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R&S 混響室EMC測(cè)試技術(shù)與解決方案
2024-04-09
傳統(tǒng)的半消聲室（SAC）或全消聲室（FAC）分別模擬開放場(chǎng)或自由空間傳播環(huán)境，得到國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可，并廣泛應(yīng)用于EMC測(cè)試。混響室（Reverberation Chamber，RVC，標(biāo)準(zhǔn)中也稱作混波室）技術(shù)采用了與傳統(tǒng)電波暗室不同的測(cè)試思路。近年來，用混響室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的消聲室進(jìn)行電磁兼容測(cè)試的原理和方法得到了廣泛的研究和重大的發(fā)展。隨著對(duì)被測(cè)設(shè)備，尤其是汽車產(chǎn)品的檢測(cè)要求越來越嚴(yán)格，混響室技術(shù)也逐漸受到重視。
一、混響室工作原理
根據(jù)IEC61000-4-21（GB/T 17626.2.1）中的定義，混響室是一個(gè)小房間，專門設(shè)計(jì)有更長(zhǎng)的混合時(shí)間，以使聲場(chǎng)盡可能地?cái)U(kuò)散。混響室由屏蔽外殼、機(jī)械調(diào)諧器或攪拌器、天線、測(cè)試系統(tǒng)和控制軟件組成。
圖1.典型的混響室構(gòu)成（GB/T 17626.21-2014）
圖2. 一個(gè)實(shí)際的混響室內(nèi)部組成
傳統(tǒng)的消聲室需要安裝吸收材料，以盡可能多地吸收電磁波，避免多次反射和多徑效應(yīng)，從而提高場(chǎng)的均勻性。相反，混響室是一種金屬屏蔽室，它對(duì)電磁波有很強(qiáng)的反射作用，并通過調(diào)諧器/攪拌器的旋轉(zhuǎn)不斷改變空間中電磁場(chǎng)的邊界條件，從而在室內(nèi)產(chǎn)生盡可能多的隨機(jī)極化電磁波信號(hào)，生成連續(xù)變化的電磁場(chǎng)分布，并在整個(gè)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)形成空間統(tǒng)計(jì)均勻分布。各向同性和隨機(jī)極化的電磁環(huán)境用于模擬電磁波的實(shí)際傳播環(huán)境。
圖3.混響室內(nèi)部電磁場(chǎng)分布示意
與傳統(tǒng)電波暗室比較，混響室有以下特點(diǎn)：
?工作空間不同
傳統(tǒng)的消聲室設(shè)想在相同的極化方向上具有均勻場(chǎng)強(qiáng)的工作平面；想象一個(gè)混響室內(nèi)的三維工作空間，其中電磁波被任意極化，并通過統(tǒng)計(jì)分析獲得均勻的場(chǎng)強(qiáng)；與同一混響室相比，該混響室具有更大的測(cè)試空間。
圖4.混響室立體工作空間 vs. 傳統(tǒng)暗室工作平面
?結(jié)構(gòu)不同，成本不同
傳統(tǒng)的消聲室由屏蔽室、鐵氧體、吸收材料等組成；混響室由屏蔽室和攪拌器組成，不需要安裝鐵氧體和吸收材料，建設(shè)成本低。
? 產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)不同
傳統(tǒng)的消聲室通過吸收材料吸收大量輸入的電磁波，從而避免電磁波反射；混響室多次反射電磁波，從而提高了無線電波的使用效率。因此，通過使用較小的輸入激勵(lì)，混響室可以產(chǎn)生更高的測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)。
?工作頻率不同
混響室的最小工作頻率（LUF）受到混響室大小的限制，而高頻基本上不受限制。
? 測(cè)試時(shí)間不同
與傳統(tǒng)暗室相比，混響室測(cè)試需要更長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間。
二、混響室測(cè)試主要參考標(biāo)準(zhǔn)
三、混響室關(guān)鍵參數(shù)
設(shè)計(jì)參數(shù)：混響室尺寸；LUF；模式數(shù)；模式密度；Q值
使用參數(shù)：工作區(qū)間；LUF；場(chǎng)均勻性；G值；時(shí)間常數(shù)；ACF/CCF/CLF
四、混響室測(cè)試步驟
簡(jiǎn)單來說，混響室測(cè)試需要遵循以下步驟。
1：空腔體的場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)
