电磁兼容和射频(无线)测试的暗室指南

电磁兼容和射频(无线)测试的暗室指南
如果您正在考虑用于内部排放、免疫或无线测试的消声室(有人称之为EMC暗室)，本指南将帮助您确定在选择Make和型号时需要考虑的重要因素。

但即使
你没有能力购买一个商会，这个指南将帮助你了解更多关于你的第三方测试提供商的设施的商会。

下面是我们将在这篇文章中讨论的一些主题：
∙什么是消声室，它们是如何工作的？
∙有哪些类型的消声室可用，它们有何不同？
∙燃烧室的设计特点是什么，它们是如何影响性能的？
∙室内辐射排放试验和辐射抗辐射试验所需的典型设备
∙商会成本：新的和已使用的
∙出售用室
∙拆解、重新组装和运输费用
消声室-它们是什么，它们是如何工作的？
“消声”这个词或多或少意味着“没有回声”。

“an”一词的第一部分，意思是“不”或“没有”；第二部分“回声”来自拉丁文单词Echo，其本身来自古希腊语单词ἠ (ēkhṓ)和相关的单词ἠ (ēkhḗ，即“声音”)。

消声室的主要特点是，它的设计目的是吸收
房间内的反射波，而不是让它们从墙壁上反弹，从而产生回声。

这些室，如果设计和装配正确，也做了很好的工作，以防止波进入室内，即，他们提供了屏蔽免受外界干扰。

如果你曾经在一个巨大的房间或洞穴里喊过“回声！”，你就会知道你通常会在听到你的声音重复几次时产生某种回响。

为了避免这种现象，暗室内部排列着吸收波的物质(我们将进入下面)。

有许多类型的消声室是为不同的应用而设计的。

一些最常见的用途和类型是用于诸如录音、辐射发射测试、辐射抗扰度测试、无线发射机(RF)测试、天线测试和比吸收率(SAR)测试。

音频室在这里是个奇怪的人，因为它们处理的是声波的吸收，而不是电磁能量的吸收，而电磁能量是所有其他类型的音箱所共有的。

在本指南中，我们将讨论电
磁(EMC/EMI)消声室。

有什么类型的暗室？
在电磁测试方面，这当然是我在EMC FastPass这里的重点，有几种不同类型的腔室可以非常有用。

您的选择取决于您的应用程序(以及您的钱包的大小！)
半无分室(SAC)与完全无分室(Far)
迄今为止，最常见的EMC测试室是半消声室.“半”这个词表示它只能部分吸收
电磁能，其中一个原因是房间的地板是反射的，而不是吸收的。

为什么它是反射的？有几个主要原因：
1.与自由空间测量相比，反射地
板(通常是金属片地平面)更能模拟真实世界。

请记住，辐射排放限制是试图限制您的产
品对另一个产品或发射机可能造成的干扰量。

在现实世界中，产品通常会“看到”直接视线中的电磁波，再加上地面或附近墙壁上的反射波(见右图)。

半消声室中的反射地面更
接近真实生活场景。

2.反射式地面平面有助于使辐射发射测量更加可重复和准确。

为什么?因为射频吸收材料
并不完美。

它的性能随频率而变化，也随波的入射角而变化。

因此，如果你的产品以不同的频率(它确实发射)和不同的角度(它)发射电磁辐射，那么每个发射装置的吸收量(以分贝为单位)都会略有不同。

因此，当接收天线接收到信号时，很难确切知道由于地板
吸收不完美而应包括哪些补偿因素。

在一个反射的地面平面上，在所有感兴趣的频率上反射的能量更加均匀，因此更容易预测。

但是，这并不是说完全无回声的房间(远)不存在。

多年来一直在努力制定和通过一项远距离可重复测量的标准(如EN 50147-3中所概述的标准)。

推动这一进程的原因之一是，如果在远距离进行的测量能够证明与燕麦(见下文)或SAC有很好的相关性，那么就可以节省大量的成本。

节省的费用涉及：
1.在小得多的容器中进行测量的能力(在昂贵的吸收材料上有很大的节省)
2.减少测试时间，因为天线高度不必在1-4米之间扫描(这是由于补偿反射地面所需的最
大化程序而导致的囊和燕麦的情况)。

