3米法半电波暗室的建设及EMI测试技术实践【行家心得分享】

3米法半电波暗室的建设及EMI测试技术实践

摘要：本文介绍了建设3米法半电波暗室应注意的问题以及EMI实际测试技巧和特殊测试结果分析。
  关键词： EMC 电波暗室 EMI 测试技　　

  电磁兼容性（EMC）是近十几年来发展起来的新的学科。随着人们对它的重要性的认识程度的不断提高，世界上许多国家和地区已对它进行了强制性认证管理。例如美国按照FCC（联邦通信委员会）规程，欧共体按照89/336/EEC电磁兼容指令进行电磁兼容认证，未按照这些规程和指令进行电磁兼容认证和认证不合格的产品不允许在这些国家和地区的市场上销售和使用。我国原国家质量技术监督局也在1999年10月发布了包含电磁兼容认证管理办法的[1999]223号文件。为了配合我国电磁兼容认证管理办法的实施，一些检测机构和生产企业已引进了EMC测试设备和建起了EMC测试用的半电波暗室，还有许多检测机构和生产企业正在进行这方面的建设和计划投资这方面的建设。
　　我中心在1999年10月自己开发建成了太极山庄电磁辐射发射开阔测试场；从国外引进了先进的EMC测试设备；EMC测试用的新的3米法半电波暗室也于2000年3月份建成并投入使用。在3米法半电波暗室的建设和EMI（电磁骚扰）测试过程中，积累和总结了一些经验，供大家借鉴和参考。下面分别从3米法半电波暗室的建设和信息技术设备的EMI测试技术两大方面进行阐述。
一.3米法半电波暗室的建设
　　（一）3米法半电波暗室建设涉及的几个方面
　　一般的暗室在建造时，都会涉及以下几个方面：
1.电波暗室的尺寸。你应该清楚你所要建造的暗室是标准10米法半电波暗室还是标准3米法半电波暗室或是根据你的场地要求定制尺寸的电波暗室；电波暗室是否要配套修建屏蔽的控制室及放大器室，它们各自的长、宽、高尺寸是多少，它们建造在暗室的哪个方向。
2.屏蔽门的类型、尺寸和数量。屏蔽门分单刀、双刀、三刀等不同类型，并有电动、气动和手动三种。你要根据你将来的被测设备和人员进出方便程度以及屏蔽门的屏蔽性能、耐用性、可靠性、易维护性等多方面综合考虑来选择它们。
3.屏蔽板的类型和连接方式。由于各暗室制造厂商用来建造暗室的屏蔽板类型不同，屏蔽板之间的连接方式和工艺也不相同。为了保证好的接触紧密性和电连续性，应该注意对他们选用的屏蔽板及屏蔽板之间的连接方式进行了解和比较。
4.屏蔽室屏蔽性能。应该让暗室制造厂商提供其电磁屏蔽室可以达到的具体的屏蔽性能指标（给出具体数值），其中应该包括不同频率段（从低频段到高频段）对磁场、电场、平面波、微波的屏蔽性能指标。
5.吸波材料。注意暗室制造厂商所采用的吸波材料的生产厂家和型号（包括铁氧体吸波材料和尖劈吸波材料）；注意吸波材料的组成结构及它的抗高温、高湿性能和阻燃性能；了解其长期使用是否易变形以及各种吸波材料在不同频带内的吸波性能，了解它们在暗室中的铺设方式和铺设位置及作用。
6.电源线和信号线滤波器。考虑好暗室将来要使用的电源类型和它们的最大功率，如测试设备、受试设备和辅助设备以及照明系统等是否要使用380V、220V、110V交流电压，是否有需要直流供电的测试和受试设备，它们的数量是多少，是否有特殊的测试设备和辅助设备需要特殊的滤波器等，这些都需要考虑周全，以便供应商提前准备好这些电源线和信号线滤波器。
7.信导板和波导通风窗。暗室内需要安装波导通风窗与排气扇或空调系统进行连接。注意波导通风窗的频段设计，其屏蔽性能要符合屏蔽室的屏蔽性能。信导板用来安装不能直接通过屏蔽墙体进行安装的端子或信号接口；信导板的安装数量、位置以及其上的端子的数量和类型要和测试设备供应厂商一起进行商讨来决定。
8.火情报警装置和照明设施。注意选择不会产生任何无线电干扰的照明设施；火情报警装置的安装应该不会影响暗室的性能。