驗(yàn)證混響室場(chǎng)的均勻性符合標(biāo)準(zhǔn)要求；確定歸一化電場(chǎng)強(qiáng)度；確定工作間隔。此步驟應(yīng)在混響室完成或進(jìn)行重大改造后執(zhí)行一次。
2：腔體加載系數(shù)確認(rèn)
在步的基礎(chǔ)上，向腔體中加入吸收材料，模擬加載并驗(yàn)證場(chǎng)的均勻性。該步驟在混響室完成或改造后進(jìn)行一次。
3：DUT 加載預(yù)檢
“快速檢查”腔體性能，確認(rèn)空腔的載荷小于模擬載荷過程中的載荷。當(dāng)測(cè)試不同的DUT時(shí)，此步驟執(zhí)行一次。
4：DUT測(cè)試
使用校準(zhǔn)期間記錄的正向功率進(jìn)行DUT測(cè)試。
五、混響室測(cè)試系統(tǒng)
一個(gè)完整的混響室測(cè)試系統(tǒng)，主要由以下部分組成：
1. 混響室系統(tǒng)：
包括殼體、屏蔽門、攪拌槳、天線、場(chǎng)強(qiáng)探頭等。
2. 與傳統(tǒng)的消聲室測(cè)試系統(tǒng)類似，混響室測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備主要包括以下部分：
信號(hào)源，用于產(chǎn)生需要的干擾信號(hào)波形
功率放大器，用于將信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)放大到期望功率
功率計(jì)，用于監(jiān)測(cè)功率放大器的正向和反向功率，以確定混響室的有效功率輸入
發(fā)射天線，用于將干擾信號(hào)加載到混響室
接收天線，用于監(jiān)控測(cè)試過程中的場(chǎng)強(qiáng)
場(chǎng)強(qiáng)探頭，用于工作區(qū)間內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)確認(rèn)
3. 用于控制混響室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和自動(dòng)測(cè)試的測(cè)試軟件。
圖5. 混響室測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)示意圖
羅德與施瓦茨（以下簡(jiǎn)稱R&S）TS9982 EMS測(cè)試系統(tǒng)，可以混響室的測(cè)試需求。該系統(tǒng)包括根據(jù)國際/國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)或客戶擁有的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定制的混響室測(cè)試所需的各種測(cè)試儀器和附件，通過R&S Elektra測(cè)試軟件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的全自動(dòng)測(cè)試流程。
六、混響室測(cè)試自動(dòng)化軟件
R&S Elektra EMC自動(dòng)化測(cè)試軟件支持混響室的測(cè)試，提供符合標(biāo)準(zhǔn)要求或客戶定制的測(cè)試程序，并輸出測(cè)試報(bào)告。Elektra具有鮮明的特色和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
軟件由R&S自主研發(fā)，支持測(cè)試所需的所有R&S儀器設(shè)備，以及市場(chǎng)上主流的測(cè)試配件，并可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展；
既支持混響室校準(zhǔn)，又支持完整測(cè)試流程，將校準(zhǔn)和測(cè)試有機(jī)結(jié)合為一個(gè)整體；
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中要求的所有參數(shù)；
多次校準(zhǔn)并進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比；
只需更新驅(qū)動(dòng)程序即可適應(yīng)不同的攪拌槳，兼容性強(qiáng)；
不斷的發(fā)展使通過升級(jí)實(shí)現(xiàn)新的測(cè)試需求變得容易；
平臺(tái)化軟件，簡(jiǎn)單易用。
圖6. 混響室測(cè)試自動(dòng)化軟件
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