3.由于不需要自动天线桅杆而降低了设施成本(通常至少为10 000美元)
如果您试图删除所有的反射以进行发射机/接收机测试，则可能还需要一个完全
无回声的房间，这有助于消除多径伪影。

这是一个更容易创建一个远为一个特定的发射机，因为你主要是对吸收一个非常紧的频带的频率感兴趣。

所以，有一种低成本的远距离试验室的存在，但是研究强调重复性问题以及与在更受信任的SAC和燕麦测试设施中进行的测量的相关性问题。

半消声室和燕麦是几乎所有辐射排放测试标准的首选方法，如无处不在的ANSIC 63.4和CISPR 16。

半暗室与(露天试验场)
室内或第三方排放测试设施的标准选择要么是半消声室，要么是开放区域试验场(露天试验场)。

在许多方面，露天试验场优于SAC，因为在测量区域附近没有墙壁。

即使在SAC 的墙壁上有大量的吸收材料，仍然会有一部分波能通过吸收器反射回室壁的金属表面。

在这种情况下，接收测量天线接收来自被测设备(Eut)的波、地板上的反射以及一个或多个墙壁的部分反射。

因此，在SAC中实现可接受的测量精度(按照ANSI C63.4，通常为+/-4dB)比在露天试验场上要困难得多。

露天试验场的主要缺点当然是，由于没有屏蔽室，测量天线也捡起任何漂浮在空气中的在试验场。

这可以包括调频广播、手机、空中交通、海上广播、应急服务
等等。

这种背景噪声(称为“环境噪声”)常常使人们很难看到来自欧洲共同体的排放，因此与SAC的测试相比，测试通常要慢得多。

在燕麦上测量到的来自EUT+环境的信号
周围的噪音问题越严重，你在附近有更多的发射机，所以在大城市之内或附近，它使测试燕麦几乎不可能。

环境噪声也阻止了自动排放测试，因为需要人为的干
预来区分环境噪声和背景噪声。

长话短说，SAC的测试速度要快得多。

燕麦的另一个缺点是你不能合法地进行辐射免疫测试，因为在产生RI根标准(iec 61000-4-3)所要求的功率水平上广播是违法的，例如3V/m，10V/m 或更高的MIL/航天。

因此，如果你想做辐射免疫测试，你将需要某种类型的腔室(理想的一个SAC，但有其他的选择，我将在下面讨论)。

半暗室诉GTEM
SAC是一个GTEM，代表Gigahert透射电磁细胞。

这些比SAC小得多，而且成本效益更高，但它们也有其局限性。

根据IEC 61000-4-3附录D，你可以合法地使用GTEMS测量FCC第15B 部分和第18个装置的辐射排放(但有一些警告)，并根据IEC 61000-4-3附录D进行辐射免疫测试。