9.暗室内的自动化装置。暗室内的自动化装置包括天线升降塔、转台和监测系统及可对它们进行控制的控制器。天线升降塔的选择要考虑生产厂家、型号及是否有安装天线的适配器，是否受到测试设备的支持（即与它相连接的测试设备的测试软件是否有支持它的驱动程序）；转台同样应该受到测试设备的支持并根据受试设备的大小来确定转台的尺寸及承载能力，同时要考虑转台的旋转角度和定位精度；监控系统包括安装在暗室中的摄像机和安放在控制室内的监视器，可根据实际使用情况来选择摄像机和监视器的数量，摄象机要选择可在宽的频率范围和高的场强下正常工作且不会产生射频干扰信号的机种，并将其安装在无饭射区域。
10.暗室的性能测试和保修培训。由于暗室不仅适用于EMC中的EMI测试，还可用于EMS中的辐射抗扰度测试。因此，暗室的性能检测要包括暗室屏蔽体建成后的屏蔽性能测试和暗室全部建造完成后的场地衰减测试和场均匀测试。这些测试要根据合同要求和国际上暗室建造验收的有关标准来进行。要选择有知名度的和经过权威机构认可的测试机构。暗室的保修和配套设备、部件的保修以及培训要写进合同中去。
　　（二）信息技术设备测试用暗室需增加的功能
　　根据测试信息类设备的需求，需要在一般暗室所具有功能的基础上增加一些信息类设备专用接口。这些接口包括：标准显示器接口、并行打印接口、ＲＳ２３２串行通信接口、ＵＳＢ接口、ＰＳ／２接口、视频音频接口、ＩＥＥＥ４８８并行接口等。增加了这些接口，以后对这些接口设备进行单独测试就很方便，为区分和分析骚扰源以及隔离其他设备的影响提供了很好的途径。
　　各暗室建造厂商对信息设备测试接口的处理方法各有不同。我中心３米法暗室建造厂商采取了提供一条从控制室到暗室转台的屏蔽通道的方法。它的功能是这样实现的：将上述接口线通通穿入屏蔽通道内，接口线的两头安装上接口插头或插座，一头与暗室中的被测设备相连，一头与控制室内的辅助连接设备相连。在控制室的屏蔽通道端口充满铜／铁丝绵以防可能进暗室的电磁干扰。如果接口连线有屏蔽外皮，屏蔽外皮可以联结到端口的屏蔽线接地端子上，这样就完全避免了对暗室的干扰。这样，可能带进的传导干扰十分微弱，不足以影响测试结果。当不需要进行此类测试时，可以将控制室这端的接口线放进屏蔽通道，屏蔽通道端口用附带的盖子盖上即可。它还为未来的可能变化和接口的可扩展性提供了方便性和灵活性。
　　另外一些暗室建造厂商采取一个被称为“铜颗粒床”的RFI Trap。这种又称为无线电干扰Trap的设备是在它的内部充满1-2mm大小的铜颗粒（RFI Trap就象一个对屏蔽线缆的多端套筒）。这样，铜颗粒就形成了一个在金属外壳内的裸 露的屏蔽线缆的射频屏蔽接触。使用Trap可使许多线缆通过而不用将电缆割开，就如同许多电缆在一个同轴电缆中通过。电缆外部的屏蔽层必须被剥开，使得屏蔽线缆被包裹的部分暴露出来。RFI Trap可灌入和清空。RFI Trap可装在屏蔽板上，也可取下用一块百叶窗似的接口板替换它的位置。
　　（三）暗室建造过程中需注意的问题
　　建造暗室是一个大的工程，需花费很大一笔经费，许多技术细节需要考虑，稍有不周，将带来人力、财力、物力上的损失，为今后的工作留下许多后患。根据我中心3米法半电波暗室的建造经验，需要在如下几个方面加以注意：
1.技术标书的对比
　　合同签订前，要多找几个暗室建造厂商，对它们的技术标书进行仔细的对比，分别与他们就技术标书的内容进行细致的探讨和询问，对标书中的细节了解的越清楚越好。
2.了解暗室建造厂商的实力
　　了解暗室建造厂商的背景和技术实力，让他们提供国内、国外暗室建造的实例，最好能到他们建好的同类暗室去实地进行考察。
3.与提供测试设备的生产厂商的协调与配合

　　将来暗室中采用的测试设备生产厂家的确定，最好能在签订暗室建造合同之后。因为测试设备与暗室的设备有许多需要联结的地方，测试设备相关线缆的长短和辅助设备的摆放，信号导板上联结端子的数量和类型等都和暗室的设计密切相关。因此，暗室建造过程中一定要找齐测试设备生产厂家一起讨论相关技术和确定连接细节，协调好他们之间的关系，明确各自的责任。
4.施工人员的经验和素质
