小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置及其中的射頻天線和點頻輻射源的製作方法

2023-04-23 17:14:01

專利名稱：小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置及其中的射頻天線和點頻輻射源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電磁兼容測試技術領域，特別是指一種用於小屏蔽體電磁屏蔽效
能測試的測試裝置及其中的射頻天線和點頻輻射源。
背景技術：
隨著電子技術的廣泛應用，電磁輻射或者電子設備之間的電磁幹擾問題越來越嚴 重。另外一些涉密系統中的信息設備也需要採取電磁防護措施防止電磁洩漏。隨之產生了 各種電磁屏蔽措施和屏蔽體。 一般而言，從尺寸上來分有兩種屏蔽體小屏蔽體和大屏蔽 體。小屏蔽體是指邊長介於0.4m和2m之間的各類軟硬屏蔽材料製成的一個閉合體。對小 屏蔽體進行電磁屏蔽效能測試是電磁兼容(EMC)測試領域中的一個重要組成部分，當前尤 其是對各類小屏蔽體在80Hz 40GHz頻率範圍進行電磁屏蔽效能測試的需求日益增長。 現有兩種測試小屏蔽體屏蔽效能的方法外置輻射源法和內置輻射源法。外置輻 射源法是通過在被測屏蔽體外部放置信號源，經由發射天線產生一定頻率範圍的輻射場， 再用接收探頭在被測屏蔽體內接收上述發射天線產生的信號，然後輸出到一個接收設備， 以測量有、無屏蔽體時的場強，最後對兩次測量的場強數值(場強的單位為分貝)進行比 較，便可以得出被測屏蔽體的屏蔽效能。內置輻射源法是將輻射源放置於被測屏蔽體內， 在被測屏蔽體外用接收天線接收輻射源通過發射天線發射的電磁信號，然後輸出到接收設 備，同樣測量有屏蔽體和沒有屏蔽體時接收到的電磁場的強度差，以測量出屏蔽體的屏蔽 性能。 然而在實際中，上述現有的兩種測量方法對實際操作者都造成許多問題，而且使 測試裝置或者系統成本很高。例如，在外置輻射源方法中，如何在80Hz 40GHz頻率範圍選 擇接收探頭或發射探頭，探頭如何進出被測屏蔽體，進出口的屏蔽效能如何，整套測試系統 如何搭建等；對於內置輻射源法，也會產生如何在邊長0. 4m的小屏蔽體空間構建輻射源、 如何散熱的問題。通常這些問題不僅使測試人員難以選擇滿意的測試裝置，而且對小屏蔽 體的製造商來說也比較困難。因此如何提供一種符合標準要求、操作簡便、實用可靠的小屏 蔽體電磁屏蔽效能測試系統和方法就顯得十分重要、十分迫切了。

發明內容本實用新型的目的是提供一種小型化、操作方便、適於實用的小屏蔽體電磁屏蔽 效能測試裝置及其中的射頻天線和點頻輻射源。 在第一個方面，本實用新型測試裝置包括一種射頻天線，它由第一電感、第二電 感、至少一個電容和一個電阻組成。所述電容具有第一端子。當所述射頻天線用於發射具 有一定頻率的信號時，所述電容的第一端子連接產生所述具有一定頻率的信號的裝置，當 所述射頻天線用於接收信號時，所述電容的第一端子輸出接收到的信號，所述電容的另一 端連接所述第一電感的一端，所述第一電感的另一端接地。所述第二電感的一個端子接地，
3另一端子與所述電阻連接。所述電阻的一端連接所述第二電感，另一端接地。 上述的射頻天線為環形天線，將該環形天線線圈上的一點接地後，由接地點分開
的兩部分分別是所述第一電感和第二電感。另外，可以在所述環形天線的射頻天線裝置的
外部設置轉換開關，以調節所述第一電感和所述第二電感來接收不同頻率的信號。 本實用新型的第二個方面在電磁屏蔽裝置中提供了一種點頻輻射源。當上述的射
