強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下屏蔽效能測(cè)試新方法

張 龍 魏光輝 胡小鋒 崔耀中 張勇強(qiáng)

(1.軍械工程學(xué)院靜電與電磁防護(hù)研究所，河北 石家莊 050003；2.空軍第四飛行學(xué)院模擬訓(xùn)練中心，河北 石家莊 050081)

引 言

隨著軍用雷達(dá)、通信設(shè)備日益增多、占用頻帶逐漸拓寬，特別是電子戰(zhàn)裝備的廣泛應(yīng)用和電磁脈沖武器、高功率微波武器的出現(xiàn)[1]，戰(zhàn)場(chǎng)空間的電磁環(huán)境日趨惡劣，裝備面臨著巨大的電磁威脅.電磁屏蔽作為電磁脈沖防護(hù)的重要措施[2-4]，不僅能有效衰減強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)武器裝備內(nèi)部電磁敏感單元的破壞作用，也能減少武器裝備控制系統(tǒng)本身的電磁泄漏，提高武器裝備的抗電磁干擾和防信息泄露能力，是保障現(xiàn)代武器裝備作戰(zhàn)效能和人員健康的重要手段[5]，因此研究電磁屏蔽效能測(cè)試方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值.

屏蔽效能是反映電磁屏蔽材料性能的重要參數(shù)，其測(cè)試方法關(guān)系到能否對(duì)電磁屏蔽材料的屏蔽效果進(jìn)行客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)，不同的測(cè)試方法對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大[6].對(duì)于電磁屏蔽材料屏蔽效能測(cè)試方法的研究，國外尤其是歐美等發(fā)達(dá)國家開始較早，對(duì)平板型復(fù)合屏蔽材料屏蔽效能的測(cè)量，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(National Bereau of Standand,NBS)和美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(American Society for Testing MaterialsASTM)等機(jī)構(gòu)早有研究，他們通過理論分析和大量試驗(yàn)驗(yàn)證，推出了較成熟的測(cè)量方法.概括起來可分為兩大類：“近場(chǎng)法” 和“遠(yuǎn)場(chǎng)法”.“近場(chǎng)法”主要用來測(cè)量材料對(duì)電磁波近場(chǎng)的屏蔽效能，近場(chǎng)法主要有ASTM于1983年推出了“ASTM-ES-7雙盒測(cè)試裝置”，以及改進(jìn)的MIL-STD-285法.“遠(yuǎn)場(chǎng)法”主要用來測(cè)量材料對(duì)電磁波遠(yuǎn)場(chǎng)平面波的屏蔽效能.遠(yuǎn)場(chǎng)法主要有ASTM于1983年推薦的ASTM ES7-83同軸傳輸線法和美國NBS推薦的法蘭同軸法.

上述介紹的測(cè)試方法都是基于弱電磁場(chǎng)輻照條件下測(cè)試材料的屏蔽效能，并根據(jù)弱電磁場(chǎng)作用下測(cè)試結(jié)果估計(jì)材料對(duì)強(qiáng)電磁場(chǎng)的屏蔽能力.對(duì)于線性材料，材料的屏蔽能力與輻照?qǐng)鰪?qiáng)的大小沒有關(guān)系，采用弱場(chǎng)輻照下的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果能夠評(píng)價(jià)材料對(duì)于強(qiáng)電磁場(chǎng)的屏蔽能力；而對(duì)于非線性材料或某些特種材料，材料的屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)的大小有關(guān)，這樣采用弱場(chǎng)輻照下的測(cè)試結(jié)果將難以真實(shí)評(píng)價(jià)材料對(duì)強(qiáng)電磁場(chǎng)的屏蔽能力.因此，對(duì)于未知材料，采用不同強(qiáng)度的電磁場(chǎng)作為輻照源進(jìn)行測(cè)試能夠真實(shí)地模擬實(shí)際惡劣電磁環(huán)境，測(cè)試結(jié)果也能夠更加準(zhǔn)確可靠地評(píng)價(jià)材料的屏蔽能力.文獻(xiàn)[7]提出了箱式屏蔽效能測(cè)試方法，其測(cè)試范圍主要針對(duì)頻率為1～18 GHz.本文在箱式屏蔽效能測(cè)試方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，提出了在GTEM室內(nèi)放置屏蔽箱的屏蔽效能測(cè)試方法，即屏蔽箱法.由于GTEM室輸入信號(hào)既可以選用連續(xù)波，也可選用脈沖信號(hào)，因此應(yīng)用該方法不僅適用于材料在連續(xù)波作用下的屏蔽效能測(cè)試，也適用于材料在強(qiáng)電磁脈沖作用下的屏蔽效能測(cè)試.通過輸入強(qiáng)電磁場(chǎng)信號(hào)，逼真模擬惡劣電磁環(huán)境，測(cè)試材料在強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下的屏蔽效能，測(cè)試結(jié)果真實(shí)反映測(cè)試材料對(duì)強(qiáng)電磁場(chǎng)的屏蔽能力.