　　现场施工人员的经验和素质也非常重要，经过培训的高素质的施工人员是建好暗室的重要保证。在每一阶段的施工过程中，要多注意查看屏蔽体连接处连接的紧密性和电气连接性，注意查看滤波器、屏蔽通道及信导板螺钉的紧固程度，这些都将影响暗室屏蔽腔体建好后屏蔽性能的好坏。粘贴铁氧体瓦时要注意保持屏蔽腔体的温度，注意检查粘贴铁氧体瓦用的胶是否刷的足够和均匀，防止将来铁氧体瓦片从屏蔽腔体上脱落，造成人身伤害。
5.防火、防水及安全处理措施
　　暗室与安装暗室的建筑场地有绝缘层。因此千万要注意防水，否则绝缘层将被破坏。同时还要做好防火处理。为预防以外，防患于未然，最好与暗室厂协商，在暗室天花板上拉一个安全防护网，防止铁氧体瓦掉下，伤害人员和设施。
6.最后的验收工作

　　暗室建造完成后，要注意督促暗室厂商与测试设备生产厂家一起完成测试设备与暗室设备的安装调试工作，使整个系统能够正常工作。要进行背景噪声的测试，满足合同的要求。要向暗室厂商索要暗室相关设备的使用说明书和相关设备、电源插座等的安装布置图（因它们大部分都安装在高架地板之下），作为将来查找和检修的依据。同时还应让暗室厂商多留些易损备件，让他们提供足够快的维修服务响应。
二.信息技术设备EMI测试技术实践
　　信息技术设备的EMI（电磁骚扰）测试包括两个方面：辐射骚扰和传导骚扰测试。辐射骚扰是在空间传播而传导骚扰则通过电源线向公共电网中传播。我国现行信息技术设备无线电骚扰测试标准是GB9254-1998，该标准等同采用国际标准CISPR 22，与欧洲标准EN 55022相同。
　　我中心在3米法半电波暗室中用于EMI测试的系统是德国罗德与施瓦茨（R/S）公司的产品，其中重要的全兼容性测试用接收机型号是ESI 26。该接收机频率测量范围从20Hz到26.5GHz，是包含接收机、计算机、频谱分析仪三种功能于一身的机种。 罗德与施瓦茨公司是世界最大的著名无线电干扰测试用接收机生产厂商，在EMC测试设备制造方面具有丰富的经验。测试系统软件是系统的灵魂，罗德与施瓦茨公司提供的与测试接收机ESI 26配套的测试软件ES-K1编写的非常成功。该测试系统软件为EMI测试提供了一个全自动基础上的解决方案，各个功能模块相互配合组成整体又各自独立，自动化程度和灵活应用程度都非常高，用户界面也编写的非常好，使用起来很方便同时也很直观、很舒适。
　　近一年来，通过用ESI 26测试系统对微型计算机等大量信息技术设备所进行的测试和对ES-K1软件的不断摸索、实践，总结了一些测试经验，共同行们参考和共同探讨。
　　（一）用ES-K1软件进行全自动测试的几个重要步骤
　　在用ESI 26测试系统软件ES-K1进行全自动辐射骚扰测试时，要注意几个重要步骤：首先确认系统控制用计算机对ESI 26接收机、转台、天线升降塔的控制正常，然后根据测试需求，对ES-K1程序中File菜单下的Navigate项的“Script Parameter”参数进行正确设置，其中包括其下各个子参数项的正确设置；其子参数项中的“Preview”和“Final”参数表中一定要填上正确的“Scan Table”（扫描表）名称，“DataReduction”（数据精简）参数是影响测试结果准确性和测试时间长短的重要的参数项，应根据测试要求正确编写；再一个就是进入Navigate项下的“Scan Table”参数表编辑器“Scan Editor”，对“Scan Table”进行正确的编写，编写完成后起名存盘，一般相同的测试编写一次即可；若其中参数编写不正确，测试将不能够进行。
　　（二） 正确理解“DataReduction”参数，对测试曲线进行分析