頻天線用於發射具有一定頻率的信號時，它被包括在該點頻輻射源內。該點頻輻射源包括
頻率源，用於產生具有一定頻率的信號；點頻功率放大器，連接所述頻率源的輸出，對所述
具有一定頻率的信號進行功率放大；射頻天線，接收所述由點頻功率放大器放大後的信號，
並將該信號發射出去。 更具體地，在前述的點頻輻射源中，其中的頻率源包括一個晶體振蕩器件連接一 個點頻鎖相源，由該點頻鎖相源輸出所述具有一定頻率的信號。 在上述的點頻輻射源中，可以選擇將所述晶體振蕩器件、點頻鎖相源、點頻功率放 大器分別通過三個開關連接到一個供電電源。 在前述的點頻輻射源中，所述的晶體振蕩器件、點頻鎖相源、點頻功率放大器、供 電電源和射頻天線例如被集成在一個絕緣的盒子裡。 在前述的點頻輻射源中，所述的三個開關安裝在上述盒子的外壁。 另外，在上述盒子的外壁標有表示所述射頻天線的垂直極化和水平極化的標誌。 本實用新型第三個方面提供了一種測試屏蔽體電磁屏蔽效能的裝置，包括前述的 點頻輻射源，並且還包括射頻接收天線，用於接收射頻天線發出的信號，並輸出給前置放大 器進行放大。前置放大器用於對射頻接收天線輸出的信號進行放大並輸出到頻譜儀進行測 本實用新型的第四方面提供了一種屏蔽體電磁屏蔽效能測試測試方法，用於測試 小屏蔽體在一定頻率範圍內的屏蔽效能。其中在被測屏蔽體內點頻輻射源中的射頻天線間 隔一定距離共面放置與其極化方向相同的所述射頻接收天線。該測量方法包括以下步驟 在上述頻率範圍內選擇若干個點頻率進行測量，其中，對於每個點頻率，進一步包括將產生 上述點頻率的點頻輻射源放入被測屏蔽體的內部中心位置；接通電源，使晶體振蕩器件預 熱；將點頻輻射源內的鎖相源和點頻功率放大器供電；在頻譜儀上讀取在有被測屏蔽體和 沒有被測屏蔽體時的場強A和場強B ;比較場強A和場強B得出屏蔽體的屏蔽效能。 在上述的測試方法中還包括改變射頻天線的極化方向，並相應調節射頻接收天線 的極化方向，重複上述步驟。 本實用新型的特點之一是採用了將80Hz至40GHz，將全頻段連續測量改為有選擇 的點頻測量。 本實用新型的特點之二是將全頻段內任一頻點的發射天線進行小型化的設計。 本實用新型的特點之三是用於發射的射頻天線置於點頻輻射源內。 本實用新型的特點之四是將小型化設計後的發射天線增益、接收天線增益、點頻
源的輸出功率、不同頻段射頻電纜的損耗、不同頻段頻譜儀的測量靈敏度和對發射源頻率
穩定度的要求等進行系統集成，將工程測量思想貫穿整個屏蔽效能測試裝置和測量方法設
計過程。
圖1是本實用新型小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置的結構框圖。
圖2是本實用新型小屏蔽電磁屏蔽效能測試裝置結構框圖，具體描述了其中的點
頻輻射源。 圖3本實用新型小屏蔽電磁屏蔽效能測試裝置結構框圖，具體描述了點頻輻射源 中的用於發射和接收的射頻天線。 圖4是一個描述本實用新型小屏蔽體電磁屏蔽效能測試方法的流程圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種成本較低，使用便捷，可靠性高的小屏蔽體電磁效能測試裝 置及其中的射頻天線和點頻輻射源。 首先如圖l所示，它是本實用新型的小屏蔽體電磁屏蔽效能測試的裝置框圖。整 個測試裝置包括放置在被測小屏蔽體20內的點頻輻射源30、以及在被測小屏蔽體外的射 頻天線40、前置放大器50和用於接收的頻譜儀60。整個電磁屏蔽效能測試裝置被設置在 屏蔽室10內。屏蔽室10的作用在於使整個測試裝置免受其他電磁幹擾。 圖2在圖1的基礎上進一步展開描述了本實用新型的點頻輻射源30。