小屏蔽体屏蔽效能的测量方法

针对现行标准推荐的小屏蔽体屏蔽效能测量方法，分析了测量中的一些问题，介绍了各种方法的适用条件和范围，并对各方法的测量频率范围、屏蔽效能动态范围、可测体积等进行列表比较，以便用户根据实际情况选择适合的测量方法。

分类: 动态

发布时间: 2023-01-05 18:15:34

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小屏蔽体屏蔽效能的测量方法

Test Methods for Shielding Effectiveness of Small-sized Shielding Enclosure

北京大泽科技有限公司 李立嘉

中国电子技术标准化研究院  沙长涛

摘要

针对现行标准推荐的小屏蔽体屏蔽效能测量方法，分析了测量中的一些问题，介绍了各种方法的适用条件和范围，并对各方法的测量频率范围、屏蔽效能动态范围、可测体积等进行列表比较，以便用户根据实际情况选择适合的测量方法。

关键词

屏蔽效能；小屏蔽体；测量方法

Abstract

According to the test method of shielding effectiveness for small-sized shielding enclosure recommended by current standards, some problems during test are analyzed. The application condition and scope of various methods are introduced. Measuring frequency range, shielding effectiveness dynamic range, measurable volume are listed for comparing , users may choose suitable measurement method according to actual situation.

Keywords

shielding effectiveness; small-sized shielding enclosure; test method

引言

目前，各种屏蔽机箱、机柜、帐篷等小屏蔽体广泛应用于各个涉密行业，需要屏蔽的信号频率范围越来越宽，从 9 kHz~18 GHz 扩展到 50 Hz~40 GHz 甚至到100 GHz，屏蔽效能指标从 30~50 dB 提高到 80~100 dB。2020年公布的国家标准GB/T 39278-2020 [0.1m-2m屏蔽壳体屏蔽效能的测量方法]，采纳了北京大泽科技有限公司的发明专利【内置辐射源法ZL  2009 1 0090031.X】，该方法完整的解决了9k-40Ghz频率范围内小屏蔽体屏蔽效能的测量方法与手段。本文归纳了现行标准推荐的小屏蔽体屏蔽效能的测量方法、适用范围及注意事项，以便用户根据实际情况选择。

1       小屏蔽体的定义与特点

任一边长在 0.1~2 m 范围内的屏蔽体称为小屏蔽体。小屏蔽体的特点 ：

a）内部空间小，电磁波在其中的反射、折射、吸收， 谐振情况复杂 ；

b）无论接收天线还是发射天线，若放在屏蔽体内都必须要小型化设计，以保障天线距离各壁面有大于等于 5 cm 的空间，以减少各壁面与天线之间的“寄生效应”；

c）尽量选用点频测量方式，点频测量天线具有体积小、增益高的特点（30 MHz 以下十分明显）；

d）谐振计算公式在小屏蔽体的谐振频率计算中只是部分适用，特别是在 30 MHz 以下频段，屏蔽效能需要通过实验确定（很多实际测试结果表明不能用谐振现象解释）。

2       小屏蔽体屏蔽效能测量方法分类

小屏蔽体屏蔽效能测量方法分为内置辐射源法和外置辐射源法。内置辐射源法又分为辐射源内置法和辐射天线内置法 ：外置辐射源法分为屏蔽室法、TEM 传输室法、GTEM 传输室法和混响室法。

（1）内置辐射源法

内置辐射源法就是在被测屏蔽体内产生一个辐射场，屏蔽体外部接收、测量被测屏蔽体屏蔽效能的方法。

a）辐射源内置法如图 1 所示，将信号源，功放和发射天线集成在一起放入屏蔽体内。这是目前应用最广泛的一种方法，成本低、操作简单，可在 50 Hz~40 GHz频率范围内测量，边长 0.5~2 m 的小屏蔽体；动态范围： 50 Hz~9 kHz 大 于 60 dB，9 kHz~30 MHz 大 于 80 dB，30 MHz~40 GHz 大于 100 dB。

图 1 辐射源内置法

注意 ：不同边长的小屏蔽体可能在不同频点上产生谐振现象 0.1~0.3 m 边长的小屏蔽体情况更复杂。

b）辐射天线内置法如图 2 所示，只有辐射天线放入屏蔽体内，源和功放在屏蔽体外。

图 2 辐射天线内置法

辐射天线内置法要在屏蔽体上打孔，用屏蔽电缆连接信号源和功放，辐射源内置法不用打孔，两种方法可测频率范围相同。但辐射天线内置法可测体积还可再小（从 0.2~2 m）但动态范围和 C 点电联接器的屏蔽效能有关，比该点的屏蔽效能要小 10 dB。

辐射天线内置法和辐射源内置法适用于防止屏蔽体内的射频信号向外辐射的屏蔽效能测试。

（2）外置辐射源法

外置辐射源法是在被测屏蔽体外部产生一个辐射场，测量被测屏蔽体屏蔽效能的方法， 如图 3 所示。外置辐射源法可在 50 Hz~40 GHz 频率范围内测量边长 0.3~2 m 的小屏蔽体（依据现有该频段的天线最小尺寸来确定小屏蔽体的最小尺寸），动态范围受到电连接器和连接电缆屏蔽效能值的影响。

