小屏蔽体电磁屏蔽效能测试装置、系统和方法 【技术领域】
本发明涉及电磁兼容测试技术领域，特别是指一种用于小屏蔽体电磁屏蔽效能测试的测试装置、系统与方法。
背景技术
随着电子技术的广泛应用，电磁辐射或者电子设备之间的电磁干扰问题越来越严重。另外一些涉密系统中的信息设备也需要采取电磁防护措施防止电磁泄漏。随之产生了各种电磁屏蔽措施和屏蔽体。一般而言，从尺寸上来分有两种屏蔽体：小屏蔽体和大屏蔽体。小屏蔽体是指边长介于0.4m和2m之间的各类软硬屏蔽材料制成的一个闭合体。对小屏蔽体进行电磁屏蔽效能测试是电磁兼容(EMC)测试领域中的一个重要组成部分，当前尤其是对各类小屏蔽体在80Hz~40GHz频率范围进行电磁屏蔽效能测试的需求日益增长。
现有两种测试小屏蔽体屏蔽效能的方法：外置辐射源法和内置辐射源法。外置辐射源法是通过在被测屏蔽体外部放置信号源，经由发射天线产生一定频率范围的辐射场，再用接收探头在被测屏蔽体内接收上述发射天线产生的信号，然后输出到一个接收设备，以测量有、无屏蔽体时的场强，最后对两次测量的场强数值(场强的单位为分贝)进行比较，便可以得出被测屏蔽体的屏蔽效能。内置辐射源法是将辐射源放置于被测屏蔽体内，在被测屏蔽体外用接收天线接收辐射源通过发射天线发射的电磁信号，然后输出到接收设备，同样测量有屏蔽体和没有屏蔽体时接收到的电磁场的强度差，以测量出屏蔽体的屏蔽性能。
然而在实际中，上述现有的两种测量方法对实际操作者都造成许多问题，而且使测试装置或者系统成本很高。例如，在外置辐射源方法中，如何在80Hz~40GHz频率范围选择接收探头或发射探头，探头如何进出被测屏蔽体，进出口的屏蔽效能如何，整套测试系统如何搭建等；对于内置辐射源法，也会产生如何在边长0.4m的小屏蔽体空间构建辐射源、如何散热的问题。通常这些问题不仅使测试人员难以选择满意的测试装置，而且对小屏蔽体的制造商来说也比较困难。因此如何提供一种符合标准要求、操作简便、实用可靠的小屏蔽体电磁屏蔽效能测试系统和方法就显得十分重要、十分迫切了。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种小型化、操作方便、适于实用的小屏蔽体电磁屏蔽效能测试装置、系统和方法。
在第一个方面，本发明测试系统包括一种射频天线装置，它由第一电感、第二电感、至少一个电容和一个电阻组成。所述电容具有第一端子。当所述射频天线装置用于发射具有一定频率的信号时，所述电容的第一端子连接产生所述具有一定频率的信号的装置，当所述射频天线装置用于接收信号时，所述电容的第一端子输出接收到的信号，所述电容的另一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端接地。所述第二电感的一个端子接地，另一端子与所述电阻连接。所述电阻的一端连接所述第二电感，另一端接地。
上述的射频天线装置为环形天线，将该环形天线线圈上的一点接地后，由接地点分开的两部分分别是所述第一电感和第二电感。另外，可以在所述环形天线的射频天线装置的外部设置转换开关，以调节所述第一电感和所述第二电感来接收不同频率的信号。
本发明的第二个方面在电磁屏蔽系统中提供了一种电磁辐射源装置。当上述的射频天线用于发射具有一定频率的信号时，它被包括在该电磁辐射源装置内。该电磁辐射源装置包括频率源，用于产生具有一定频率的信号；功率放大器，连接所述频率源的输出，对所述具有一定频率的信号进行功率放大；射频天线装置，接收所述由功率放大器放大后的信号，并将该信号发射出去。
更具体地，在前述的电磁辐射源装置中，其中的频率源包括一个晶体振荡器件连接一个锁相装置，由该锁相装置输出所述具有一定频率的信号。
在上述的电磁辐射源装置中，可以选择将所述晶体振荡器件、锁相装置、功率放大器分别通过三个开关连接到一个供电电源。
在前述的电磁辐射源装置中，所述的晶体振荡器件、锁相装置、功率放大器、供电电源和射频天线装置例如被集成在一个绝缘的盒子里。
在前述的电磁辐射源装置中，所述的三个开关安装在上述盒子的外壁。
另外，在上述盒子的外壁标有表示所述射频天线装置的垂直极化和水平极化的标志。
本发明第三个方面提供了一种测试屏蔽体电磁屏蔽效能的系统，包括前述的电磁辐射源装置，并且还包括射频接收天线，用于接收射频天线装置发出地信号，并输出给前置放大器进行放大。前置放大器用于对射频接收天线输出的信号进行放大并输出到频谱仪进行测量。