1 屏蔽箱法

為測(cè)試材料在強(qiáng)電磁場(chǎng)輻照下的屏蔽效能，把屏蔽箱置于GTEM室內(nèi)，利用GTEM室內(nèi)的強(qiáng)電磁場(chǎng)輻照屏蔽箱測(cè)試窗上的測(cè)試材料，通過測(cè)試裝載測(cè)試材料前后箱體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)，達(dá)到獲得被測(cè)材料屏蔽效能的目的.

1.1 測(cè)試原理

根據(jù)國軍標(biāo)GJB6190-2008，屏蔽效能定義為，在同一激勵(lì)電平下，無屏蔽材料時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)或功率與有屏蔽材料時(shí)接收到的場(chǎng)強(qiáng)或功率之比，并以對(duì)數(shù)表示，其計(jì)算公式為

(1)

式中：SE為屏蔽效能；E0、P0為無屏蔽材料時(shí)空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和接收功率；E1、P1為加屏蔽材料后該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和接收功率.

在國軍標(biāo)GJB6190-2008介紹的屏蔽室法測(cè)試屏蔽效能時(shí)，信號(hào)發(fā)射設(shè)備主要是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源和天線，接收設(shè)備主要是天線和頻譜儀或示波器.本文所提出的屏蔽箱法信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備主要是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、功率放大器和GTEM室，信號(hào)接收設(shè)備采用場(chǎng)強(qiáng)儀.將一個(gè)帶測(cè)試窗的箱體(相當(dāng)于一個(gè)縮小的屏蔽室)置于GTEM室內(nèi)，通過測(cè)試裝載測(cè)試材料前后箱體內(nèi)某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，計(jì)算得到材料的屏蔽效能.測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示.

圖1 屏蔽箱法示意圖

屏蔽箱置于GTEM室內(nèi)，當(dāng)測(cè)試材料在連續(xù)波作用下的屏蔽效能時(shí)，設(shè)定信號(hào)源的頻率和功放增益，首先通過場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試箱體沒有裝載測(cè)試材料時(shí)箱體內(nèi)某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E0，然后裝載測(cè)試材料，注意場(chǎng)強(qiáng)儀的位置保持不變，測(cè)試裝載測(cè)試材料后箱體內(nèi)同一位置的電場(chǎng)強(qiáng)度E1.根據(jù)公式(1)計(jì)算材料的屏蔽效能.調(diào)整信號(hào)源頻率，保持信號(hào)源功率和功放增益不變，測(cè)試裝載測(cè)試材料前后不同頻率下的電場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算得到材料屏蔽效能.當(dāng)測(cè)試材料在電磁脈沖作用下的屏蔽效能時(shí)，輸入信號(hào)為脈沖信號(hào)，通過脈沖傳感器測(cè)試裝載測(cè)試材料前后箱體內(nèi)中心位置的波形，通過脈沖波形的峰值計(jì)算得到材料對(duì)于電磁脈沖的屏蔽效能.