從圖2可以 看出，點頻輻射源30包括一個基準頻率源31、點頻鎖相源32、點頻功率放大器33和用於發 射的射頻天線34。 本實用新型在測量80Hz 40GHz頻率範圍的小屏蔽體的屏蔽效能時，為了克服現 有技術使用寬頻信號源、以及相對應的寬頻功率放大器和寬頻天線成本高且效率低的問 題，將該頻率範圍分解為多個頻點分別進行測量。例如可以抽樣選擇90Hz、90KHz、180KHz、 2MHz、16MHz、102MHz、460MHz、940MHz、3. 3GHz、6. 2GHz、llGHz、18. 2GHz、25GHz、34GHz、40GHz
等頻率點。 下面以90Hz頻率點為例說明本實用新型測試裝置是如何測試小屏蔽體的屏蔽效 能的。參考圖2所示，基準頻率源31，例如是一個20MHz恆溫的晶體振蕩器件，用於與點頻 鎖相源32連接以產生比較穩定的90Hz頻率，然後將產生的具有一定頻率約10mV的信號輸 出到點頻功率放大器33進行功率放大，例如，放大至7 10V，使得射頻天線40接收到的信號 比較容易辨認。放大後的信號經由射頻天線34發射。 本實用新型特別在測試80Hz至30MHz的各個頻點使用一種新的環形發射天線。因 為通常情況下現有技術所使用的環形磁場天線發射效率很低，需加大信號源的輸出功率才 能達到測試標準的要求。另外，當使用環形天線時，如果接收天線任意旋轉180° ，測量值會 有大約6dB以上的變化。為了解決上述的這些問題，本實用新型應用如圖3所示電路結構 的射頻天線，使得接收天線翻轉180°後的測量誤差降低到ldB，且由於用於發射的射頻天 線採用蜂窩式繞法，體積大大減小。滿足小屏蔽體的體積要求。 如圖3所示，用於發射的射頻天線34包括電容C1、電感L1、L2和電阻R1。電容C1 的一端與點頻功率放大器33的輸出連接，另一端連接電感L1的一個端子。Ll的另外一個 端子接地。在L1接地端還同時連接有電感L2的一端。電感L1的另一端連接電阻R1，通過 Rl接地。以90Hz的信號為例，L1大約為3. 8mH，L2為1. 5mH，Cl為2. 7nF，Rl為10MQ 。上 面描述的"接地"，實際上是參考零電勢。在圖3中的電感L1和L2是分開描繪的，實踐中，可以通過將環形天線線圈上的一點接地，將線圈分成兩個部分(Ll和L2)來實現。 本實用新型天線還有一個優點是上述用於發射的射頻天線34的結構可以應用在
用於接收的射頻天線40中。在圖3中用於接收的射頻天線40中電阻R2的一端接地，另一
端經由電感L3接地。在L3接地的一端還連接在電感L4的一端，電感L4的另一端與電容
C2的一個端子連接，電容C2的另一端子連接到前置放大器50，將接收到的信號輸出到前置
放大器50進行放大。最後前置放大器50將放大的信號輸出到頻譜儀60進行監測。頻譜
儀例如可以選擇惠普生產的HP8565E。用於接收的射頻天線40中的R2與用於發射的射頻
天線34的電阻Rl值相等，L3的電感值與L2的相等，L4的電感值與Ll的值相等。 前述使用電感L1， L2， L3， L4電阻R1， R2和電容C1， C2隻是用來闡述本實用新型
的原理，本實用新型不應局限於此。其他使用與本實用新型電感、電容和電阻相等同的器件