本发明的第四方面提供了一种屏蔽体电磁屏蔽效能测试测试方法，用于测试小屏蔽体在一定频率范围内的屏蔽效能。其中在被测屏蔽体内电磁辐射源装置中的射频天线装置间隔一定距离共面放置与其极化方向相同的所述射频接收天线。该测量方法包括以下步骤：在上述频率范围内选择若干个点频率进行测量，其中，对于每个点频率，进一步包括将产生上述点频率的电磁辐射源装置放入被测屏蔽体的内部中心位置；接通电源，使晶体振荡器件预热；将电磁辐射源装置内的锁相源和功率放大器供电；在频谱仪上读取在有被测屏蔽体和没有被测屏蔽体时的场强A和场强B；比较场强A和场强B得出屏蔽体的屏蔽效能。
在上述的测试方法中还包括改变射频天线装置的极化方向，并相应调节射频接收天线的极化方向，重复上述步骤。
本发明的特点之一是采用了将80Hz至40GHz，将全频段连续测量改为有选择的点频测量。
本发明的特点之二是将全频段内任一频点的发射天线进行小型化的设计。
本发明的特点之三是发射天线置于点频辐射源内。
本发明的特点之四是将小型化设计后的发射天线增益、接收天线增益、点频源的输出功率、不同频段射频电缆的损耗、不同频段频谱仪的测量灵敏度和对发射源频率稳定度的要求等进行系统集成，将工程测量思想贯穿整个屏蔽效能测试系统和测量方法设计过程。
【附图说明】
图1是本发明小屏蔽体电磁屏蔽效能测试系统的结构框图。
图2是本发明小屏蔽电磁屏蔽效能测试系统结构框图，具体描述了其中的点频辐射源。
图3本发明小屏蔽电磁屏蔽效能测试系统结构框图，具体描述了点频辐射源中的发射和接收天线装置。
图4是一个描述本发明小屏蔽体电磁屏蔽效能测试方法的流程图。
【具体实施方式】
本发明提供一种成本较低，使用便捷，可靠性高的小屏蔽体电磁效能测试装置、系统和方法。
首先如图1所示，它是本发明的小屏蔽体电磁屏蔽效能测试的系统框图。整个测试系统包括放置在被测小屏蔽体20内的点频辐射源30、以及在被测小屏蔽体外的点频接收天线装置40、前置放大器50和接收频谱仪60。整个系统被设置在屏蔽室10内。屏蔽室10的作用在于使整个测试系统免受其他电磁干扰。
图2在图1的基础上进一步展开描述了本发明的点频辐射源30。从图2可以看出，点频辐射源30包括一个基准频率源31、点频锁相源32、点频功率放大器33和发射天线装置34。
本发明在测量80Hz~40GHz频率范围的小屏蔽体的屏蔽效能时，为了克服现有技术使用宽频信号源、以及相对应的宽频功率放大器和宽频天线成本高且效率低的问题，将该频率范围分解为多个频点分别进行测量。例如可以抽样选择90Hz、90KHz、180KHz、2MHz、16MHz、102MHz、460MHz、940MHz、3.3GHz、6.2GHz、11GHz、18.2GHz、25GHz、34GHz、40GHz等频率点。
下面以90Hz频率点为例说明本发明测试装置和系统是如何测试小屏蔽体的屏蔽效能的。参考图2所示，基准频率源31，例如是一个20MHz恒温的晶体振荡器件，用于与点频锁相源32连接以产生比较稳定的90Hz频率，然后将产生的具有一定频率约10mV的信号输出到点频功率放大器33进行功率放大，例如，放大至7~10V，使得接收天线40接收到的信号比较容易辨认。放大后的信号经由发射天线34发射。
本发明特别在测试80Hz至30MHz的各个频点使用一种新的环形发射天线。因为通常情况下现有技术所使用的环形磁场天线发射效率很低，需加大信号源的输出功率才能达到测试标准的要求。另外，当使用环形天线时，如果接收天线任意旋转180°，测量值会有大约6dB以上的变化。为了解决上述的这些问题，本发明应用如图3所示电路结构的发射天线34，使得接收天线翻转180°后的测量误差降低到1dB，且由于发射天线采用蜂窝式绕法，体积大大减小。满足小屏蔽体的体积要求。
如图3所示，发射天线34包括电容C1、电感L1、L2和电阻R1。电容C1的一端与点频功率放大器33的输出连接，另一端连接电感L1的一个端子。L1的另外一个端子接地。在L1接地端还同时连接有电感L2的一端。电感L1的另一端连接电阻R1，通过R1接地。以90Hz的信号为例，L1大约为3.8mH，L2为1.5mH，C1为2.7nF，R1为10MΩ。上面描述的“接地”，实际上是参考零电势。在图3中的电感L1和L2是分开描绘的，实践中，可以通过将环形天线线圈上的一点接地，将线圈分成两个部分(L1和L2)来实现。
