高频电磁屏蔽效能测量系统、测量方法及装置与流程

本发明涉及电磁兼容测试领域，尤其涉及高频电磁屏蔽效能测量系统、测量方法及装置。

背景技术：

电磁屏蔽是指利用屏蔽体的反射、吸收或者衰减等特性使得电磁辐射场源所产生的电磁能流不能进入被屏蔽区域，从而抑制电磁干扰沿空间传播。电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一，其中，电磁屏蔽效能是评价电磁屏蔽效果的重要指标之一，电磁屏蔽效能是指在电磁场中同一点无屏蔽体存在时电磁场强度与加屏蔽体后电磁场强度之比。

目前，传统的测量电磁屏蔽效能的技术通常有矩形波导近场屏蔽效能测量技术、astm-es-7双盒近场屏蔽效能测量技术以及改进的mil-std-285近场屏蔽效能测量技术等，这些测量方法都不能同时测量屏蔽材料的电场屏蔽和磁场屏蔽效能。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述不能同时测量电场屏蔽效能和磁场屏蔽效能的技术问题，提供一种高频屏蔽效能测量系统。

本发明实施例提供一种高频电磁屏蔽效能测量系统，包括：电磁波分析设备、微带线以及千兆赫兹横电磁波小室；

千兆赫兹横电磁波小室的输入端连接电磁波分析设备的信号输出端，用于根据信号输出端的控制信号产生横电磁波；

微带线设置在千兆赫兹横电磁波小室的输出窗内，用于接收横电磁波；

电磁波分析设备的第一输入端连接微带线的第一端，电磁波分析设备的第二输入端连接微带线的第二端；电磁波分析设备，用于在设置待测屏蔽材料前，根据微带线的第一端的输出信号确定千兆赫兹横电磁波小室与微带线之间的第一耦合传输系数，并根据微带线的第二端的输出信号确定千兆赫兹横电磁波小室与微带线之间的第二耦合传输系数；以及在设置待测屏蔽材料后，根据微带线的第一端的输出信号确定千兆赫兹横电磁波小室与微带线之间的第三耦合传输系数，根据微带线的第二端的输出信号确定千兆赫兹横电磁波小室与微带线之间的第四耦合传输系数。

在其中一个实施例中，设置待测屏蔽材料时，屏蔽材料包覆微带线的导体带。

在其中一个实施例中，控制信号包括用于改变横电磁波频率以进行频率扫描的频率扫描信号。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备为矢量网络分析仪或者频谱分析仪。

本发明实施例还提供一种高频电磁屏蔽效能测量方法，应用于上述任一项系统实施例提供的高频电磁屏蔽效能测量系统，测量方法包括以下步骤：

控制千兆赫兹横电磁波小室向微带线发送横电磁波；

获取电磁波分析设备测量的第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数；

对第一耦合传输系数与第二耦合传输系数作和运算得到设置待测屏蔽材料前的第一电场信息，对第一耦合传输系数与第二耦合传输系数作差运算得到设置待测屏蔽材料前的第一磁场信息；

对第三耦合传输系数与第四耦合传输系数作和运算得到设置待测屏蔽材料后的第二电场信息，对第三耦合传输系数与第四耦合传输系数作差运算得到设置待测屏蔽材料前的第二磁场信息；

根据第一电场信息和第二电场信息得到电场屏蔽效能；

根据第一磁场信息和第二磁场信息得到磁场屏蔽效能。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备为矢量网络分析仪，电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，see为电场屏蔽效能，se1为第一电场信息，se2为第二电场信息。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备为矢量网络分析仪，磁场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，sem为磁场屏蔽效能，sm1为第一磁场信息，sm2为第二磁场信息。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备为频谱分析仪，电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，其中，see为电场屏蔽效能，se1为第一电场信息，se2为第二电场信息。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备为频谱分析仪，电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，sem为磁场屏蔽效能，sm1为第一磁场信息，sm2为第二磁场信息。

本发明实施例还提供一种高频电磁屏蔽效能测量装置，用于实现上述任一项方法实施例提供的步骤，包括：

控制模块，用于控制千兆赫兹横电磁波小室向微带线发送横电磁波；

数据获取模块，用于获取电磁波分析设备测量的第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数；

运算模块，用于对第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数进行运算，得到电场屏蔽效能和磁场屏蔽效能。

上述高频电磁屏蔽效能测量系统，与传统的电磁屏蔽效能测量技术相比，具有能够同时测量电场屏蔽效能和磁场屏蔽效能的特点，同时，由于组成部件少，连接简单，因此还具备操作简单，误差小的有益效果。再者，本发明实施例利用千兆赫兹横电磁波小室能够产生和传输高频电磁波的特点，能够测量待测屏蔽材料在高频处的电场屏蔽效能以及磁场屏蔽效能。