在辐射排放测试方面，IEC/EN61000-4-20概述了用于测试目的GTEM的使用和限制。

GTEM的两个主要缺点是有限的EUT尺寸和在较低频率范围(约200 MHz 以下)的测量误差。

测量电缆的排放量，这是一个主要的故障模式，由于共模电流，可能真的是棘手的在一个GTEM。

本文概述不同的电缆配置对GTEM测量的影响。

GTEM单元[维基百科]
GTEM有很多尺寸，从30厘米左右一直到20英尺长。

如果你要走这条路，重要的是要得到一个GTEM，它可以对付你最大的产品，无论是在门上安装它，还是有足够大的均匀测试量。

为了补偿在200 MHz以下频率上增加的测量不确定度，我建议使用电流钳来测量每根电缆在30 MHz-200 MHz频率范围内的共模电流。

在该波段，大部分辐射发射故障是由于外部电缆上的共模电流造成的，所以在GTEM和电缆钳之间，您将能够相当准确地找到和量化绝对排放水平。

SAC绝对比GTEM更好，但是如果您有空间和/或预算问题，GTEM可能是一个更好的方法。

有些公司既保留GTEM进行预合规测试，又保留SAC进行完全合规测试.
A 诺基亚的优秀应用程序说明比较从GTEM到SAC和燕麦的测量结果。

约克EMC在GTEMS上还有另一个很棒的应用程序。

混响室
[维基百科]德国马格德堡大学奥托-冯-格里克大学的混响室
电磁混响室(Rvc)(或模搅拌室(Msc)位于t处。

整个房间都是为了引起共鸣。

它们主要用作
谐振腔进行辐射抗扰度测试。

由于燃烧室的Q因子很高，墙壁和地板的反射率几乎完全，所以可以使用比SAC小得多的功率放大器产生一定强度的电磁场。

功率放大器可以很容易地花费数万美元或几十万美元，特别是当你需要高场强的标准，如MIL-STd-461和DO-160(200 V/m)。

相反，在混响室中可以产生数万V/m的场强。

在其中一种情况下，很容易超过FCC的OET 65(人类接触射频电磁场)所以如果你打算要孩子的话，我不建议在你有孩子的时候走进去。

像图中所示的反射器被用来“搅动”驻波，这样一个eut的所有点都可以沉浸在一个给定强度的场中。

射频屏蔽室
屏蔽室-半暗室的基础
射频屏蔽室构成半消声室的基础.这是一个密封良好的金属盒子，在给定的频率范围内提供电场和磁场屏蔽效能。

右边的这张照片来自我今年早些时候买下并拆除的一间10米的房间。

当然，也有不同的屏蔽材料和结构，它们具有不同的屏蔽性能。

如下表所示，材料类型和厚度等因素会影响电场和磁场衰减。

来自ETS LINDGREN‘双电隔离射频外壳’
屏蔽室
有时铜网就足够了，就像“屏蔽室”的情况(就像右边显示的那样)。

如果你只需要50或60分贝的衰减，这些将节省你很多钱相比，一个全屏蔽的房间。

如果你需要最大的屏蔽效能，你会想要“双电隔离”屏蔽，它有两层屏蔽材料(一层在内表面，一层在外表面)，通常只在一个点连接-主接地点。

射频屏蔽盒/室
询问一个全尺寸半消声室的成本，至少对许多制造商来说，往往会引起轻微的心悸。

寻找替代品的工程师可能会遇到一个小屏蔽外壳(例如，2英尺x1英尺)，并想知道是什么阻止了他们将其用于排放或免疫测试。

这些屏蔽盒的主要问题之一是反射。

物理尺寸将限制吸收材料的尺寸，因此它将不可能适应吸收锥，在较低的频率是非常有效的。

同样，在如此小的尺寸下，你将在近场测量或传输任何频率在几千兆赫以下。

这两种因素都导致对无意排放的测量是非常无用的。

应用电场的法拉第笼电子运动[维基百科]
那么，有了这些限制，它们到底能有什么用呢？
1.无线发射机/接收机测试-屏蔽提供了一个相对无噪音的区域，在那里无线通信链路可
以进行隔离测试。

如果你知道发射频率，可以选择吸收材料专门吸收能量在传输频率。

2.辐射免疫测试-不要期望一个稳定的，校准的，统一的场的性能，你会期望从一个适当
的测试设置在半消声室。

但这是可能的，在一个信号的小天线，并创造了一个重要的场强，而不违反法律周围未经许可的传输限制频带。

可能有助于辐射免疫故障排除。

3.做敏感的测量-这些盒子可以提供大于100分贝的屏蔽效能超过1兆赫，所以如果你
需要一个无噪音的环境来测试你的电路，甚至你的电路运行正常，那么这些射频屏蔽盒可以是一个很好的解决方案。

