| 摘要

國(guó)內(nèi)外關(guān)于電纜和連接器及組件的屏蔽效率試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)二十多項(xiàng)，歸納可知，常用的測(cè)量屏蔽效率的試驗(yàn)方法有混響室法、三同軸法、吸收鉗法、線(xiàn)注入法、電容電橋法和GTEM 小室法等。

混響室法是將被測(cè)件暴露于幾乎均勻且各向同性的電磁場(chǎng)中，然后測(cè)量感應(yīng)到被測(cè)件內(nèi)的信號(hào)電平，主要用于測(cè)量電纜、連接器和組件及其它微波元件的屏蔽衰減。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 混響室測(cè)量屏蔽效率的試驗(yàn)裝置示意圖

利用混響室進(jìn)行電纜屏蔽效率測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)理論上的頻率上限，實(shí)際工程中可達(dá)到40 GHz。由于混響室的Q 值高，一定的輸入功率可以產(chǎn)生很高的場(chǎng)強(qiáng)，所以其動(dòng)態(tài)范圍很大，國(guó)外有資料表明可測(cè)到150 dB。其缺點(diǎn)在于達(dá)到較低的下限頻率，混響室的尺寸需要很大，造價(jià)昂貴。

2.1 三同軸法

三同軸法是測(cè)量屏蔽效率的經(jīng)典方法，一般用來(lái)測(cè)量電纜和長(zhǎng)電纜組件的表面轉(zhuǎn)移阻抗、屏蔽衰減和對(duì)稱(chēng)電纜的耦合衰減等。其原理是通過(guò)向電纜屏蔽層施加確定的電流和電壓，測(cè)量感應(yīng)電壓以測(cè)定表面轉(zhuǎn)移阻抗，得到電纜的屏蔽效率。三同軸測(cè)量法適用于測(cè)量電纜、連接器和組件。

典型三同軸試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2，被測(cè)線(xiàn)纜置于同軸的無(wú)鐵磁性的良導(dǎo)體管（比如黃銅或純銅）內(nèi)，構(gòu)成三同軸（同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體、同軸電纜外導(dǎo)體和同軸的良導(dǎo)體套管）裝置。其裝置根據(jù)互易原理可分為兩種: 一種由同軸電纜注入信號(hào)，在同軸套管遠(yuǎn)端取出耦合信號(hào)；另一種由同軸套管注入信號(hào)，在同軸電纜遠(yuǎn)端取出耦合信號(hào)。

圖2 三同軸試驗(yàn)裝置原理

三同軸裝置測(cè)試裝置是一種封閉式的測(cè)試方法，理論發(fā)展較為成熟，測(cè)試精度較高，但試樣的制備復(fù)雜，而且測(cè)試頻率、樣品長(zhǎng)度和直徑等受到管子的直徑和長(zhǎng)度的限制。

2.2 “管中管”法

對(duì)于一些射頻連接器短的電纜組件，由于其機(jī)械長(zhǎng)度很短，截止頻率將會(huì)很高，若用三同軸法測(cè)量，在很高的頻率范圍內(nèi)，只能用轉(zhuǎn)移阻抗表征其屏蔽效率。然而大多數(shù)用戶(hù)仍然愿意用屏蔽衰減表征其屏蔽效率。為此，在IEC 62153-4-7 中規(guī)定了擴(kuò)展的三同軸法——“管中管”法。

“管中管”法是通過(guò)采用一種射頻密閉的金屬延長(zhǎng)管（管中管）來(lái)延伸被試組合件的電長(zhǎng)度，使被試組合件的電長(zhǎng)度變長(zhǎng)，截止頻率則向更低頻率范圍推移。如此，在這一更低頻率范圍，也可以測(cè)量屏蔽衰減。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3。

圖3 “管中管”試驗(yàn)裝置原理

“管中管”三同軸法的試驗(yàn)裝置具有下述特點(diǎn)：

（1）三同軸形裝置：具有足夠的長(zhǎng)度，在能夠繪出包絡(luò)曲線(xiàn)的窄頻帶可產(chǎn)生波的疊加；

（2）長(zhǎng)度可變的管：例如用不同的管件和/ 或可動(dòng)管中管制成；

（3）長(zhǎng)度可變的射頻密閉延長(zhǎng)管：具有一個(gè)佳直徑，使外管的特性阻抗為50 Ω 或?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)分析儀或發(fā)生器及接收器的標(biāo)稱(chēng)阻抗；

（4）延長(zhǎng)管的材質(zhì)應(yīng)無(wú)磁且傳導(dǎo)性能優(yōu)良（銅或黃銅），并且厚度應(yīng)≥ 1 mm，以使其轉(zhuǎn)移阻抗與被試件轉(zhuǎn)移阻抗相比，忽略不計(jì)；

