在產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，電磁兼容（EMC）研究變得越來越重要。許多工程部門希望擁有自己的EMC測試環(huán)境。在EMC測試中，產(chǎn)品的輻射發(fā)射測量對(duì)測試環(huán)境和設(shè)備的要求尤為重要。輻射發(fā)射要求的環(huán)境是一個(gè)開闊場（OATS）或一個(gè)半電波暗室（SAC）。對(duì)于其他形式的EMC測試，有一個(gè)工作臺(tái)或屏蔽室也就足夠了；對(duì)輻射抗擾度測試指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，則使用全電波暗室。
   本文主要討論一些關(guān)于輻射發(fā)射測試的場地設(shè)計(jì)問題。開闊場為優(yōu)選的測試場地。然而，由于日益嚴(yán)重的電磁“污染”和開闊場對(duì)氣候的依賴性，半電波暗室已成為經(jīng)濟(jì)適用的替代品。本文結(jié)合民用EMC測試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用于輻射發(fā)射測試SAC的設(shè)計(jì)和建造問題作一些介紹。
1、屏蔽室
   SAC是由裝有吸波材料的屏蔽室組成的。屏蔽室將內(nèi)部容間和外部的電磁環(huán)境相隔離。環(huán)境電磁波頻譜來自包括電視信號(hào)、無線電廣播、個(gè)人通訊設(shè)備以及人為環(huán)境噪聲等等。屏蔽室的作用就是使屏蔽室內(nèi)的外部騷擾強(qiáng)度明顯低于受試設(shè)備（EUT）本身所產(chǎn)生的干擾場強(qiáng)。
   在SAC的屏蔽室的建造中，有兩種基本構(gòu)造方法：組合型和焊接型。組合型由墻板和使墻板連接的夾具組成。墻板可以是兩面覆蓋鍍鋅薄層的膠合板或是鍍鋅的鋼板。夾具使墻板安裝成為一個(gè)整體，并保證了墻板的導(dǎo)電連續(xù)性。同時(shí)，墊襯和高頻吸波材料常常被用于提高屏蔽效能。即使大多數(shù)制造商應(yīng)用同樣的屏蔽系統(tǒng)概念，但由于設(shè)備的各自特性差別導(dǎo)致市場上各產(chǎn)品相互之間的性能的不一致。
   焊接結(jié)構(gòu)是由鋼板或銅板經(jīng)焊接而成的一個(gè)緊密的針對(duì)射頻信號(hào)的密封體。這是一項(xiàng)工藝要求精密的技術(shù)。高水平的焊接體使屏蔽效能穩(wěn)定可靠，同時(shí)高性能的屏蔽效能取決于焊縫漏洞的排除。當(dāng)然，焊接結(jié)構(gòu)的不理想因素就是造價(jià)較高。
   在SAC中進(jìn)行電磁兼容測試，地板是一個(gè)重要的部分。在輻射發(fā)射測試中，EUT的一部分發(fā)射信號(hào)通過地板反射，由接收天線測量接收，就象辦公室中的實(shí)際情況一樣。模擬一塊良好的地板，要使地板具備導(dǎo)電連續(xù)性，并且表面的起伏變化要盡可能小。我們可以通過建造高架地板獲得這種效果。所謂高架地板就是用與墻壁和天花板相同的金屬材質(zhì)制成的架空地板。測量和控制的電纜、電源線、轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械部分都置于高架地板之下。高架地板根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械部分的情況，一般高度為30cm到60 cm。為了使地板獲得完整的導(dǎo)電連續(xù)，轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)電表面與周圍的地板是保證導(dǎo)電連續(xù)的。通常采用接地環(huán)等距空間連接的方法實(shí)現(xiàn)。