　　在ES-K1测试软件中，“DataReduction”参数是一个不太好理解的参数，但是它又是一个非常重要的参数，它其中许多项目的数值设定与检测时间和检测结果密切相关，只有深刻理解了它每个项目的内涵并进行正确的设置，才会取得事半功倍的效果。这里我不展开来谈，仅用几个辐射骚扰实际测试的例子进行说明。图1、图2是在“DataReduction”参数的“06”、“07”项数值分别设置成“6”时的实测曲线图，从图上很容易根据准峰值点偏离限制限的数据进行判断，图1为合格曲线，图2为不和格曲线，一次就可进行判断。图3、图4是在“DataReduction”参数设置与上面相同时测得的曲线。由于被测设备（计算机系统）产生的骚扰类型千差万别，从图3、图4测试曲线可以看出，虽然ES-K1测试软件自动测试给出的结果（部分准峰值数值）是合格，但许多峰值却超标，并且许多超标的峰值没有进行准峰值测试，这种情况下就不能轻易下结论，需要重新设置“DataReduction”参数“06”、“07”项的数值，将“06”项数值从“6”改成“15”或更大，将“07”项数值从“6”改成“3”或更小；测试频率范围也要项相应缩小，从原来的30MHz～1GHz，改成30MHz～40MHz（图4情况下）或300MHz～1GHz（图3情况下），将难以判断的频率段范围做更精更细的再测量；如果有必要可对不能确定频率点的骚扰进行手动测量，最后综合加以判断。
　　（三）注意寻找被测设备最大发射
　　在进行EMI辐射骚扰测试时，应该注意寻找被测系统的最大发射。如计算机系统在被测试时，应将组成系统的配套显示器的亮度、对比度调到最大，还要改变显示分辨率和刷新频率分别进行测试。对于计算机的外部接口如COM口及并行打印口等要连接上MODEM和打印机一起组成被测系统;要运行专用的EMI检测程序，在显示器上显示黑地白字的满屏“H”字符，同时打印机将“H”字符打印到打印纸上。对于辐射骚扰值不稳定的频率点，ES-K1测试软件具有单点测试功能，可对骚扰幅值上下波动的频率点进行任意次重复测试，并自动保持最大幅值。这里要注意的是与被测计算机组成被测系统的MODEM及打印机要选择低辐射发射的，要进行测试筛选，它们的骚扰值最好要低于所采用标准限值限6dB。（四）受试设备的摆放
EUT（被测设备）及辅助设备静态时的摆放，GB9254-1998标准中有详细的图示和说明，一般使它们正面的最外边界到天线的位置为3米。但转台转动起来后被测系统对于接收天线的距离将发生变化；对于这种变化，标准上没有描述的字段，被测设备送检方往往对此提出疑义。我们通过实际测试比较，发现这种小距离的差异对测试接果影响很小，被测设备对天线的方位变化对检测结果影响较大。
　　（五）背景噪声和测试软件密码的修改
　　我中心暗室30MHz～1GHz背景躁声比GB9254-1998 B级限值限低20dB，但如果在全自动测试时，错误地修改了“Scan Table”参数表中“Attenuation/Gain"项目的内容，将会使此频段的背景躁声提高10dB，因此要注意正确地设置此项内容。另外，ES-K1软件要求为测试程序设置密码，密码分为操作员密码和管理员密码。操作员不允许更改系统设置，只能进行测试，而系统管理员即可更改测试系统设置也可进行测试。因此要注意分级管理，一旦测试系统设置好后，不要随便更改。密码要牢记，万一密码忘记，将不能进入测试系统。这里给出密码忘记后，对原密码进行清除，重新设置密码的方法：
　　编辑ES-K1软件安装目录下的EXECUTE子目录下的ES-K1.INI文件，执行步骤如下：
1.将"RuSSysMgr＝ 0"改成"REM RuSSysMgr＝0"；
2.将语句 "RuSSysMgr＝1"插入ES-K1.INI文件中；
3. 存盘退出ES-K1.INI文件，以用户名“R&S"和口令“$System$ "的系统管理员身份进入ES-K1测试软件；
4.删除用户列表中原系统管理员密码；
5.退出ES-K1测试软件，重新进入ES-K1。INI文件；
6.将“REM RuSSysMgr＝0"改成"RuSSysMgr＝ 0"；
7.存盘退出ES-K1。INI文件，再次进入ES-K1测试软件时，即可重新设置密码。
三.结束语
　　总之，3米法半电波暗室和EMI测试技术是EMC测试中很重要的部分，它们即相互独立又相互关联。高标准高质量的检测环境（3米法电波暗室）和检测人员丰富的EMI检测经验，是提高EMC检测质量的重要因素。以上是我个人的一些经验和体会，更多细节还需要在今后的实践中不断认识、摸索和总结，希望文中内容能对大家有所帮助。