1.2 測(cè)試設(shè)備

1) GTEM室

吉赫橫電磁波傳輸室(Gigahertz Transverse Electromagnetic cell，GTEM ecll)工作頻率范圍可從直流至數(shù)吉赫茲以上，內(nèi)部可用場(chǎng)區(qū)大，綜合了開闊場(chǎng)地、屏蔽室、TEM室的優(yōu)點(diǎn)，克服了各種方法的局限性，具有質(zhì)量高、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn).

2) 信號(hào)源

采用SML-01型信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生9.1 kHz～1.1 GHz的正弦信號(hào).

3) 功放

采用美國AR公司的4 000W/1 000型寬帶功率放大器，工作帶寬為80 MHz～1 GHz.

4) 場(chǎng)強(qiáng)儀

為方便讀數(shù)，場(chǎng)強(qiáng)儀通過光纖連接到GTEM室外的監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)上.場(chǎng)強(qiáng)儀采用EMR-200型，具有適時(shí)測(cè)量以及光纖輸出數(shù)據(jù)的功能，配合TYPE-8型探頭，可以測(cè)量100 kHz～3 GHz的電場(chǎng)，測(cè)量范圍為0.6～800V/m.

5) 高壓脈沖源

脈沖源采用日本NOISENKEN公司的高頻噪聲模擬發(fā)生器，Model：INS-4040，能夠產(chǎn)生峰值不大于4 kV，上升沿時(shí)間少于1 ns，脈寬可選的方波脈沖.

6) 脈沖傳感器

采用光纖傳輸式脈沖電場(chǎng)傳感器，測(cè)試帶寬10 MHz～1 GHz，動(dòng)態(tài)范圍為40 dB，具有良好線性度的脈沖傳感器.

1.3 屏蔽箱的研制

測(cè)試材料的屏蔽效能時(shí)，屏蔽箱置于GTEM室中，為了盡可能地減少箱體在GTEM室內(nèi)引起的反射，屏蔽箱設(shè)計(jì)成具有一定楔形的腔體，箱體表面的傾斜角度與GTEM室張角相當(dāng)，箱體實(shí)際模型如圖2所示.屏蔽箱頂部開口0.6 m×0.6 m，底部尺寸為0.8 m×0.9 m，高度為1 m.根據(jù)測(cè)試材料面積大小，屏蔽箱設(shè)計(jì)成兩種測(cè)試窗口，0.6 m×0.6 m窗口和0.3 m×0.3 m窗口.當(dāng)測(cè)試頻率下限較低時(shí)，采用0.6m×0.6 m窗口，屏蔽箱頂部安裝法蘭用于固定測(cè)試材料；當(dāng)測(cè)試頻率下限較高時(shí)，采用0.3 m×0.3 m窗口，設(shè)計(jì)一個(gè)邊長(zhǎng)為0.64 m方形金屬蓋板，并在蓋板的中間上挖一個(gè)0.3 m×0.3 m窗口并設(shè)置法蘭，用于固定測(cè)試材料，把帶有窗口的金屬蓋板固定在0.6 m×0.6 m窗口上，即可采用0.3 m×0.3 m窗口測(cè)試材料，這樣通過一個(gè)箱體，可根據(jù)需要選擇不同窗口來測(cè)試材料的屏蔽效能.為了抑制電磁波在箱體內(nèi)的諧振，在屏蔽箱底部粘貼錐形吸波材料.

圖2 屏蔽箱模型

屏蔽箱本身需具備較高的屏蔽效能，這樣才能確保不會(huì)因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)的限制降低屏蔽材料本身的屏蔽效能.一般要求電磁屏蔽箱的屏蔽效能大于屏蔽材料的理論屏蔽效能6 dB以上.按照?qǐng)D1連接測(cè)試設(shè)備，屏蔽箱測(cè)試窗未裝載測(cè)試材料，把場(chǎng)強(qiáng)儀置于屏蔽箱體中心處，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)高功率放大器放大輸入GTEM室，用場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)試屏蔽箱內(nèi)中心處場(chǎng)強(qiáng)E0；用一個(gè)金屬蓋板代替測(cè)試材料置于測(cè)試窗口，蓋板四周進(jìn)行電磁密封處理，測(cè)試屏蔽箱內(nèi)同一位置的場(chǎng)強(qiáng)E1，根據(jù)公式(1)得到屏蔽箱的屏蔽效能.