   為了操作的目的，屏蔽室的穿孔是需要的。穿孔需要仔細(xì)選擇，施工時(shí)要保持屏蔽室的完整性。對(duì)一個(gè)典型的SAC包括以下介紹的幾個(gè)類型的基本穿孔。
1.1通道門
   顯然，至少要一個(gè)門。最常見的部件是一種凹槽接觸裝置，即單刀雙簧，門邊是單刀結(jié)構(gòu)，門框是凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽內(nèi)有雙簧片保持導(dǎo)電連續(xù)性；或是氣密墊，門和門框通過壓緊保證導(dǎo)電連續(xù)性。較流行且價(jià)格低廉的是旋轉(zhuǎn)門，它有一個(gè)或兩個(gè)合頁。旋轉(zhuǎn)門可以在一個(gè)或兩個(gè)合頁上安裝吸波材料，但開門后的靜空間非常小。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，滑動(dòng)門也是一種選擇，它具有使用方便，價(jià)格適宜的優(yōu)勢。
1.2波導(dǎo)窗
   出于空氣流動(dòng)和制冷的目的，低于截止頻率的氣流通過起到截止波導(dǎo)作用的蜂窩通風(fēng)口出入，且只有很小的壓差變化。大部分波導(dǎo)窗的工作頻率可以達(dá)到10GHz。對(duì)于更高的頻率，例如達(dá)到40GHz，就需要更高級(jí)的設(shè)計(jì)。
1.3電源
   安裝在屏蔽室外的電源線濾波器用于電源濾波，包括轉(zhuǎn)臺(tái)、天線桿、EUT及屏蔽室內(nèi)的相關(guān)設(shè)備。濾波器適于高電流、高電壓（400V）的交直流濾波。所參考的標(biāo)準(zhǔn)為用于電器性能考核的MIL－STD－220A和用于操作安全的UL1283。
1.4燈
   白熾燈可以安裝在室內(nèi)。通常利用高帽燈具安裝的天花板上，以獲得充足的照明，減少對(duì)吸波材料的影響。
1.5接口板
   接口板也是一個(gè)截止波導(dǎo)，包括用于發(fā)射測量的射頻接口、EUT信號(hào)接口、濾波器接口、光纖引入口、防火控制電纜。光纖控制電纜用于轉(zhuǎn)臺(tái)、天線桿和CCTV系統(tǒng)。其他穿孔包括各種穿入管，如制冷用途以及進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)的機(jī)械系統(tǒng)。
2、屏蔽效能
   屏蔽室的性能是由屏蔽效能（SE）來定義的。它的意義也就是由于屏蔽室的存在而產(chǎn)生的信號(hào)衰減。目前，廣泛使用的定義SE的標(biāo)準(zhǔn)是NSA65－6(如表1)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，所定義的衰減等級(jí)，已經(jīng)超過用EMC的測試要求，對(duì)其他一些應(yīng)用測試也是足夠的。在EMC的應(yīng)用中，SE是定義在一個(gè)或一些特殊頻率上的。在1GHz這個(gè)常用的頻率點(diǎn)，組合型的屏蔽效能是100dB, 而焊接型屏蔽室可以獲得120dB，的屏蔽效能。
表1　NSA　65－6屏蔽效能的性能要求 

在吸波材料安裝之前，要對(duì)屏蔽室的SE進(jìn)行測試，以確認(rèn)屏蔽室符合規(guī)定的屏蔽等級(jí)。與NSA65－6相似，目前論述屏蔽效能測試的標(biāo)準(zhǔn)還有MIL－STD－285和IEEE299－1997。在學(xué)術(shù)上，IEEE299－1997被認(rèn)為是繼寫于1956年的MIL－STD－285后，論述更為詳細(xì)，范圍更廣的一個(gè)版本。既描述了測試計(jì)劃，又有嚴(yán)格的測試位置（門、板縫及其他穿孔）。由于在穿孔附近很難保證SE，所以要格外注意穿孔附近的屏蔽的完整性。

3、電磁吸波材料