附图说明

图1为本发明一个实施例高频电磁屏蔽效能测量系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例高频电磁屏蔽效能测量系统设置待测屏蔽材料的结构示意图；

图3为本发明一个实施例高频电磁屏蔽效能测量方法的步骤框图；

图4为本发明一个实施例高频电磁屏蔽效能测量装置的模块示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种高频电磁屏蔽效能测量系统，包括电磁波分析设备1、微带线2以及千兆赫兹横电磁波小室3(gigahertztransverseelectromagneticcell，gtemcell)。

其中，电磁波分析设备1是可以分析电磁波的任意设备。电磁波分析设备1可以通过信号输出端输出电磁波控制信号，控制电磁波发射装置发出横电磁波信号。电磁波分析设备1通过其第一输入端和第二输入端接收相关信号，对相关信号进行分析确定相关电磁波信息。电磁波分析设备1可以是矢量网络分析仪(vectornetworkanalyzer，vna)，也可以是频谱分析仪。

微带线2是由支在介质基片上的单一导体带21构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等。可选地，微带线2设置在千兆赫兹横电磁波小室3的输出窗内，通过场线耦合效应接收千兆赫兹横电磁波小室3传播的横电磁波。

微带线2作为电磁波接收装置，可以将微带线2单独制作成为一个微带线2测试板上。比如制作一个基板，在基板的一面设置微带线2的导体带21，在基板的另一面设置金属接地面，形成完整的微带线2。可选地，在设置导体带21的一面可以设置金属包边，金属包边通过导电通孔与另一面的金属接地面连接，但不与微带线2的导体带21连接。这样，在将微带线2测试板放置在千兆赫兹横电磁波小室3的输出窗时，由于微带线2的导体带21朝千兆横电磁波腔体内部，微带线2测试板的金属包边与千兆赫兹横电磁波小室3接触，共同接地。可选地，微带线2测试板可以做成圆形，并且通过内轮廓与微带线2测试板相匹配，外轮廓与千兆赫兹横电磁波小室3相匹配的固定装置固定于千兆赫兹横电磁波小室3的输出窗内。可选地，微带线2测试板设有导体带21的一面还可以设置用于固定待测屏蔽材料4的夹具，需要设置待测屏蔽材料4时，便于固定待测屏蔽材料4。

可选地，微带线2的导体带21的第一端与电磁波分析设备1的第一输入端连接，微带线2的导体带21的第二端与电磁波分析设备1的第二输入端连接。用于在接收到千兆赫兹横电磁波小室3的电磁波信号之后将其反馈到电磁波分析设备1进行测量和分析。

千兆赫兹横电磁波小室3外形呈四棱锥形，是能为测量提供确定环境场强的金属封闭室。该室传播的是横电磁波，工作频率可以覆盖0hz-18ghz。千兆赫兹横电磁波小室3是单端口网络由喇叭形状的矩形同轴传输线端接匹配负载构成的微波系统，其输入端口设置在顶点处。千兆赫兹横电磁波小室3由底板、芯板、侧板、和吸波材料等部分组成。其中侧板组成四棱锥的侧面，底板对应四棱锥的底面。吸波材料设置在底板的内侧。芯板设置在腔体内从顶点处横贯至底面，芯板的一端与顶点的输入端连接，芯板的另一端用于接匹配负载。由于在高速电路中要想把信号能量从源端全部有效的传送到负载端，必须使传输线特征阻抗与信号的源端阻抗和负载阻抗匹配，否则信号会发生反射，导致信号波形的畸变等一系列问题。因此，千兆赫兹横电磁波小室3的芯板的另一端连接匹配阻抗，与电磁波分析设备1形成阻抗匹配，以确保控制信号在传输过程中没有发生反射。可选地，匹配负载为50欧姆。

可选地，千兆赫兹横电磁波小室3的输入端连接电磁波分析设备1的信号输出端，用于根据电磁波分析设备1的信号输出端的信号产生横电磁波。

当电磁波分析设备1向千兆赫兹横电磁波小室3发出控制信号，控制千兆赫兹横电磁波小室3产生横电磁波时，根据法拉第电磁感应定律，设置在千兆赫兹横电磁波小室3的微带线2会产生感生电信号，并通过第一端和第二端向外输出。根据差模和共模理论，微带线2的第一输出端和第二输出端输出的耦合传输系数，均包含电磁信号的电场信息和磁场信息，并且，微带线2两端输出的耦合传输系数的共模成分与电场强度成正比，微带线2两端输出的耦合传输系数的差模成分与磁场强度成正比。即微带线2通过场线耦合效应耦合到的电场信息和磁场信息通过电信号的形式从其第一端和第二端向外输出，微带线2第一端的输出电信号和第二端的输出电信号之和能够反映电场强度信息，微带线2第一端的输出电信号和第二端的输出电信号之差能够反映磁场强度信息。因此，通过电磁波分析设备1提取微带线2第一端和第二端的电信号的共模成分和差模成分，即可得到电磁信号的电场信息和磁场信息。

