁兼容屏蔽暗室主要用于提供电磁兼容测试所需要的标准环境，是提高测试一致性和可重复性的zui基本手段。传统上，这种环境可以通过在外场建造开阔测试场（Open Area Test Site, OATS）来完成。近年来，随着空间RF信号的增多，很难保障OATS的环境不被干扰，因此国内外标准都推荐采用屏蔽暗室来取代OATS。电磁兼容屏蔽暗室由于电磁环境稳定、温湿度可控且不受外界气候的影响而逐渐成为当前使用的电磁兼容测试场地。
    本文依据GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》[1]中对军用电磁兼容屏蔽暗室的要求为准则，结合GJBz20219-94《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》[2]、GJB2926-97《电磁兼容性实验室认可要求》[3]和GB12190-90《高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法》[4]等有关标准，较为系统地分析了在军用电磁兼容屏蔽暗室的前期规划和设计中应特别注意的问题，包括四个主要内容：屏蔽效能、暗室空间、吸波材料和电磁环境电平，下面逐一论述。
1 屏蔽效能
GJB152A-97中4.3的要求是“…屏蔽室必须具有足够的屏蔽效能以满足4.2条电磁环境电平要求”。实际中，对这条规定的执行需要进一步细化。一般可参照GJBz20219-94的6.1来执行，该条中将屏蔽效能划分为B级和C级两种，具体要求参见表1。

表1 军用屏蔽室屏蔽效能要求

    由表1可见，B级和C级的要求是不同的，C级明显比B级严格，表现在屏蔽效能数值和频率覆盖范围两个方面。
    对屏蔽效能的验收要求，可按照GJB2926-97的5.3.1.1来执行，具体要求参见表2。

表2军用屏蔽室屏蔽效能认可要求

    比较表1和表2可知，如果要达到军用电磁兼容屏蔽室的认可要求，需要选择GJBz20219-94的C级要求zui后，对屏蔽效能的测试可按照GB12190-90的规定来执行，其中3.1对测量频段给出了具体要求，参见表3，其测试天线包括环形天线、偶极子天线和微波喇叭天线，具体方法请参见标准。

表3 屏蔽效能测试频点

说明：
1） 在20～300MHz频段内由于天线尺寸和屏蔽室的谐振效应，使测量结果常常会因为测试方法的微小变动而产生极不正常的变化，所以在该频段内未推荐测试方法；如确有必要测试，可用小环法（适用于频段I）或偶极子天线法（适用于频段II）测试；
2） 每个频段内测一个频率点，用以评价屏蔽室的屏蔽效能。

2 暗室空间
    GJB152A-97中4.3的要求是“…屏蔽室必须足够大以满足4.7条EUT配置要求和单项测试方法所需要的天线配置要求”，另外该标准中也给出了暗室内EUT配置边界与暗室内边界的关系，如图1所示。

    对该图进行分析，可以总结出影响暗室大小的主要因素有四个：①EUT边界：取决于EUT自身尺寸大小及其互连电缆敷设所占据的面积，其中电缆类型和敷设方式在标准的4.7.3中也有明确规定，因此对这一部分的设计应该以zui大EUT的配置边界为基准来计算才合理。②测试天线尺寸：天线尺寸大大小将影响暗室长度和宽度，尤其是长度；GJB152A-97中规定了发射天线和辐射天线的类型，辐射天线包括平行单元天线、双锥天线、对数周期天线和双脊喇叭天线，接收天线包括有源鞭天线、双锥天线、双脊喇叭天线；综合来看，由于要承受较大功率，辐射天线的尺寸较接收天线的尺寸大，尤其是需要做10kHz-100MHz频段范围的200V/m电场强度的辐射敏感度试验时，需要采用特制的平行单元天线，比如当前国内普遍采用的AR AT5000天线，其外形尺寸为2.65m*2.4m*1.2m，重达95kg，十分庞大，对空间要求也较大；随着频率的增加，天线的外形尺寸都迅速减小；所以在设计中应重点考虑低频大功率的辐射天线尺寸，以此来确定暗室尺寸是合理的。③测试距离：按照GJB152A-97的规定，EUT与测试天线之间的距离为1m（故称1米法），为zui大距离；有些测试项目距离可以更小，比如RE101磁场辐射干扰测试中，接收环与EUT之间的zui短距离为70mm；所以，设计中按照1m来确定即可。④吸波材料高度：无论是天线还是EUT的布置间距，与暗室的边界都是以吸波材料尖部为基准的，因此吸波材料的高度也将影响暗室屏蔽壳体的大小；吸波材料高度的选择依据是需满足GJB152A-97中4.3.1有关RF吸波材料发射损耗的规定，结合国内外供应商的产品性能情况，一般长度在600mm左右即可满足该项要求。
综合上述因素，可以确定出暗室空间大小。