   電磁吸波材料安裝在屏蔽室的墻上以及天花板上，以減少表面的電磁反射。電磁輻射在入射時(shí)就被吸波材料吸收，并將部分電磁能轉(zhuǎn)化成熱能。當(dāng)然，有一些殘存的反射存在，并能會(huì)干擾測試。 

表2　常用寬帶EMC吸收材料

   在SAC中，目前有兩種廣泛應(yīng)用的寬帶電磁吸收材料，根據(jù)它們的工作機(jī)理被區(qū)分為：吸收磁場輻射的鐵氧體和吸收電場輻射的加碳泡沫?；旌闲筒馁|(zhì)由這兩種材料組成。當(dāng)然，還有一些特別的設(shè)計(jì)，但沒有被廣泛使用。表2給出一些典型吸波材料的設(shè)計(jì)以及它們的特性。泡沫型的吸波材料大多制成錐型，而混合型則制成尖劈形狀。鐵氧體貼片一般安裝在不導(dǎo)電的墻上（通常為膠合板），這樣貼片的高頻的性能得以提高。
   寬帶EMC吸波材料的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要在低頻和高頻性能、尺寸和工程造價(jià)上權(quán)衡與協(xié)調(diào)。通常，制造者在設(shè)計(jì)吸波材料時(shí)常用嘗試法，通過設(shè)計(jì)，嘗試反復(fù)的過程進(jìn)行工作。為了加速設(shè)計(jì)過程，并使其經(jīng)濟(jì)，許多制造者采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，吸收材料的制造和測量姑且不用管，只需先進(jìn)設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果精確的模型得以使用，大量的吸波材料的參數(shù)得以確定，無論是用大量的反復(fù)嘗試的設(shè)計(jì)方法，還是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，都可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的吸波材料。
   大多廠商說明吸波材料的性能時(shí)，只考慮垂直入射的情況。這是一個(gè)優(yōu)化的數(shù)據(jù)，只與吸波材料對(duì)直接垂直入射的性能都很好。但在SAC中效慮斜射的情況比垂直更為重要。隨著入射到屏蔽室表面的波的衰減有關(guān)系。大多數(shù)吸波材料對(duì)于垂直入射的性能都很好。但在SAC中考慮斜射的情況比垂直更為重要。隨著入射角度的增加，吸波材料性能明顯降低。所以，在設(shè)計(jì)電波暗室時(shí)這是一個(gè)重要的因素。
   在SAC中，吸波材料的性能不僅僅由吸波材料的基本設(shè)計(jì)性能來決定。吸波材料的安裝質(zhì)量也起著很大的作用。特別是鐵氧體，無論是否采用混合型的設(shè)計(jì)與否，都會(huì)由于安裝不當(dāng)而導(dǎo)致性能的降低。由于單個(gè)鐵氧全貼片的尺寸的限制，在兩塊挨近的貼片間存在著小氣縫。這些小氣縫如同磁阻一樣，減小了貼片之間磁能量的連續(xù)性，因此降低了吸收效果。在細(xì)心安裝的情況下，單個(gè)氣縫會(huì)小于幾十分之一毫米寬。大的氣縫會(huì)導(dǎo)致入射小的衰減有相當(dāng)大的降低，因此允許屏蔽室的墻上的某些特殊部位有較大的反射。在吸波材料和電波暗室的設(shè)計(jì)中，必須考慮所謂的氣縫效應(yīng)，因?yàn)樵趯?shí)際安裝中氣縫常常遇到。即使一個(gè)小氣縫都會(huì)降低鐵氧體貼片的性能，使實(shí)際水平低于理論水平。
   吸波材料的測量是確認(rèn)它們性能的重要一環(huán)。由于SAC的低頻性能要求嚴(yán)格，吸波材料要確認(rèn)下限到30MHz的性能。從150MHz到30MHz或更低可以用同軸波導(dǎo)測量。在高頻段，可以使用其他類型波導(dǎo)（100MHz及以上）和自由空間的方式（高于800MHz）進(jìn)行測試。
4、電波暗室設(shè)計(jì)技術(shù)