请注意，它们本身只会减少辐射耦合机制。

需要适当的电
缆滤波以减少来自外部源的传导耦合(例如通过电源或地面信号)。

当然，电场和磁场耦合仍然可以发生在侵略者和受害者之间的外壳本身。

使用SAC进行射频(无线)测试
让我们不要忘记，半消声室不仅对排放测试有用。

有了正确的吸收材料类型和配置，就完全可以接受进行射频发射机测试，无论是用于发射机特性(如发射带宽、功率谱密度和虚假发射测量)，还是用于测试2个或更多发射机之间的链路。

天线测量室
SATIMO天线模式测量
有一些特殊类型的消声室，专门设计来描述天线上的场方向图。

虽然我认为在标准半消声室中进行天线方向图测量是可能的，但专门的天线测量室可能会提供更精确的数据以及更快的扫描时间。

类似于SATIMO天线测量装置(如图所示)，在环绕发射天线的环形结构中嵌入
了许多接收器。

通过每个扫描旋转几度环，就可以建立一个高分辨率的三维扫描天线场方向图。

半暗室变量
天线分离
半消声室的主要考虑因素之一是被测设备与测量天线之间的物理距离。

近场与远场
对于射频发射和抗扰度测试，3米、5米和10米的分离是最常见的。

弗里克。

相对于远场距离
分离很重要，因为它定义了从近场测量到远场测量的频率。

理想情况下，你总是想要在远场测量，因为只有在这一点上，任何波都被设置为平面波。

在近场中，场强度在r立方或r平方的1处可能减小，并且在2个点之间变化很大(其中r是源和天线之间的分离)。

在近场中，这种行为在很大程度上取决于发射源。

如果是高dV/dt，近场将以E场为主.如果是高di/dt，近场将以H 场为主。

而在远场中，场是稳定的，在1比r时相当可预测地减小。

标准天线分离
通常，特定的标准规定了特定的分离距离，但通过将限制外推到新的分离，您可以使用不同的分离。

例如，在工业、科学和医疗标准CISPR 11中，允许的分离取决于EUT的大小以及类别(A或B)和组(1或2)。

更大的分离通常被认为是更精确的，因为它更有可能是在远场测量，而不是近场测量。

3m分离将是我建议的最低分离辐射发射测试在30兆赫-1千兆赫范围内。

用于射频天线测量的天线分离
如果您的房间是用于天线测量，AUT(正在测试的天线)和测量天线之间的分离将由您的传输频率和天线的大小来引导。

如果你是在2.4GHz发射，一个波长只有12.5cm，所以你可以用更小的分离(和更小的消声腔)。

一些腔室使用反射器来增加固定腔尺寸内的测量距离，以接近远场测量。

频率范围
接下来要考虑的是你需要在你的房间里测量什么频率。

由于锥体吸收器长度的限制(下文更详细地讨论)，暗室在较低频率(例如低于100兆赫)时性能不佳，这是众所周知的。

这就是为什么重新测量燕麦的低端排放通常是个好主意。

但是你真的可以通过选择吸收材料和屏蔽效果来影响上频段。

辐射排放测试
对于非故意辐射设备的RE测试，您通常希望测量从30 MHz到几千兆赫，上限取决于设计中的最高频率。

无意排放测量范围-FCC 15.33
FCC定义了无意排放测量的最高测量范围，正如您从上表中可以看到的那样，这取决于设计中产生或使用的最高频率。

∙辐射免疫试验
对于RI测试，通常需要从80 MHz到2700 MHz。

您的标准可能定义更高或更低的值，但在许多设备上，80M-2.7G是典型的。

一些标准计划扩展到6 GHz，因此，如果您计划进行辐射免疫测试，则设计至少6 GHz的腔室可能是谨慎的。

∙射频杂散发射
在射频(或无线发射机)测试中，通常需要测量高达10次谐波的杂散谐波振幅。

例如：对于2.4GHz发射机，需要验证24 GHz以下的所有谐波是否符合要求。

FCC强制测量第15部分无线发射机到10次谐波的杂散排放