（5）信號(hào)發(fā)生器：特性阻抗與被試電纜相同，或者配置阻抗適配器，如果需要******的屏蔽衰減，則需配備一個(gè)功率放大器；

（6）接收器：配有校準(zhǔn)的階梯衰減器或網(wǎng)絡(luò)分析儀（NWA）。

其它連接方法同普通三同軸法，目前“管中管”法的使用已非常普遍。

2.3 三軸儀法

三同軸法和“ 管中管”法適用于測(cè)量直徑較小（低于30 mm）的通信電纜、連接器（直式圓形）及組件的轉(zhuǎn)移阻抗和屏蔽衰減（ 或耦合衰減）。但對(duì)于直徑較大，形狀不規(guī)則的連接器和電纜組件則適用于三軸儀法（IEC 62153-4-15）。三軸儀法是將普通三同軸裝置或“管中管”裝置的外殼改成體積較大的矩形殼體，殼體由非鐵磁性金屬材料構(gòu)成。其它與三同軸裝置或“管中管”裝置一樣，詳見(jiàn)圖4a）和圖4b）。

（a）三同軸的擴(kuò)展

（b）“管中管”的擴(kuò)展

圖4　三軸儀法試驗(yàn)裝置原理

功率吸收鉗法是常用測(cè)量電纜的屏蔽衰減的測(cè)試方法之一，基于電路原理進(jìn)行長(zhǎng)線(xiàn)測(cè)量，其近端和遠(yuǎn)端測(cè)量示意圖分別見(jiàn)圖5a）和圖5b）。在IEC 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定受試電纜的有效長(zhǎng)度為（600±10）cm。

（a）近端測(cè)量

（b）遠(yuǎn)端測(cè)量

圖5 功率吸收鉗法測(cè)量屏蔽效率的示意圖

對(duì)平衡的（對(duì)稱(chēng)）電纜來(lái)說(shuō)，須***考慮以下兩種情況：

● 差模***擾功率：測(cè)量結(jié)果為耦合衰減，是不平衡衰減和屏蔽衰減相結(jié)合的結(jié)果；

● 共模騷擾功率：測(cè)量結(jié)果為屏蔽衰減。

表面電流可以用一個(gè)固定鉗以?huà)哳l的方式來(lái)測(cè)得。

用線(xiàn)注入法測(cè)量屏蔽電纜（或組件）的轉(zhuǎn)移阻抗的試驗(yàn)裝置如圖6 所示。外部電路是線(xiàn)注入電路，由屏蔽層表面和注入線(xiàn)組成；內(nèi)部電路由被測(cè)件內(nèi)部導(dǎo)體和屏蔽層組成，是用于測(cè)量感應(yīng)電壓的電路。

圖6 線(xiàn)注入法測(cè)量轉(zhuǎn)移阻抗的試驗(yàn)裝置

在IEC 62153-4-8 中規(guī)定了電容電橋法和脈沖法測(cè)電纜及組件的容性耦合導(dǎo)納。

5.1 電容電橋法

電容電橋法適用于在頻率約1 kHz 時(shí)，測(cè)量試樣內(nèi)導(dǎo)體與金屬管或外編織層之間的耦合導(dǎo)納，其試驗(yàn)裝置也是“三同軸”型式，如圖7 所示。試驗(yàn)時(shí)，將試樣內(nèi)導(dǎo)體的一端屏蔽（屏蔽方法是將一個(gè)金屬圓片接到屏蔽層，或采用一個(gè)不帶電阻器的屏蔽終端負(fù)載）。試樣沿同軸方向安裝于試驗(yàn)裝置內(nèi)。試驗(yàn)裝置的外導(dǎo)體，可以是一個(gè)金屬管，也可以在試樣護(hù)套上（若試樣無(wú)護(hù)套，則在其上套一個(gè)絕緣套管）套裝一個(gè)編織層而構(gòu)成。將試樣的屏蔽層接到電容電橋的中間位置。

圖7 電容電橋法測(cè)量穿透電容的試驗(yàn)電路

為確保對(duì)連接電纜電容和測(cè)量?jī)x器電容的校正不對(duì)系統(tǒng)精度造成過(guò)度損害，被試屏蔽層長(zhǎng)度應(yīng)為0.5~5 m。

5.2 脈沖法

脈沖法是將脈沖發(fā)生器的信號(hào)饋送到外同軸系統(tǒng)（激勵(lì)回路）和示波器的一個(gè)通道（V1）（見(jiàn)圖8），將試樣內(nèi)導(dǎo)體接到示波器的另一通道（V2）。為避免連接器失配造成反射，將V2 記錄為脈沖觸發(fā)后1~2μs 顯示的平均脈沖高度。

（a）測(cè)試電路

（b）系統(tǒng)校準(zhǔn)電路

圖8 脈沖法測(cè)量穿透電容的試驗(yàn)電路