电磁屏蔽性能是指在电磁场中同一点无屏蔽材料存在时电磁场强度与加屏蔽材料后电磁场强度之比，并以对数表示。因此，在设置待测屏蔽材料4前，通过电磁波分析设备1根据微带线2的第一端的信号确定千兆赫兹横电磁波小室3与微带线2之间的第一耦合传输系数，以及根据微带线2的第二端的信号确定千兆赫兹横电磁波小室3与微带线2之间的第二耦合传输系数，利用第一耦合传输系数和第二耦合传输系数可以得到设置屏蔽材料之前的电场强度信息和磁场强度信息。在设置待测屏蔽材料4后，通过电磁波分析设备1根据微带线2的第一端的信号确定千兆赫兹横电磁波小室3与微带线2之间的第三耦合传输系数，以及根据微带线2的第二端的信号确定千兆赫兹横电磁波小室3与微带线2之间的第四耦合传输系数，利用第三耦合传输系数和第四耦合传输系数可以得到设置待测屏蔽材料4之后的电场强度信息和磁场强度信息。通过对设置屏蔽材料前后的电场强度信息和磁场强度信息的比较，即可得到该待测屏蔽材料4的电场屏蔽效能。

可选地，在测得上述四个耦合传输系数后，可以通过对第一耦合传输系数和第二耦合传输系数进行处理，得到设置待测屏蔽材料4前的具体电场强度值和磁场强度值，以及对第三耦合传输系数和第四耦合传输系数进行处理，得到待测屏蔽材料4后的具体电场强度值和磁场强度值，然后对设置待测屏蔽材料4前后的电场强度值做比取对数，即可得到该待测屏蔽材料4的电场屏蔽效能。同样的，对设置待测屏蔽材料4前后的磁场强度值做比取对数，即可得到该待测屏蔽材料4的磁场屏蔽效能。可选地，根据上述的差模和共模理论，根据电磁波分析设备1的不同，可以对第一耦合传输系数和第二耦合传输系数进行处理，得到能够反映设置待测屏蔽材料4前电场强度的电场信息和反映磁场强度的磁场信息，对第三耦合传输系数和第四耦合传输系数进行处理，得到设置待测屏蔽材料4后能够反映电场强度的电场信息和能够反映磁场强度的磁场信息，不必取电场和磁场的具体值，直接对设置待测屏蔽材料4前后能够反映电场强度的电场信息进行处理，可以得到该待测屏蔽材料4的电场屏蔽效能。同样的，对设置待测屏蔽材料4前后能够反映磁场强度的磁场信息进行处理，可与得到该待测屏蔽材料4的磁场屏蔽效能。

在传统的电磁屏蔽性能测量技术中，双横电磁波室屏蔽效能测量技术需要使用耦合器对电磁场进行分离，操作复杂，使用耦合器还增加了系统测量误差。举行波导进场屏蔽效能测量技术仅能测量电场屏蔽效能，不能测量磁场屏蔽效能。而本发明实施例提供的电磁屏蔽效能测量系统，与传统的电磁屏蔽效能测量技术相比，具有能够同时测量电场屏蔽效能和磁场屏蔽效能的特点，同时，由于组成部件少，连接简单，因此还具备操作简单，误差小的有益效果。再者，本发明实施例利用千兆赫兹横电磁波小室3能够产生和传输高频电磁波的特点，能够测量待测屏蔽材料4在高频处的电场屏蔽效能以及磁场屏蔽效能。

在其中一个实施例中，设置待测屏蔽材料4时，待测屏蔽材料4包覆微带线2的导体带21。待测屏蔽材料4包裹导体带21且不接触导体带21，这样可以尽可能将电磁波发生源屏蔽，且不影响微带线2的电磁场分布，以实现准确的测量效果。可选地，待测屏蔽材料4可以设置为半封闭的盒型。

