屏蔽效果是电缆组件拒绝来自周围环境的干扰或防止电缆组件中的信号“泄漏”到周围环境并对附近其他系统或子系统造成干扰的能力。虽然多年来已经为电缆组件的各个组件(即电缆和连接器)建立了许多测量技术和标准，1 - 3了解整个电缆组件的屏蔽效果是可取的，这样设计人员就可以确信整体系统性能不会受到影响。
图1混响室内部视图。
模态搅拌法在确定整个电缆组件的屏蔽效果方面是非常宝贵的。这是根据IEC国际标准61000-4-214详见本标准附件F。5根据IEC 61000-4-21附录F进行屏蔽效果测试的最重要方面是使用混响室(而不是消声室)。使用混响室的优点在IEC 61000-4-21中有说明，这里引用:“电磁波传播的现实环境通常具有多重反射和多径效应的特征。混响室在某种程度上以一种极端的方式(最坏情况效应)模拟这种复杂的环境，在这方面可能比其他EMC测试方法更具代表性。混响室的一个优点是能够通过调谐器/搅拌器的作用产生统计上的、各向同性的、均匀的、非极化的和不相关的内部场。”4
出于这个原因，Micro-Coax在其位于宾夕法尼亚州波茨敦的工厂安装并运行了一个模式搅拌测试设备。该设备可实时表征1至18 GHz微波电缆组件的屏蔽效果。
该测试的宽频率范围决定了腔室的物理尺寸，因为必须在腔室内的所有频率点上存在特定数量的“模态”，以便在测试体积内具有统计上均匀的射频场。因此，需要一个物理上比预期的更大的腔室来适应较低频率的测量。然后，腔室中的模式搅拌器(或调谐器)确保腔室的内部电磁场边界不断变化，以防止驻波。在测量周期中，模式搅拌器以缓慢均匀的速度旋转。模态搅拌器的尺寸必须在腔室的可用频率范围内提供变化的边界条件。
典型混响室的内部视图，显示模式搅拌器(图片顶部的弯曲结构)，发射天线(红色双脊喇叭天线)和在电磁场透明表上测试的电缆组件图1。该腔室的内部尺寸为4.83 × 3.61 × 3.05 m，可用频率较低，为200 MHz。6用于在腔室内产生射频场的辅助设备可将可用频率范围限制在1至18 GHz。
设置
在初始腔室校准期间，确定腔室内“工作容积”的位置是很重要的。这是指无论射频场从哪个方向进入工作体积，射频信号的e场在3db内都是均匀的。在工作体的每个角落和中心(共9个位置)使用定向电场探头进行了一系列测量，验证了这一点。在这些位置中的每一个，单独的测量都是用定向电场探头在“X”、“Y”和“Z”方向上进行的。这保证了放置在工作体积内的任何待测设备都受到来自各个方向的射频场的均匀照射。一旦电子场的均匀性得到验证，技术人员就会锁定发射天线在腔室中的位置，以便在工作体积内产生的场始终是均匀的。
使用这种设备(请参阅本文的相关设备要求部分)，在1到4 GHz频率范围内，在测试过程中，典型的平均电子场值在75到100伏/米之间。从4 GHz到18 GHz的平均电子场从4 GHz的约90伏/米线性下降到18 GHz的约58伏/米。这遵循了制造商记录的预期腔室损耗，因此被认为是该尺寸的典型腔室。
图2混响室的动态范围。
校准和验证
定期校准包括两个主要步骤。首先是测量腔内射频场的强度。这是通过使用接收天线作为DUT来完成的。接收天线与发射天线的制造商和型号相同，因此它们具有相同的增益特性。接收天线被放置在工作体积内的几个随机位置和不同的方向，以提供无偏置测量。这些测量值加在一起，就形成了整个腔室的“基线”。
第二步被称为“泄漏”测量。这里DUT是一个屏蔽良好的负载。泄漏测量的目的是确定在腔室内可以检测到的最小信号。发射天线向腔室提供与基线测量期间相同的功率水平，由此检测到的信号水平显示了作为测试设置的一部分，腔室中存在的互连电缆中的任何缺陷。
腔室的动态范围是“基线”和“泄漏”值之间的差值。人们可以把这个动态范围看作是房间的“噪声底”。动态范围通常在较低频率时最大，并随着射频频率的增加而减小。Micro-Coax在整个1 ~ 18 GHz频率范围内的动态范围通常不低于100 dB。当电缆规格要求90 dB的射频屏蔽时，100 dB的动态范围允许在测量范围内有10 dB的裕度。这是各种行业规范推荐的典型保证金。腔室动态范围图示于图2。
为了验证周期性校准，采用了两个金标准。一种是由0.141“直径半刚性电缆制成的电缆组件。该电缆具有实心铜外层导体，并使用良好屏蔽的全焊接SMA连接器。本标准用于表示完全屏蔽的电缆组件。从实际的角度来看，没有任何东西是完全屏蔽的，但是当在该设备上执行射频屏蔽测量时，所得到的测量预计将跟踪示于的动态范围曲线图3。请注意，有时有人质疑为什么这个标准给出的结果有时比动态曲线更好。动态范围也接近测量设备的噪声底限，设备内噪声的随机性通常可以给出这些类型的读数。这就是为什么腔室的动态范围必须比预期的射频屏蔽测量至少好10 dB的原因之一。
图3金本位测量。
