R&S 混响室EMC测试技术与解决方案
2024-04-09
传统的半消声室（SAC）或全消声室（FAC）分别模拟开放场或自由空间传播环境，得到国内外标准的认可，并广泛应用于EMC测试。混响室（Reverberation Chamber，RVC，标准中也称作混波室）技术采用了与传统电波暗室不同的测试思路。近年来，用混响室代替传统的消声室进行电磁兼容测试的原理和方法得到了广泛的研究和重大的发展。随着对被测设备，尤其是汽车产品的检测要求越来越严格，混响室技术也逐渐受到重视。
一、混响室工作原理
根据IEC61000-4-21（GB/T 17626.2.1）中的定义，混响室是一个小房间，专门设计有更长的混合时间，以使声场尽可能地扩散。混响室由屏蔽外壳、机械调谐器或搅拌器、天线、测试系统和控制软件组成。
图1.典型的混响室构成（GB/T 17626.21-2014）
图2. 一个实际的混响室内部组成
传统的消声室需要安装吸收材料，以尽可能多地吸收电磁波，避免多次反射和多径效应，从而提高场的均匀性。相反，混响室是一种金属屏蔽室，它对电磁波有很强的反射作用，并通过调谐器/搅拌器的旋转不断改变空间中电磁场的边界条件，从而在室内产生尽可能多的随机极化电磁波信号，生成连续变化的电磁场分布，并在整个统计周期内形成空间统计均匀分布。各向同性和随机极化的电磁环境用于模拟电磁波的实际传播环境。
图3.混响室内部电磁场分布示意
与传统电波暗室比较，混响室有以下特点：
►工作空间不同
传统的消声室设想在相同的极化方向上具有均匀场强的工作平面；想象一个混响室内的三维工作空间，其中电磁波被任意极化，并通过统计分析获得均匀的场强；与同一混响室相比，该混响室具有更大的测试空间。
图4.混响室立体工作空间 vs. 传统暗室工作平面
►结构不同，成本不同
传统的消声室由屏蔽室、铁氧体、吸收材料等组成；混响室由屏蔽室和搅拌器组成，不需要安装铁氧体和吸收材料，建设成本低。
► 产生场强不同
传统的消声室通过吸收材料吸收大量输入的电磁波，从而避免电磁波反射；混响室多次反射电磁波，从而提高了无线电波的使用效率。因此，通过使用较小的输入激励，混响室可以产生更高的测试场强。
►工作频率不同
混响室的最小工作频率（LUF）受到混响室大小的限制，而高频基本上不受限制。
► 测试时间不同
与传统暗室相比，混响室测试需要更长的测试时间。
二、混响室测试主要参考标准
三、混响室关键参数
设计参数：混响室尺寸；LUF；模式数；模式密度；Q值
使用参数：工作区间；LUF；场均匀性；G值；时间常数；ACF/CCF/CLF
四、混响室测试步骤
简单来说，混响室测试需要遵循以下步骤。
1：空腔体的场均匀性校准
验证混响室场的均匀性符合标准要求；确定归一化电场强度；确定工作间隔。此步骤应在混响室完成或进行重大改造后执行一次。
2：腔体加载系数确认
在步的基础上，向腔体中加入吸收材料，模拟加载并验证场的均匀性。该步骤在混响室完成或改造后进行一次。
3：DUT 加载预检
“快速检查”腔体性能，确认空腔的载荷小于模拟载荷过程中的载荷。当测试不同的DUT时，此步骤执行一次。
4：DUT测试
使用校准期间记录的正向功率进行DUT测试。
五、混响室测试系统
一个完整的混响室测试系统，主要由以下部分组成：
1. 混响室系统：
包括壳体、屏蔽门、搅拌桨、天线、场强探头等。
2. 与传统的消声室测试系统类似，混响室测试系统的测试设备主要包括以下部分：
信号源，用于产生需要的干扰信号波形
功率放大器，用于将信号源产生的信号放大到期望功率
功率计，用于监测功率放大器的正向和反向功率，以确定混响室的有效功率输入
发射天线，用于将干扰信号加载到混响室
接收天线，用于监控测试过程中的场强
场强探头，用于工作区间内的场强确认
3. 用于控制混响室进行现场验证和自动测试的测试软件。
图5. 混响室测试系统结构组成结构示意图
罗德与施瓦茨（以下简称R&S）TS9982 EMS测试系统，可以混响室的测试需求。该系统包括根据国际/国内标准或客户拥有的企业标准定制的混响室测试所需的各种测试仪器和附件，通过R&S Elektra测试软件进行控制，实现可重复的全自动测试流程。
六、混响室测试自动化软件
R&S Elektra EMC自动化测试软件支持混响室的测试，提供符合标准要求或客户定制的测试程序，并输出测试报告。Elektra具有鲜明的特色和产品优势：
软件由R&S自主研发，支持测试所需的所有R&S仪器设备，以及市场上主流的测试配件，并可根据需要进行扩展；
既支持混响室校准，又支持完整测试流程，将校准和测试有机结合为一个整体；
测试标准中要求的所有参数；
多次校准并进行测试数据的对比；
只需更新驱动程序即可适应不同的搅拌桨，兼容性强；
不断的发展使通过升级实现新的测试需求变得容易；
平台化软件，简单易用。
图6. 混响室测试自动化软件
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