2 仿真分析

為了驗(yàn)證屏蔽箱法測(cè)試結(jié)果是否準(zhǔn)確及可靠，并分析不同測(cè)試方法導(dǎo)致的誤差，下面從仿真角度分析屏蔽室法、法蘭同軸法和屏蔽箱法測(cè)試同一種材料的屏蔽效能，達(dá)到驗(yàn)證屏蔽箱法進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試的可行性.

2.1 仿真模型

屏蔽箱法和法蘭同軸法仿真模型如圖3所示，仿真模型按實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，箱體材料和同軸材料都采用PEC理想材料.為盡可能減小信號(hào)進(jìn)入箱子后的反射和諧振，箱子內(nèi)部填充方錐形吸波材料.三種方法測(cè)試材料相同，材料厚度為0.001 m，相對(duì)介電常數(shù)為1，相對(duì)磁導(dǎo)率為1，電導(dǎo)率為1 000 S/m.仿真軟件采用基于時(shí)域有限積分的CST-MWS軟件[8].

(a) 屏蔽箱法 (b) 法蘭同軸法圖3 仿真模型

2.2 仿真結(jié)果

對(duì)同一測(cè)試材料采用不同測(cè)試方法仿真，通過計(jì)算材料屏蔽效能如圖4所示.從圖中可知不同的測(cè)試方法測(cè)試結(jié)果不同，屏蔽箱法和屏蔽室法仿真結(jié)果相近，主要是因?yàn)閮煞N方法都是在殼體內(nèi)測(cè)試電場(chǎng)強(qiáng)度，吸波材料不能把電磁波全部吸收，因而存在電磁波諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致曲線不如法蘭同軸裝置法測(cè)試曲線平滑.屏蔽室法的測(cè)試曲線比屏蔽箱的測(cè)試曲線平滑主要是由于屏蔽室法仿真模型設(shè)置成全電波暗室，并且體積較大，而屏蔽箱法由于箱體較小，只在屏蔽箱一面添加吸波材料，因而導(dǎo)致屏蔽箱法測(cè)試曲線較差些.法蘭同軸裝置法是利用同軸線中傳播的橫電磁波模擬空氣中的遠(yuǎn)區(qū)平面波對(duì)材料進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試，不存在諧振問題，仿真波形較好.

表1 屏蔽效能測(cè)試結(jié)果

圖4 三種方法仿真結(jié)果比較

總的來說，三種測(cè)試方法仿真結(jié)果有一定差異，一方面因?yàn)榉抡婺Ｐ筒煌?，另一方面因?yàn)椴煌臏y(cè)試方法測(cè)試結(jié)果存在一定的差異.從測(cè)試結(jié)果的對(duì)比可知屏蔽箱法下限頻率為200 MHz，對(duì)于大于200 MHz的信號(hào)，屏蔽箱法測(cè)試結(jié)果和屏蔽室法相差較小，因此屏蔽箱法的測(cè)試結(jié)果基本能夠反映材料的屏蔽效能，說明這種測(cè)試方法合理，技術(shù)可行.在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證屏蔽箱法主要用于測(cè)試材料對(duì)于強(qiáng)電磁場(chǎng)的屏蔽效能測(cè)試.

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

采用仿真方式分析三種測(cè)試方法是在測(cè)試材料為線性材料、輸入信號(hào)為弱電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，但是屏蔽箱法主要針對(duì)于強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下測(cè)試材料屏蔽效能，重點(diǎn)在于一些特種材料，如非線性材料，即屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)大小有關(guān)的材料，下面從實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的可靠性.

3.1 頻域強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試

采用圖1測(cè)試系統(tǒng)，選定一種被測(cè)材料測(cè)試其屏蔽效能，測(cè)試窗采用0.6 m×0.6 m窗口，GTEM室內(nèi)屏蔽箱有無裝載測(cè)試材料如圖5所示.