第二个黄金标准被称为"泄漏标准"7设计来提供已知数量的射频屏蔽。泄漏标准是按照IEC-61726，附录C中所描述的模式设计的，在结构上与完全屏蔽标准相似，但在其外部导体中大约在组件的中点处钻了一个0.1“直径的孔。本IEC规范中的方程和使用“泄漏标准”进行的实际RF屏蔽测量已经过验证，与图3所示的结果几乎完全一致。
良好屏蔽电缆组件和泄漏标准电缆组件的使用为电缆组件的屏蔽测量精度提供了高度的置信度，因为这些组件通常处于两个金标准的射频屏蔽值之间。
电缆组件的射频屏蔽的实际值是放置在室的工作体积时电缆组件的测量射频信号与定期校准期间获得的“基线”值之间的差值。
请注意，在美国和欧洲的测试实验室的类似(但不完全相同)混响室中，对泄漏标准和电缆组件样品的测量进行了验证。这些独立测量值的密切相关性表明，模式搅拌混响室法执行屏蔽效果提供了一致和有效的数据。
配套设备要求
整个射频屏蔽测试由专门为此目的开发的专有软件程序控制。馈送到腔室的信号是由微波信号发生器驱动可切换功率放大器产生的。放大器的输出馈送一个安全安装的双脊喇叭天线。RF能量耦合到DUT，然后馈送出腔到频谱分析仪，并由软件程序转换成表格和图形报告。信号发生器和频谱分析仪的内部参考振荡器是锁频的。
频谱分析仪设置为零跨度模式，带宽非常窄。在这种配置中，它本质上是一个单频接收器锁定到与信号发生器相同的频率，并显示信号强度作为时间的函数。室中的模式搅拌器被设置为转速，这样在频谱分析仪上的一次扫描(7秒)中，它将旋转大约11/2次了。频谱分析仪检测到的信号有峰值和低谷，软件程序命令频谱分析仪在每个测量频率的响应峰值处放置并读取标记。
扩展能力
一个物理上较小的模式搅拌室用于进行18至40 GHz的屏蔽测量。这个房间的尺寸为0.4 × 0.5 × 1.1米。预测量校准与较大的1至18 GHz室相同。在整个18 ~ 40 GHz频率范围内，动态范围至少为100db。通过使用屏蔽良好的0.141“直径半刚性电缆组件和已知泄漏标准验证了室的性能。
实际的测量
为了获得准确和有意义的电缆组件的屏蔽效果测量，必须遵守某些惯例。首先是确保电缆组件在腔室的工作体积内正确定位。组件的任何部分都不允许超出工作体积，因为在室校准期间，电磁场值未被测量和验证，并且不会落在已确定的统计均匀电磁场限值之内。
接下来，被测电缆组件上的连接器与腔室内的互连引线正确匹配是至关重要的。对于螺纹型连接器，这包括确保遵守适当的扭矩规格。对于推入式和盲配合式连接器，必须使用正确的力将配合连接器固定在一起。如果需要适配器，则它们可能是意外信号泄漏的来源，必须进行验证。也可能需要用某种形式的屏蔽材料包裹连接和/或适配器体，以减少或消除泄漏。典型的屏蔽材料包括青铜和铜毛和铜带。重要的是，任何额外的屏蔽材料都必须正确地接地到电缆组件上，否则它可能成为被测电缆周围电磁场的额外受体，并允许额外的EM能量耦合到电缆组件内部。
如果屏蔽效果测量结果异常差，并且所有连接器都经过适当的扭矩和屏蔽，则连接器和电缆之间的任何焊点都可能是可疑的。在网络分析仪上测量的插入损耗和驻波比电气性能良好的电缆组件，在电缆焊点的连接器上仍可能有小空隙，这可以允许某些频率的电磁场通过，衰减很小或没有衰减。
一旦连接器和焊点经过验证，下一个泄漏源可能是电缆本身。构造不良的同轴电缆与最小的编织覆盖不能期望产生高值的屏蔽效果。损坏的电缆也可能泄漏。
排除这些类型的故障通常是通过试错来完成的。一种方法是屏蔽组件的各个部分，直到发现泄漏。另一种方法是采用实时x射线等方法。在测量阶段，几乎无法纠正使用损坏电缆的影响，通常需要更换。如果不可能更换，则可以在整个电缆上以外部编织或短袜的形式添加额外的屏蔽。这将增加电缆组件的重量和成本，除非额外的编织层与电缆组件的其余部分正确接地，否则实际上可能会导致屏蔽效果恶化。
结论
射频屏蔽测量已被发现是一种有效的工具，有助于确定微波电缆组件的质量，更重要的是，长期可靠性。模式搅拌方法在建立整个电缆组件的屏蔽效果方面是非常宝贵的，并且可以根据IEC国际标准61000-4-21进行。
参考文献
- 军事标准，MIL-STD-1344A (Method 3008)， MIL-STD-461F (RS 103)。
- 军用规格，MIL-PRF-39012, MIL-C-85485。
- 行业和国际标准，EIA-364-66A, IEC 60096-1。
- IEC国际标准61000-4-21:2011“测试和测量技术。混响室试验方法”
- IEC国际标准61000-4- 21:11附录F“电缆组件、电缆、连接器、波导和无源微波组件的屏蔽效果测量”
- ETS-Lindgren SMARTTM200 Chamber, www.ets-lindgren.com/SMART200
- IEC国际标准61726:2001附录C“校准器示例”
