R&S 混響室EMC測試技術與解決方案
2024-04-09
傳統的半消聲室（SAC）或全消聲室（FAC）分別模擬開放場或自由空間傳播環境，得到國內外標準的認可，并廣泛應用于EMC測試。混響室（Reverberation Chamber，RVC，標準中也稱作混波室）技術采用了與傳統電波暗室不同的測試思路。近年來，用混響室代替傳統的消聲室進行電磁兼容測試的原理和方法得到了廣泛的研究和重大的發展。隨著對被測設備，尤其是汽車產品的檢測要求越來越嚴格，混響室技術也逐漸受到重視。
一、混響室工作原理
根據IEC61000-4-21（GB/T 17626.2.1）中的定義，混響室是一個小房間，專門設計有更長的混合時間，以使聲場盡可能地擴散。混響室由屏蔽外殼、機械調諧器或攪拌器、天線、測試系統和控制軟件組成。
圖1.典型的混響室構成（GB/T 17626.21-2014）
圖2. 一個實際的混響室內部組成
傳統的消聲室需要安裝吸收材料，以盡可能多地吸收電磁波，避免多次反射和多徑效應，從而提高場的均勻性。相反，混響室是一種金屬屏蔽室，它對電磁波有很強的反射作用，并通過調諧器/攪拌器的旋轉不斷改變空間中電磁場的邊界條件，從而在室內產生盡可能多的隨機極化電磁波信號，生成連續變化的電磁場分布，并在整個統計周期內形成空間統計均勻分布。各向同性和隨機極化的電磁環境用于模擬電磁波的實際傳播環境。
圖3.混響室內部電磁場分布示意
與傳統電波暗室比較，混響室有以下特點：
?工作空間不同
傳統的消聲室設想在相同的極化方向上具有均勻場強的工作平面；想象一個混響室內的三維工作空間，其中電磁波被任意極化，并通過統計分析獲得均勻的場強；與同一混響室相比，該混響室具有更大的測試空間。
圖4.混響室立體工作空間 vs. 傳統暗室工作平面
?結構不同，成本不同
傳統的消聲室由屏蔽室、鐵氧體、吸收材料等組成；混響室由屏蔽室和攪拌器組成，不需要安裝鐵氧體和吸收材料，建設成本低。
? 產生場強不同
傳統的消聲室通過吸收材料吸收大量輸入的電磁波，從而避免電磁波反射；混響室多次反射電磁波，從而提高了無線電波的使用效率。因此，通過使用較小的輸入激勵，混響室可以產生更高的測試場強。
?工作頻率不同
混響室的最小工作頻率（LUF）受到混響室大小的限制，而高頻基本上不受限制。
? 測試時間不同
與傳統暗室相比，混響室測試需要更長的測試時間。
二、混響室測試主要參考標準
三、混響室關鍵參數
設計參數：混響室尺寸；LUF；模式數；模式密度；Q值
使用參數：工作區間；LUF；場均勻性；G值；時間常數；ACF/CCF/CLF
四、混響室測試步驟
簡單來說，混響室測試需要遵循以下步驟。
1：空腔體的場均勻性校準
驗證混響室場的均勻性符合標準要求；確定歸一化電場強度；確定工作間隔。此步驟應在混響室完成或進行重大改造后執行一次。
2：腔體加載系數確認
在步的基礎上，向腔體中加入吸收材料，模擬加載并驗證場的均勻性。該步驟在混響室完成或改造后進行一次。
3：DUT 加載預檢
“快速檢查”腔體性能，確認空腔的載荷小于模擬載荷過程中的載荷。當測試不同的DUT時，此步驟執行一次。
4：DUT測試
使用校準期間記錄的正向功率進行DUT測試。
五、混響室測試系統
一個完整的混響室測試系統，主要由以下部分組成：
1. 混響室系統：
包括殼體、屏蔽門、攪拌槳、天線、場強探頭等。
2. 與傳統的消聲室測試系統類似，混響室測試系統的測試設備主要包括以下部分：
信號源，用于產生需要的干擾信號波形
功率放大器，用于將信號源產生的信號放大到期望功率
功率計，用于監測功率放大器的正向和反向功率，以確定混響室的有效功率輸入
發射天線，用于將干擾信號加載到混響室
接收天線，用于監控測試過程中的場強
場強探頭，用于工作區間內的場強確認
3. 用于控制混響室進行現場驗證和自動測試的測試軟件。
圖5. 混響室測試系統結構組成結構示意圖
羅德與施瓦茨（以下簡稱R&S）TS9982 EMS測試系統，可以混響室的測試需求。該系統包括根據國際/國內標準或客戶擁有的企業標準定制的混響室測試所需的各種測試儀器和附件，通過R&S Elektra測試軟件進行控制，實現可重復的全自動測試流程。
六、混響室測試自動化軟件
R&S Elektra EMC自動化測試軟件支持混響室的測試，提供符合標準要求或客戶定制的測試程序，并輸出測試報告。Elektra具有鮮明的特色和產品優勢：
軟件由R&S自主研發，支持測試所需的所有R&S儀器設備，以及市場上主流的測試配件，并可根據需要進行擴展；
既支持混響室校準，又支持完整測試流程，將校準和測試有機結合為一個整體；
測試標準中要求的所有參數；
多次校準并進行測試數據的對比；
只需更新驅動程序即可適應不同的攪拌槳，兼容性強；
不斷的發展使通過升級實現新的測試需求變得容易；
平臺化軟件，簡單易用。
圖6. 混響室測試自動化軟件
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