的電路也應該涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。 另外，基準頻率源31、點頻鎖相源32、點頻功率放大器33分別通過開關Kl、 K2和 K3連接到一個12V的直流穩壓電源70，由該電源70供電，如圖3所示。電源70可以是能 被充電的電池。 在本實用新型的小屏蔽體效能測試裝置中，由基準頻率源31、點頻鎖相源、點頻功 率放大器33和用於發射的射頻天線34構成的點頻輻射源30可以集成在一個非金屬的小 箱子內。因為環形天線有水平和垂直兩個極化方向。在進行屏蔽效能測試時，用於發射的 射頻天線34和用於接收的射頻天線40最好共面放置。與天線的水平和垂直發射兩種極化 方向對應，在箱子的外殼表面注有水平和垂直兩種測量極化標誌。根據該極化標誌選擇用 於接收的射頻天線的放置方向。另外，可以將上述開關K1、K2、K3獨立設置或一起集成在小 箱子的外部，便於操作。 當使用本實用新型的環形射頻天線40接收信號時，可以通過調節Ll和L2的值使 射頻天線40可以接收更多頻點的信號。為了實現上述的調節，可以在環形射頻天線40的 外部安裝天線轉換開關。根據本實用新型的啟示，本領域技術人員可以很容易實現這一點。 以下結合圖4描述本實用新型小屏蔽體效能測試裝置的測試方法。 在使用本實用新型小屏蔽體屏蔽效能測試裝置測試前，先將被測小屏蔽體20放 置於距地面例如3(T80cm高的木桌或絕緣層上，並接地。再在離被測小屏蔽體中心一定 距離且等高處架設用於接收的天線40。 30MHz以下頻段天線與被測屏蔽體的距離例如為 30cm。
具體測量步驟描述如下 步驟100.將點頻輻射源30放入被測屏蔽體20的內部中心位置。 步驟102.接通電源，預熱10分鐘，此時只對基準頻率源31(晶體振蕩器)預熱， 其他不工作。 步驟104. 步驟106. 步驟108.
預熱結束後，再使點頻鎖相源32和點頻功率放大器33接通電源70。
將》
被測屏蔽體20密封好，在接收頻譜儀60上讀取場強值Bc
將發射模塊從被測屏蔽體內取出重新置於木桌或絕緣層上，保持發射 模塊與用於接收的射頻天線之間的距離不變，用於發射的射頻天線和用於接收的射頻天線 的極化方向相同，記下數值A。 步驟110 :被測小屏蔽體的屏蔽效能為A-B = C。[0046] 步驟112.改變用於發射的射頻天線的極化方向，並相應調整用於接收的射頻天 線的極化方向，重複步驟104 110。 對多個頻點進行測量時，對在每個頻率點重複上述步驟，即可得到80Hz 40GHz頻 率範圍內小屏蔽體的電磁屏蔽效能，找到可能的設計缺陷和改進方向，或是否達到設計要 求。 在測量場強時，本實用新型在80Hz至30MHz的頻率範圍內測試有無屏蔽體時各個 頻點的磁場強度差，在30MHz至950MHz的頻率範圍內測試電場差，在950MHz至40GHz的頻 率範圍內測試微波的場強差。 上面描述的步驟中如果後面的步驟依賴於前面步驟產生的信號、結果等，則前後 順序不應顛倒，其他步驟可以變化。本領域技術人員根據本實用新型教導做出的這些變化 也應該被包括在本實用新型的保護範圍之內。 此處雖然是以80Hz 40GHz內的80Hz 30MHz頻率範圍示例來闡述，但是本實用新 型的原理並不局限於此。在其他頻率範圍內也適用。 本實用新型具有如下優點和效果 1.提供了一種符合測量標準要求亦滿足工程測量需要的小屏蔽體電磁屏蔽效能 測試裝置和測量方法。 2.測試裝置全部國產化，屏效測量基線超過標準要求，操作簡便，測試結果準確， 具有很強的實用性和推廣性。 3.測量方法科學合理，測量頻率選擇靈活、易攜帶，為小屏蔽體的生產廠家提供了 一套低價、適用、有效、完整的測量頻段和研發工具。 4.解決了國標、國軍標關於小屏蔽體電磁屏蔽效能測試的工程測量需求，特別是 30MHz以下磁場屏效測量和18GHz以上微波屏效測量。 5.磁場接收天線採用了帶有電屏蔽的共面環型天線全新的設計使得它具有翻轉 180。後基本不影響測量性能的特點。