本发明天线还有一个优点是上述的发射天线34的结构可以应用在接收天线40中。在图3中接收天线40中电阻R2的一端接地，另一端经由电感L3接地。在L3接地的一端还连接在电感L4的一端，电感L4的另一端与电容C2的一个端子连接，电容C2的另一端子连接到前置放大器50，将接收到的信号输出到前置放大器50进行放大。最后前置放大器50将放大的信号输出到频谱仪60进行监测。频谱仪例如可以选择惠普生产的HP8565E。接收天线中的R2与发射天线的电阻R1值相等，L3的电感值与L2的相等，L4的电感值与L1的值相等。
前述使用电感L1，L2，L3，L4电阻R1，R2和电容C1，C2只是用来阐述本发明的原理，本发明不应局限于此。其他使用与本发明电感、电容和电阻相等同的器件的电路也应该涵盖在本发明的保护范围之内。
另外，基准频率源31、点频锁相源32、点频功率放大器33分别通过开关K1、K2和K3连接到一个12V的直流稳压电源70，由该电源70供电，如图3所示。电源70可以是能被充电的电池。
在本发明的小屏蔽体电磁屏蔽效能测试系统中，由基准频率源31、点频锁相源、点频功率放大器33和发射天线34构成的点频辐射源30可以集成在一个非金属的小箱子内。因为环形天线有水平和垂直两个极化方向。在进行屏蔽效能测试时，发射天线和接收天线最好共面放置。与天线的水平和垂直发射两种极化方向对应，在箱子的外壳表面注有水平和垂直两种测量极化标志。根据该极化标志选择接收天线的放置方向。另外，可以将上述开关K1、K2、K3独立设置或一起集成在小箱子的外部，便于操作。
当使用本发明的环形接收天线40接收信号时，可以通过调节L1和L2的值使接收天线40可以接收更多频点的信号。为了实现上述的调节，可以在环形接收天线40的外部安装天线转换开关。根据本发明的启示，本领域技术人员可以很容易实现这一点。
以下结合图4描述本发明小屏蔽体效能测试系统的测试方法。
在使用本发明小屏蔽体屏蔽效能测试系统测试前，先将被测小屏蔽体20放置于距地面例如30~80cm高的木桌或绝缘层上，并接地。再在离被测小屏蔽体中心一定距离且等高处架设接收天线40。30MHz以下频段天线与被测屏蔽体的距离例如为30cm。
具体测量步骤描述如下：
步骤100.将点频辐射源30放入被测屏蔽体20的内部中心位置。
步骤102.接通电源，预热10分钟，此时只对基准频率源31(晶体振荡器)预热，其他不工作。
步骤104.预热结束后，再使点频锁相源31和点频功率放大器33接通电源70。
步骤106.将被测屏蔽体20密封好，在接收频谱仪60上读取场强值B。
步骤108.将发射模块从被测屏蔽体内取出重新置于木桌或绝缘层上，保持发射模块与接收天线之间的距离不变，发射天线和接收天线的极化方向相同，记下数值A。
步骤110：被测小屏蔽体的屏蔽效能为A-B＝C。
步骤112.改变发射天线的极化方向，并相应调整接收天线的极化方向，重复步骤104~110。
对多个频点进行测量时，对在每个频率点重复上述步骤，即可得到80Hz~40GHz频率范围内小屏蔽体的电磁屏蔽效能，找到可能的设计缺陷和改进方向，或是否达到设计要求。
在测量场强时，本发明在80Hz至30MHz的频率范围内测试有无屏蔽体时各个频点的磁场强度差，在30MHz至950MHz的频率范围内测试电场差，在950MHz至40GHz的频率范围内测试微波的场强差。
上面描述的步骤中如果后面的步骤依赖于前面步骤产生的信号、结果等，则前后顺序不应颠倒，其他步骤可以变化。本领域技术人员根据本发明教导做出的这些变化也应该被包括在本发明的保护范围之内。
此处虽然是以80Hz~40GHz内的80Hz~30MHz频率范围示例来阐述，但是本发明的原理并不局限于此。在其他频率范围内也适用。
本发明具有如下优点和效果：
1.提供了一种符合测量标准要求亦满足工程测量需要的小屏蔽体电磁屏蔽效能测试系统和测量方法。
2.测试系统全部国产化，屏效测量基线超过标准要求，系统操作简便，测试结果准确，具有很强的实用性和推广性。
3.系统测量方法科学合理，测量频率选择灵活、易携带，为小屏蔽体的生产厂家提供了一套低价、适用、有效、完整的测量频段和研发工具。
4.解决了国标、国军标关于小屏蔽体电磁屏蔽效能测试的工程测量需求，特别是30MHz以下磁场屏效测量和18GHz以上微波屏效测量。
5.磁场接收天线采用了带有电屏蔽的共面环型天线全新的设计使得它具有翻转180°后基本不影响测量性能的特点。