   為了建造符合場地衰減要求的SAC，測量到的歸一化場地衰減數(shù)值與理想開闊場（依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ANSI　C63.4－1992）的理想值的差值應(yīng)小于4dB。這項(xiàng)指標(biāo)面臨著許多挑戰(zhàn)，特別在低頻段，吸波材料的電場尺寸很小，而且電磁性能很差。所以，在電波暗室建造之前，需要用數(shù)字仿真，以確認(rèn)和優(yōu)化電波暗室的設(shè)計(jì)。制造者可以選擇嘗試方法來設(shè)計(jì)，但這會(huì)消耗許多時(shí)間和成本。數(shù)字仿真，通過與已建造的暗室的性能測量數(shù)據(jù)的修正相結(jié)合，是今天的電波暗室的設(shè)計(jì)者的一種有效的設(shè)計(jì)工具。
   在工作頻率范圍的中段和高段，入射到吸波材料的電磁波可以被認(rèn)為是平面波。在這種情況下，利用射線跟蹤的方法來模擬電波暗室的性能，會(huì)得到一個(gè)可信的有關(guān)電波暗室性能的推算。而對(duì)于低頻情況，平面波的假設(shè)不再有效。
   對(duì)于低頻范圍，有關(guān)電波暗室的性能模型有兩種方法：一種是對(duì)高頻情況下的射線跟蹤技術(shù)的模擬，另一種是對(duì)裝有吸波材料的屏蔽室進(jìn)行三維情況下的麥克斯韋方程的解算。
在射線跟蹤的情況下，由于吸波材料的低頻性能以及電波暗室的尺寸，必須考慮多重反射。由于低頻段的吸波材料的測試數(shù)據(jù)在任意角度入射要比垂直情況難以測量，所以數(shù)字仿真數(shù)據(jù)常被使用。要注意的是這種模擬的吸波材料性能數(shù)據(jù)與垂直入射的測量數(shù)據(jù)緊密相關(guān)，以避免在電波暗室仿真中的系統(tǒng)誤差。在多級(jí)射線跟蹤模型中，測量的10m電波暗室的性能模擬要比3m電波暗室的好，這是由于在10m電波暗室中電空間足夠大，采用的吸波材料體積大，低段性能好。
   由于求解三維麥克斯韋方程是一項(xiàng)深入細(xì)致的計(jì)算任務(wù)，所以通常使用有限元法或有限差分法。這些方法是將需要運(yùn)算的空間分成離散的單元，以便使用麥克斯韋方程進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)于低頻段的情況，吸波材料近似為低頻薄層，可以減輕計(jì)算的難度。然而，這種算法的精確性很大程度依靠吸波材料模型的使用，吸波材料性能的測試和大量的數(shù)據(jù)。在理論上，這種方法比射線跟蹤法精確、可靠。然而，與多級(jí)射線技術(shù)相比，吸波材料的安裝和電波暗室測量的限制導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)過程中的不確定性，同時(shí)也使實(shí)際設(shè)計(jì)的精度有所限制。
5、試驗(yàn)室的建造
   在以上的幾個(gè)部分，我們對(duì)幾個(gè)主要問題進(jìn)行了介紹，包括SAC的設(shè)計(jì)、屏蔽效能、吸波材料和電波暗室模型。這一部分集中討論這些方面的整體實(shí)施。
   多級(jí)反射射線跟蹤方法具在方便計(jì)算的優(yōu)勢。應(yīng)用這種技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以從眾多的設(shè)計(jì)草案中選取優(yōu)化設(shè)計(jì)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師可以通過分析整理數(shù)據(jù)來保證電波暗室的性能，而不用考慮模型化技術(shù)的固有限制。