半消声暗室经常出现高达40千兆赫的规格，但你可以走得更高或更低取决于你的要求。

这通常会影响你对吸收材料的选择。

安静区
如果要满足测量精度特性，“安静区”特性定义了你的腔内的一个区域。

你想容纳的EUT越大，你的腔室就越大，才能保持测量的准确性。

正如你所能想象的那样，增加安静区意味着你需要增加你的室宽(可能还有长度和高度)，这增加了昂贵的吸收材料的数量，使墙壁成线。

吸波材料的选择
射频吸收材料，线条内壁，你的房间是至关重要的整体性能。

它的目标是吸收100%的入射电磁波，并将这些能量转化为热能。

实际上，所有的吸收材料都不是很好地吸收射频能量，它们的性能很大程度上取决于波的入射角、频率和功率水平等因素。

反射将要发生，但你的选择吸收材料将确定有多糟糕的反射和多少能量被吸收。

铁氧体瓷砖
铁氧体瓷砖吸收与方向性和夹角的关系
铁氧体瓷砖通常线的所有墙壁和天花板的消声室。

铁氧体工作在较低频率(例如低于100兆赫)，它与混合吸收泡沫(见下文)结合工作，以尽量减少反射在宽频带的频率。

观察一个典型的铁氧体瓷砖的吸收剖面，你可以看到，如果波的入射角偏离任何明显的程度，它是相当无用的。

这些瓷砖通常安装在一块木头上，然后才被拧入室内的屏蔽板。

木间隔实际上充当瓷砖和接地墙板之间的介电间隔，产生电容效应。

有时，对于排放预符合室和豁免室，混合吸收器将不需要在瓷砖之上。

这真的取决于你想要测量的信号的上频率范围。

此外，你也可以牺牲测量精度为代价，获得小于全覆盖的(镜面覆盖)。

铁氧体瓷
砖是室内最昂贵的部件之一，所以如果你不需要一个完全兼容的房间，这可能是一个节省资金的好地方。

吸收泡沫
两种锥型混合吸收器
如果你的电磁铁只发射一个频率，它就有可能吸收所有的波能，用一张纸涂上一层表面电阻率为377欧姆的物质(自由空间的波阻抗)，将其置于反射墙的1/4波长处(假设波是以直角入射的)。

这种配置称为“Salisbury工作表”。

当然，我们试图在很多角度上吸收一个很大的频率，所以我们最终得到了一个锥形锥，它吸收不同波长的入射波。

此外，金字塔形状允许从自由空间阻抗(377欧姆)逐渐过渡到损耗铁氧体瓦吸收器基座的阻抗。

就像PCB上的高速数字设计一样，任何阻抗的突然变化都会引起反射，因此金字塔结构是尽量减少这种影响的一种尝试。

这种类型的吸收器可以由许多材料，如聚氨酯或聚苯乙烯，这两种材料中的任何一种典型负载有损耗的材料，如碳。

关于吸收器的工作原理有很多论文，但是这一个从格伦达什是我发现的最好的(即最简洁和容易理解)之一。

电缆过滤器
为了能够保持良好的屏蔽效能，进入或退出(穿透)消声室的墙壁或地板的任何东西都必须经过过滤或隔离。

这包括从ENT和转台/桅杆的电源输入，RF电缆(连接到天线或LISN)和任何其他I/O和控制电缆。

如果你只是通过一个紧密的孔喂电缆，这很可能是射频泄漏将发生在两个方向。

这样做的效果是，当一个暗室的全部目的是将它们拒之门外时，你就会开始在室内看到周围的射频信号。

你会得到的射频泄漏量，或者屏蔽效能的降低量，将取决于孔或孔径的大小，遇到空洞的信号的波长，以及源是在近场还是远场。

门
信贷：
用于进出消声室的门是可以削弱屏蔽效能的共同区域。

由于不可能有一个完美的金属与金属配合的门，手指股票(如下所示)是首选的方法，以确保有一个紧密的密封整个过程中的门。

测量精度
测量精度是决定消声室性能的一个关键因素。

影响测量精度的因素很多：
∙天线分离(你是在近场还是远场测量？)
∙减震器材料和位置(在什么频率范围内你的吸收材料有效，在每个频率上吸收损失是什么，吸收器放置在哪里)-请参阅下面的更多细节。