图 3 外置辐射源法

外置辐射源法还可采用 TEM、GTEM 传输室法及混响室法测量。TEM 传输室法（图 4）测量频率范围为9 kHz~500 MHz（全频段为电场屏蔽衰减），GTEM 传输室法（ 图 5） 测量频率范围为 9 kHz~18 GHz（全频段为电场屏蔽衰减），测量动态范围由电连接器、连接电缆的屏蔽效能值的最小值再减 10 dB 决定，被测屏蔽体体积应小于 TEM 和 GTEM 传输室半个腔体的 1/3 空间。图 6 为混响室法测量屏效示意图，测量频率范围为500 MHz~18 GHz，测量动态范围仍由电连接器与屏蔽电缆的屏效值的最小值减 10 dB 决定。

图 4 TEM 传输室法测量示意图

图 5 GTEM 传输室法测量示意图

图 6 混响室法测量示意图

3 小屏蔽体屏蔽效能测量的频点及天线选择

（1）频率应满足的条件 ：尽量选择点频测量，一般为 60 Hz、1 kHz、100 kHz、200 kHz、15 MHz、100 MHz、450 MHz、950 MHz、3 GHz、6 GHz、10 GHz、18 GHz、26 GHz、35 GHz、40 GHz。避开被测屏蔽体的固有谐振频率，屏蔽体的固有谐振频率按以下公式计算 ：

式中，μ 为屏蔽体内部的磁导率；ε 为屏蔽体内部的介电常数；a 为屏蔽体的长度，单位为米（m）；b 为屏蔽体的宽度，单位为 m；c 为屏蔽体的高度，单位为 m。a>b>c，且 i、j、k 为整数，但 i、j、k 中每次最多只能有一个取 0。同时取两个或三个 0 的分布情况十分复杂，除了固有谐振频率影响外还有其它因素影响测量，特别是在 30 MHz 以下频段，如果在实测中发现停振或失锁等，避开该频率点后再测。

 

（2）小屏蔽体屏蔽效能测试天线的选取规则

●     小屏蔽体外的接收或发射天线 ：50 Hz~9 kHz 环型天线 ；9 kHz~30 MHz 环型天线 ；30 MHz~1 GHz 双锥天线（或偶极子天线）；1~40 GHz 喇叭天线。

●     小屏蔽体内的接收天线或发射天线 ：50 Hz~ 9 kHz 小型环天线 ；9 kHz~30 MHz 小型环天线 ；30~300 MHz 小双锥天线（或缩短偶极子天线 ；）300 MHz~

1 GHz 偶极子天线（或缩短偶极子天线）；1~40 GHz 小喇叭天线。

小屏蔽体内的天线一般选择具有选频功能的“点频”天线或窄带天线，以缩小体积提高效率，小屏蔽体外的天线没有这方面要求。

 

4       小屏蔽体屏蔽效能测试方法的选择

小屏蔽体屏蔽效能测试方法一般要根据小屏蔽体的用途来选，如果是用于屏蔽壳体内的电磁信号向外辐射，建议采用内置辐射源法 ；如果是用于屏蔽外部信号对壳体内敏感部位辐射，建议采用外置辐射源法，具体参考指标见表1。

表 1   小屏蔽体屏蔽效能测试方法一览表

测试方法		可测边长范围	可测频率范围	可测动态范围	注意事项	磁场/电场
内置辐射源法	内置辐射源法	0.5~2 m	60 Hz~40 GHz	60 Hz~10 kHz ＞ 60 dB ； 10 kHz~30 MHz ＞ 80 dB ； 30 MHz~40 GHz ＞ 100 dB ；	被测体不需要打孔	磁场电场屏蔽效能均可测试
		0.2~2 m	10 kHz~40 GHz
		0.5~2 m	60 Hz~40 GHz
	内置辐射探头法	0.2~2 m	60 Hz~40 GHz	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔
外置辐射源法	内置接收探头采用光纤传输非 选频接收设备	0.2~2 m	10 kHz~40 GHz	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔	只可测量电场
	内置接收探头采用选频接收设 备，采用双屏蔽电缆接收	0.2~2 m	10 kHz~40 GHz	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔	只可测量电场
	TEM 小室法采用选频接收设备 采用双屏蔽电缆连接	体积应小于半个 腔体的 1/3	10 kHz~500 MHz	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔	只可测量电场
	GTEM 室法采用选频接收设备 采用双屏蔽电缆连接	体积应小于半个 腔体的 1/3	10 kHz~18 GHz	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔	只可测量电场
	混响室法采用选频接收设备采 用双屏蔽电缆连接	受混响室的体积 影响	500 MHz~18 GHz （40 GHz）	要确认电缆连接处的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被测体要 打孔	只可测量电场

 

5       结语

从测量频率范围、测量动态范围、被测物的体积大小等几项指标来看，采用内置辐射源法是比较好的选择，关键是要把内置的发射天线做好，特别是 30 MHz 以下的内置发射天线，不仅要体积小效率还要高。随着电子信息化的快速发展，新国标的推出，内置辐射源法一定会得到广泛的应用与推广。

 

参考文献

[1]    IEEE STD 299.1: Method for Measuring the Shielding Effectiveness of Enclosures and Boxes Having all Dimensions

between 0.1 m and 2 m[S]. 2013.

[2]    中国人民解放军信息安全测评认证中心，航天科工集团二 0 三所 , 外交部一局 , 等 . GJB 5792-2021 军用涉密信息系统电磁屏蔽体等级划分和测量方法 [S]. 北京: 总装备部军标出版发行部 , 2021.

[3]    中国航天科工集团公司二院二○三所 .GJB 5185-2003 小屏蔽体屏蔽效能测量方法 [S]. 北京: 总装备部军标出版发行部 , 2003

[4]    工信部电子工业标准化研究所 , 东南大学 .GB 12190-

2021 高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法 [S].