   在建造EMC測試試驗(yàn)室時(shí)，需要相當(dāng)大的空間來容納電波暗室和相關(guān)的設(shè)備。典型的設(shè)計(jì)尺寸如表3。除了表3給出的數(shù)據(jù)，我們還要考慮防火設(shè)施、高架地板、加固屏蔽室的使其能夠負(fù)荷吸波材料的質(zhì)量、保證其完整性的鋼結(jié)構(gòu)。

表3　半波暗室參數(shù)

   在SAC以及相關(guān)設(shè)備建造結(jié)束后，要驗(yàn)證其性能，以證實(shí)用SAC替代理想的OATS是可行的。在民有EMC設(shè)施中，SAC性能測試依照標(biāo)準(zhǔn)ANSI　C63.4－1992、CISPR22或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所描述的替代場方法。這些測試程序是通過比較電波暗室與OATS的場地衰減來證實(shí)電波暗室的性能的。場地衰減是按照標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于替代場所描述的理論，測量位于轉(zhuǎn)臺(tái)上一個(gè)靜止的圍繞EUT的區(qū)域。這個(gè)測試程序的頻率范圍是根據(jù)輻射發(fā)射對(duì)EUT測試的要求確定的。在最初的驗(yàn)證確定后，SAC 的操作應(yīng)建立在每年的驗(yàn)證基礎(chǔ)上。
   SAC的性能依靠許多因素，其一是吸波材料的安裝。鐵氧體貼片的氣縫效應(yīng)要格外注意，特別是在門和其他穿孔的地方，那里的吸波材料是不連續(xù)的。門、接口板和窗的安排也要小心。注意不要在吸波材料不連續(xù)的地方引起性能問題，不要出現(xiàn)未經(jīng)處理的反射物質(zhì)引起的寄生的反射和發(fā)射。另外，地板要非常平，轉(zhuǎn)臺(tái)周圍要保證電連續(xù)性。驗(yàn)證電波暗室時(shí)，天線系數(shù)起著嚴(yán)格的作用。另外，時(shí)間久了，吸波材料、尤其是尖劈泡沫會(huì)傾斜，在性能上影響較小，但有些負(fù)面的效應(yīng)。
   一個(gè)重要的問題是選擇吸波材料或暗室的制造者時(shí)一定要有質(zhì)量控制。由于吸波材料性能是　SAC的電磁性能中最重要的因素，要注意制造商能否保證工廠里生產(chǎn)的每一批吸波材料的性能都是一致的。最好要有一個(gè)質(zhì)量控制程序，以保證每一批吸波材料的電磁性能都在低頻范圍內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。而且，電波暗室的性能與吸波材料的安裝質(zhì)量相關(guān)，所以，在安裝中安排有經(jīng)驗(yàn)的人員控制質(zhì)量是必須遵循的。
   一般來說，EMC測試設(shè)備不僅僅是SAC。按預(yù)算和實(shí)驗(yàn)的需要，可以增加屏蔽的控制室和實(shí)驗(yàn)室，同樣可增加測量抗擾度的全電波暗室和預(yù)測試電波暗室。最低限度，要有足夠的空間來容納測試設(shè)備和測試人員。

  6、總結(jié)
   本文談到建造SAC中的概況，但它不能完全涉及到建造SAC的所有問題。一些重要的問題，如防火安全和結(jié)構(gòu)完整性都需要進(jìn)一步研究?？傊ㄔ霺AC不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，有大量的因素影響SAC的電磁性能能和功能。特別對(duì)于全適應(yīng)電波暗室，對(duì)于3m或10m的測試距離，質(zhì)量控制、設(shè)計(jì)能力和已有工作業(yè)績都在選擇電波暗室生產(chǎn)家方面起著重要的作用。而且，成功的操作EMC設(shè)備與測試附屬設(shè)備（轉(zhuǎn)臺(tái)、天線桿、天線、電纜）和測量儀器的使用有關(guān)，同時(shí)，試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。