(a) 未裝載測(cè)試材料 (b) 裝載測(cè)試材料圖5 GTEM室內(nèi)箱體

未裝載測(cè)試材料時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)儀置于箱體中心處，并用光纖連接顯示器，裝載測(cè)試材料后，用法蘭把材料固定好.為使GTEM室內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)足夠高，選用4 000W/1 000型功率放大器，其工作頻段為80 MHz～1 GHz，所以實(shí)際測(cè)試中只能針對(duì)該頻段范圍內(nèi)測(cè)試材料的屏蔽效能，測(cè)試結(jié)果如表1所示.

從表1中可以看出，沒有裝載測(cè)試材料時(shí)，耦合進(jìn)入屏蔽箱內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到幾百V/m，國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-2-13將電場(chǎng)強(qiáng)度超過100 V/m的電磁環(huán)境稱為高功率電磁環(huán)境[9]，所以材料的屏蔽效能是在輸入高場(chǎng)強(qiáng)電磁波輻照下測(cè)試出來的.在未裝載測(cè)試材料時(shí)，耦合進(jìn)入屏蔽箱的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)隨頻率的增大而增大(個(gè)別頻點(diǎn)除外，主要是由于箱體的諧振引起場(chǎng)強(qiáng)增大)，這是由于隨著頻率增大，波長(zhǎng)減小，耦合進(jìn)入箱體的場(chǎng)強(qiáng)增大，符合電磁場(chǎng)理論.材料的屏蔽效能基本上隨頻率的增大而增大，這與平面材料的屏蔽效能計(jì)算公式相一致[10].

3.2 測(cè)試結(jié)果比較

為了進(jìn)一步驗(yàn)證屏蔽箱法測(cè)試結(jié)果的可行性，針對(duì)同一種測(cè)試材料，下面采用標(biāo)準(zhǔn)中介紹的法蘭同軸裝置法和屏蔽室法分別測(cè)試材料的屏蔽效能，并把該測(cè)試結(jié)果與表1的測(cè)試結(jié)果相比較，以驗(yàn)證屏蔽箱法的可靠性.對(duì)比結(jié)果如圖6所示.

圖6 三種方法實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比較

從圖中可以看出：1) 不同的測(cè)試方法屏蔽效能測(cè)試結(jié)果不同，這與仿真結(jié)果相同.2) 在250 MHz附近，屏蔽箱法和屏蔽室法都有一個(gè)峰值部分，在仿真測(cè)試中屏蔽箱法也是在250 MHz附近有個(gè)峰值，分析原因是因?yàn)闊o論屏蔽室還是屏蔽箱，都是一個(gè)封閉的殼體，存在諧振，導(dǎo)致出現(xiàn)這種測(cè)試結(jié)果.3) 法蘭同軸裝置法工作頻率范圍為30 MHz～1.5 GHz，測(cè)試結(jié)果比較連續(xù)平滑，尤其在頻率較低時(shí)，測(cè)試結(jié)果優(yōu)于屏蔽室法和屏蔽箱法.4) 總的來說，在200 MHz～1 GHz頻率范圍內(nèi)，三種測(cè)試方法測(cè)試結(jié)果比較接近，說明屏蔽箱法測(cè)試結(jié)果能夠反映材料的屏蔽效能.因此，屏蔽箱法測(cè)試方法合理，技術(shù)可行.

3.3 典型材料測(cè)試

上述實(shí)驗(yàn)材料為線性材料，材料的屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)沒有關(guān)系，所以三種測(cè)試方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致.由屏蔽箱法測(cè)試方法可知：測(cè)試材料是在GTEM室內(nèi)的強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下進(jìn)行的屏蔽效能測(cè)試，有利于測(cè)試非線性材料，如具有能量選擇結(jié)構(gòu)(Energy Selective Structure， ESS)的材料[11]，這種材料能夠讓能量密度低的電磁波通過，而對(duì)于能量密度高的電磁波則呈現(xiàn)空間限幅作用，從而對(duì)敏感系統(tǒng)起到保護(hù)作用.該種材料內(nèi)部由若干個(gè)二極管特性的元件組成網(wǎng)格，在強(qiáng)場(chǎng)作用下，二極管感應(yīng)空間電場(chǎng)，產(chǎn)生激勵(lì)源致使導(dǎo)通，使能量選擇表面類似金屬絲織網(wǎng)，對(duì)入射的強(qiáng)電磁信號(hào)起到反射作用；在弱場(chǎng)作用下，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，能量選擇表面對(duì)電磁波傳輸呈現(xiàn)透波特性，基本沒有屏蔽作用[12].應(yīng)用該測(cè)試方法對(duì)能量選擇表面材料測(cè)試結(jié)果如圖7所示.