3 吸波材料
    GJB152A-97中4.3.1的要求是“…当在屏蔽室内进行辐射发射和辐射敏感度测试时，为减少发射，改善准确性和重复性，应采用射频吸波材料（浸碳泡沫尖劈、铁氧体瓦、铁氧体与尖劈组合等）。射频吸波材料应位于EUT上面、后面和两侧以及辐射和接收天线后面，如图1所示，吸波材料性能如表4所示”。

表4 射频吸波材料发射损耗（垂直入射）

    按照上述规定，实际上只需建设半电波暗室，即除地面以外的五个面敷设吸波材料，但是否满铺以及吸波材料在所有区域是否等高等问题，取决于下述第四节的电磁环境电平要求，当然，敷设的每块吸波材料应该满足表4。如果仅仅满足国军标的要求，就可以不敷设铁氧体瓦（铁氧体瓦在30～1000MHz频段内吸波性能优越），因为600mm左右的泡沫就*可以满足表4要求，如果兼顾民标的电磁环境要求（即还需满足归一化场地衰减和场均匀性要求），建议增加铁氧体瓦。
4 电磁环境电平
    GJB152A-97中4.2的要求是“…当在屏蔽室内进行测试时，EUT断电和所有辅助设备通电时测得的电磁环境电平应至少低于规定的极限值6dB”。从上述规定来看，要求在每次测试前（无论是辐射测试还是传导测试）需对环境电平进行检测并判断是否满足要求，只有满足要求后才能进行测试，执行起来十分繁琐。工程上较为普遍的执行方式是，可以参照GJB151A-97中“RE102 10kHz-18GHz电场辐射发射测试”和“CE102 10kHz-10MHz电源线传导发射”的zui严极限值进行测试，前者用以判断辐射发射电磁环境电平，后者用于判断传导发射电磁环境电平是否低于对应极限值6dB即可。这样，就可以在吸波材料安装完毕后，屏蔽暗室交付前进行验证性测试，以判断新建的暗室是否满足标准要求。
5 其它要求
    除了上述四个设计重点外，还有下述内容也需要引起重视，包括接地平板（GJB152A-97的4.4）、电源阻抗（GJB152A-97的4.5）、滤波和隔离（GJBz20219-94的6.3）、接地（GJBz20219-94的6.4）、绝缘（GJBz20219-94的6.5）、通风波导（GJBz20219-94的6.6）和安全要求（GB9361），限于篇幅，这里就不再一一展开。
6 结论
    屏蔽效能、暗室空间、吸波材料和电磁环境电平四要素是前期规划军用电磁兼容屏蔽暗室需要特别考虑的问题，依据GJB152A-97的基本规定并结合有关国军标和国家标准，本文对这些要素进行了系统分析并给出了处理方法的建议，希望能对有类似需求的设计人员以启迪。
参考文献
[1]中国船舶工业总公司701所，中国电子技术标准化研究所，GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》，北京：中国标准出版社，1997.5. 
[2]*保密委员会技术安全检查办公室，GJBz20219-94《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》，北京：国防工业出版社，1994.7.
[3] 中国电子技术标准化研究所，中国船舶工业总公司701所，中国航天工业总公司708所，GJB2926-97《电磁兼容性实验室认可要求》，北京：国防工业出版社，1998.4.
[4]机械电子部电子标准化研究所，GB12190－90《高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法》，北京：国防工业出版社，1991.1.