∙房间有多大？-测量天线和吸收材料之间是否有足够的空间？
∙天线校准(你的天线是否经过可靠的校准？)
∙射频电缆校准(你知道每个频率的射频电缆损耗的校准因素吗？)
∙频谱分析仪/接收机校准
对于EMC预顺应性测量，您可能对+/-6dB精度的测量感到满意.而对于完全遵从性测量，典型的所需精度至少为+/-4dB。

测量精度的放宽通常相当于一个腔室的整体成本较低，因为你可以使用更便宜的吸收材料或更少的吸收材料。

吸收器布局的重要性
了解吸收器的类型、大小和配置是一项棘手的工作。

通常，这个过程现在由仿真软件来处理。

通常，室内需要完全内衬铁氧体瓷砖(至少在墙壁和天花板上)，但通常只能使用“镜面消声”覆盖吸收泡沫材料，同时仍符合+/-4DB的测量标准。

要确定选择哪一种吸收材料和尺寸，以及将其放置在何处，这取决于以下几个因素：
∙你需要多大的安静区？
∙您要测试的最大EUT大小是多少？
∙房间的尺寸是多少？
∙你要测量什么频率范围？
您的商会制造商可能会提供几个库存包或使用软件定制根据您的要求和预算。

地面平整度
地面平整度是确保地面可重复反射的关键。

在ANSI C63.7(“进行辐射发射测
量的试验场的建造”)中，地面平整度的标准或经验法则称为瑞利粗糙度准则，它近似于地面在3米天线间隔时不应有‘凸起’或‘山谷’超过5cm，以保持测量精度。

使用一个扁平的，坚固的地下在你的金属地面下将有助于确保表面保持平坦。

此外，用于连接金属薄板的焊缝或接头的类型和质量也将产生影响。

这是有争议的，在燕麦地面平面是更容易弯曲，因为膨胀和收缩引起的直接阳光比一个房间。

你的半暗室
选择正确的半消声室的大小是至关重要的，因为它确定了您可以期望的测量精度，以及您可以执行完全遵从性测试的标准。

EUT尺寸
在选择您的房间大小时的一个主要考虑因素是您将要测试的EUT的最大大小。

如果你在测试小型产品，你可以像我前面讨论过的那样，用一个更小的“安静区”，这意味着可以保持较小的腔宽。

大多数商会制造商引用每一个标准腔尺寸的静音区尺寸。

完全遵从性与预依从性
正如我前面提到的，如果你只需要做预顺应性的测量，你就可以用一个小得多的房间逃脱。

这使得你不仅可以节省大量的地板空间，而且还可以节省铁氧体瓷砖和吸波材料的成本。

例如，ETS林德格伦有“太空人”系列，比标准的3米、5米或10米的舱小得
多。

通常情况下，像这样的小空间，天线的高度将是有限的，甚至是固定的，这肯定限制了测量的准确性。

但是，为了更好地了解排放，或者解决已知的排放问题，它们可以是一个很好的选择。

标准中的定义
对于许多标准，消声室的大小没有明确的定义。

试金石往往是，该会议厅是否符合美国国家安全局的要求(见下文)的标准，为一个给定的欧盟规模。

但是，一般来说，一个容纳3米欧特测量天线间隔(例如约30英尺x20英尺)的腔室将足以满足大多数国际辐射排放测量标准。

5m分离被认为优于3m分离，因为测量值通常与10m分离时的测量值(金标暗室)有更好的相关性。

当然，随着天线间距的增加，墙壁内衬吸收材料的数量大大增加，从而增加了成本。

凸起地平面与坑
您的房间的最大高度将定义不仅是外部空间的尺寸，而且它是否是建立在一个坑之上。

通常情况下，消声室至少在地面以下2英尺，以便：
1.与地面平齐的转盘
2.转盘下面存放辅助设备的地方
3.运行天线、电源和其他电缆的地方。