圖7 能量選擇表面屏蔽效能測(cè)試結(jié)果

由圖7可知：當(dāng)輻照?qǐng)鰪?qiáng)低于1.1 kV/m時(shí)，能量選擇表面對(duì)輸入信號(hào)的屏蔽能力較差，說明二極管還沒有導(dǎo)通，未起到屏蔽作用；而當(dāng)輻照?qǐng)鰪?qiáng)達(dá)到1.3 kV/m時(shí)，能量選擇表面的屏蔽效能顯著增大，主要是因?yàn)榻M成材料的二極管感應(yīng)強(qiáng)電磁場(chǎng)，感應(yīng)電壓達(dá)到二極管導(dǎo)通電壓，二極管導(dǎo)通后相當(dāng)于金屬線相連接，對(duì)輻照信號(hào)反射能力增強(qiáng)，屏蔽效能增大，說明該材料只對(duì)強(qiáng)電磁場(chǎng)呈現(xiàn)屏蔽作用，同時(shí)能夠得到材料的屏蔽效能與輻照?qǐng)鰪?qiáng)的關(guān)系.

對(duì)于這種特種材料，測(cè)試時(shí)電場(chǎng)極化方向應(yīng)與二極管導(dǎo)通方向一致，這樣二極管才能在強(qiáng)場(chǎng)作用下出現(xiàn)導(dǎo)通，所以輻照電場(chǎng)的極化方向?qū)Σ牧掀帘文芰σ灿杏绊?采用屏蔽箱法能夠分析被測(cè)材料的屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系，反映其屏蔽效能隨外加電場(chǎng)的變化規(guī)律.并且屏蔽箱法測(cè)試屏蔽效能模擬惡劣的電磁環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)材料在接近實(shí)際強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試，達(dá)到準(zhǔn)確掌握材料屏蔽效能的目的.

3.4 時(shí)域強(qiáng)場(chǎng)測(cè)試

屏蔽箱法的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠進(jìn)行時(shí)域測(cè)試，屏蔽箱置于GTEM室內(nèi)，利用脈沖源和GTEM室產(chǎn)生的強(qiáng)電磁脈沖輻照屏蔽箱測(cè)試窗上的測(cè)試材料，通過測(cè)試裝載測(cè)試材料前后箱體內(nèi)部的脈沖波形，獲得被測(cè)材料對(duì)于電磁脈沖的屏蔽效能.

測(cè)試屏蔽效能輸入信號(hào)為峰值3 kV、脈寬50 ns的方波脈沖，由于屏蔽箱放置位置處距芯板高度為2 m，所以測(cè)試材料是在場(chǎng)強(qiáng)約為1.5 kV/m強(qiáng)電磁脈沖作用下進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試.脈沖輸入波形及裝載測(cè)試材料前后箱體內(nèi)的脈沖波形如圖8所示.

從圖8中可知，盡管輸入脈沖波形為完整的方波脈沖，進(jìn)入到屏蔽箱后，脈沖波形發(fā)生了較大變化，主要是因?yàn)槠帘蜗浯翱谳^小，低頻信號(hào)難以進(jìn)入，因此進(jìn)入到屏蔽箱內(nèi)的信號(hào)主要是方波脈沖上升沿和下降沿對(duì)應(yīng)的高頻信號(hào).裝載測(cè)試材料前后脈沖波形主要是脈沖幅度發(fā)生了變化，而脈沖波形基本沒有發(fā)生改變.參考屏蔽效能的定義，根據(jù)裝載測(cè)試材料前后脈沖波形的最大峰值變化計(jì)算可得到材料的屏蔽效能約為15.8 dB.