權利要求一種射頻天線，其特徵在於該射頻天線包括第一電感(L1，L4)、第二電感(L2，L3)、至少一個電容(C1，C2)和一個電阻(R1，R2)，所述電容(C1，C2)具有第一端子，當所述射頻天線(34)用於發射具有一定頻率的信號時，所述電容(C1)的第一端子連接產生所述具有一定頻率的信號的裝置，當所述射頻天線(40)用於接收信號時，所述電容(C2)的第一端子輸出接收到的信號，所述電容(C1，C2)的另一端連接所述第一電感(L1，L4)的一端，所述第一電感(L1，L4)的另一端接地，所述第二電感(L2，L3)的一個端子接地，另一端子與所述電阻(R1，R2)連接，所述電阻(R1，R2)的一端連接所述第二電感(L2，L3)，另一端接地。
2. 根據權利要求l的射頻天線，其特徵在於其為環形天線，將該環形天線線圈上的一 點接地後，由接地點分開的兩部分分別是所述第一電感(Ll， L4)和第二電感(L2， L3)。
3. 根據權利要求2的射頻天線，其特徵在於所述為環形天線的射頻天線(40)外部設 置轉換開關，以調節所述第一電感(Ll， L4)和所述第二電感(L2， L3)來接收不同頻率的信 號。
4. 一種使用權利要求l中射頻天線的點頻輻射源，其特徵在於其包括頻率源(31,32)， 產生具有一定頻率的信號，點頻功率放大器(33)，連接所述頻率源(31,32)的輸出，對所述具有一定頻率的信號 進行功率放大，射頻天線(34)，接收所述由點頻功率放大器(33)放大後的信號，並將該信號發射出去。
5. 根據權利要求4所述的點頻輻射源，其特徵在於其中的頻率源(31,32)包括一個晶 體振蕩器件(31)連接一個點頻鎖相源(32)，由該點頻鎖相源輸出所述具有一定頻率的信 號。
6. 根據權利要求5的點頻輻射源，其特徵在於其中所述晶體振蕩器件(31)、點頻鎖相 源(32)、點頻功率放大器(33)分別通過開關K1、K2、K3連接到一個供電電源(70)。
7. 根據權利要求6所述的點頻輻射源，其特徵在於其中所述的晶體振蕩器件(31)、點 頻鎖相源(32)、點頻功率放大器(33)、供電電源(70)和射頻天線(34)集成在一個絕緣的 盒子裡。
8. 根據權利要求7所述的點頻輻射源，其特徵在於其中所述的開關K1、 K2和K3安裝 在上述盒子的外壁。
9. 一種測試屏蔽體電磁屏蔽效能的裝置，其特徵在於其包括權利要求4至8任意一項 權利要求的點頻輻射源，並且還包括射頻天線(40)，用於接收射頻天線(34)發出的信號，並輸出給前置放大器(50)進行放大，前置放大器(50)，對射頻天線(40)輸出的信號進行放大並輸出到頻譜儀(60)進行測
10. 根據權利要求9的測試屏蔽體電磁屏蔽效能的裝置，其特徵在於所述的射頻天線 (34)和射頻天線(40)共面放置。
專利摘要本實用新型提供了一種小屏蔽體電磁屏蔽效能測試裝置及其中的射頻天線和點頻輻射源。在需要測量的頻率範圍內選擇多個頻點進行測量。本實用新型使用點頻輻射源作為信號源放在被測小屏蔽體內，不同頻率通過不同的發射天線，將信號發射到小屏蔽體外，然後在小屏蔽體外通過相對應的接收天線進行接收，再放大後輸出到一個頻譜儀進行測量。其中發射天線在全頻段內進行了小型化處理，且置於點頻輻射源內，特別是磁場發射天線採用了全新設計和蜂窩式繞法，大大提高了發射效率。磁場接收天線採用了帶有電屏蔽的共面環型天線全新的設計使得它具有翻轉180°後基本不影響測量性能的特點。本實用新型的測試裝置使用簡便，成本較低，值得推廣應用。
文檔編號H03L7/08GK201536156SQ20092011050
公開日2010年7月28日 申請日期2009年7月30日 優先權日2009年7月30日
發明者李立嘉 申請人:北京大澤科技有限公司