(a) GTEM室內(nèi)沒有屏蔽箱時(shí)測(cè)試波形

(b) 屏蔽箱未裝栽測(cè)試材料時(shí)測(cè)試波形

(c) 屏蔽箱裝載測(cè)試材料后測(cè)試波形圖8 時(shí)域測(cè)試波形

3.5 討 論

屏蔽箱法時(shí)域測(cè)試時(shí)，屏蔽效能是在強(qiáng)電磁脈沖輻照下根據(jù)脈沖波形的峰值變化計(jì)算得到的.通過輸入峰值較大的脈沖信號(hào)，可在GTEM室得到強(qiáng)電磁脈沖場(chǎng)，模擬惡劣的強(qiáng)電磁環(huán)境，獲得材料在接近實(shí)際所防護(hù)場(chǎng)強(qiáng)環(huán)境下的屏蔽效能，這是采用屏蔽室法難以達(dá)到的，也是屏蔽箱法測(cè)試屏蔽效能的主要優(yōu)點(diǎn).

采用法蘭同軸法通過改變輸入信號(hào)為脈沖信號(hào)，輸出端用示波器接收也能夠進(jìn)行脈沖屏蔽效能測(cè)試，但是同軸內(nèi)部的電場(chǎng)極化方向?yàn)閺较?，并且?chǎng)強(qiáng)大小與同軸的半徑成反比，其作用在材料上的場(chǎng)強(qiáng)為不均勻場(chǎng)，越接近同軸內(nèi)導(dǎo)體場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng).這種場(chǎng)環(huán)境不適合測(cè)試材料的屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)或極化方向有關(guān)系的材料，如能量選擇表面屏蔽材料.當(dāng)測(cè)試這些特種材料的屏蔽效能時(shí)，屏蔽箱法顯示出了其優(yōu)點(diǎn).

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于強(qiáng)電磁場(chǎng)輻照的屏蔽效能測(cè)試方法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比分析了屏蔽室法、法蘭同軸裝置法和屏蔽箱法的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果.通過典型材料測(cè)試，驗(yàn)證了屏蔽箱法在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下測(cè)試屏蔽效能的可行性，突出了屏蔽箱法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了屏蔽室法和同軸法強(qiáng)電磁脈沖屏蔽效能測(cè)試的不足.

1) 利用正弦信號(hào)產(chǎn)生器和高功率功放在GTEM室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)測(cè)試材料的屏蔽效能，能夠分析材料的屏蔽效能與輸入場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系.并且在強(qiáng)場(chǎng)輻照下屏蔽效能測(cè)試結(jié)果更貼近實(shí)際值，減少了基于弱場(chǎng)環(huán)境測(cè)試材料屏蔽效能來評(píng)估材料對(duì)于強(qiáng)場(chǎng)屏蔽能力所產(chǎn)生的誤差.

2) 屏蔽箱法相對(duì)于屏蔽室法的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行脈沖屏蔽效能時(shí)域測(cè)試，通過調(diào)整輸入脈沖的峰值電壓，可在GTEM室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖場(chǎng)，測(cè)試材料在強(qiáng)電磁脈沖作用下的屏蔽效能，這是屏蔽室法難以實(shí)現(xiàn)的.

3) 采用屏蔽箱法測(cè)試強(qiáng)電磁脈沖作用下的屏蔽效能時(shí)，可分析不同場(chǎng)強(qiáng)和極化方向的強(qiáng)電磁脈沖對(duì)材料屏蔽效能的影響.而同軸法測(cè)試時(shí)，由于同軸腔體內(nèi)部場(chǎng)極化方向?yàn)閺较蚝蛨?chǎng)強(qiáng)不均勻的原因，難以分析材料的屏蔽效能與場(chǎng)強(qiáng)大小和極化方向的關(guān)系.這是屏蔽箱法測(cè)試材料在電磁脈沖作用下屏蔽效能時(shí)相對(duì)于同軸法的優(yōu)點(diǎn).

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