在其中一个实施例中，控制信号为用于改变电磁波频率以进行频率扫描的频率扫描信号。频率扫描指的是固定磁场，使射频或磁场调制频率缓慢变化，通过共振范围，取得所需之共振谱。电磁波分析设备1对电磁波反射装置发送电磁波控制信号，使得电磁波发射装置产生横电磁波，再经电磁波分析设备1的输入端接收横电磁波室的输出信号，测量从电磁波发射装置到横电磁波室之间的传输特性，得到传输过程中的电磁波幅值衰减情况以及相位变化情况，从而得到待测屏蔽材料4的电磁屏蔽效能。其中，测量的模式是频率扫描，及通过更改输入端的信号的频率，探测出输出端的同一频率信号强度的变化和相位的变化，从而得到横电磁波的在电磁波发射装置和横电磁波室之间的传输特性。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备1可以是矢量网络分析仪，也可以是频谱分析仪。其中，矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。可选地，频谱分析仪可以是即时频谱分析仪(real-timespectrumanalyzer)，也可以是扫描调谐频谱分析仪(sweep-tunedspectrumanalyzer)。

本发明实施例还提供一种电磁屏蔽效能的测量方法，本实施例的电磁屏蔽效能测量方法应用于上述任一项系统实施例提供的电磁屏蔽效能测量系统。测量方法包括以下步骤：

步骤s10，控制千兆赫兹横电磁波小室3向微带线2发送横电磁波。

其中，千兆赫兹横电磁波小室3用于产生和传输横电磁波，可以通过接入控制信号源使其产生横电磁波。为便于安装和操作，微带线2可以设置在测试板上。

步骤s20，获取电磁波分析设备1测量的第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数。

其中，第一耦合传输系数，是设置待测屏蔽材料4前，微带线2通过场线耦合效应接收到千兆赫兹横电磁波小室3传播的电磁波后，电磁波分析设备1测量到的微带线2的第一端的耦合传输系数；第二耦合传输系数，是设置待测屏蔽材料4前，微带线2通过场线耦合效应接收到千兆赫兹横电磁波小室3传播的电磁波后，电磁波分析设备1测量到的微带线2的第二端的耦合传输系数。同样的，第三耦合系数，是设置待测屏蔽材料4后，横微带线2通过场线耦合效应接收到千兆赫兹横电磁波小室3传播的电磁波后，电磁波分析设备1测量到的微带线2的第一端的耦合传输系数；第四耦合系数则是电磁波分析设备1测量到的微带线2的第二端的耦合传输系数。

步骤s30，对第一耦合传输系数与第二耦合传输系数作和运算得到设置待测屏蔽材料4前的第一电场信息，对第一耦合传输系数与第二耦合传输系数作差运算得到设置待测屏蔽材料4前的第一磁场信息。

根据共模和差模理论，任意两个信号都可以分解示为共模成分和差模成分的组合。而微带线2基于场线耦合效应通过其两端输出的感生电信号，则包含由电磁波的电场信息和磁场信息，并且，微带线2的第一端和第二端的耦合传输系数的共模成分与电场强度成正比，微带线2两端输出的耦合传输系数的差模成分与磁场强度成正比。因此，在测得设置待测屏蔽材料4前的第一耦合传输系数和第二耦合传输系数后，对第一耦合传输系数和第二耦合传输系数做做和运算可以得到设置待测屏蔽材料4前的第一电场信息，作差运算可得到设置待测屏蔽材料4前的第一磁场信息。即：

其中，se1为第一电场信息，sm1为第一磁场信息，s01为第一耦合传输系数，s02为第二耦合传输系数。

步骤s40，对第三耦合传输系数与第四耦合传输系数作和运算得到设置待测屏蔽材料4后的第二电场信息，对第三耦合传输系数与第四耦合传输系数作差运算得到设置待测屏蔽材料4前的第二磁场信息。

同样地，根据共模和差模理论，在设置待测屏蔽材料4后，由微带线2基于场线耦合效应通过其两端输出的感生电信号，也包含电磁波的电场信息和磁场信息。此时，通过电磁波分析设备1测得的微带线2的第一端的第三耦合传输系数和测得微带线2第二端的第四耦合传输系数的共模成分反映屏蔽后的电场强度信息，差模成分反映屏蔽后的磁场强度信息。通过对第三耦合传输系数和第四耦合传输系数取共模可以得到第二电场信息，取差模可得到第二磁场信息。即：

其中，se2为第二电场信息，sm2为第二磁场信息，s03为第三耦合传输系数，s04为第四耦合传输系数。

步骤s50，根据第一电场信息和第二电场信息得到电场屏蔽效能。

其中，第一电场信息反映设置待测屏蔽材料4前的电场强度，第二电场信息反映设置待测屏蔽材料4后的电场强度，根据电场屏蔽效能的定义，可以通过第一电场信息和第二电场信息得到电场屏蔽效能。比如，可以对第一电场信息进行处理得到设置待测屏蔽材料4前的电场强度值，对第二电场信息进行处理得到设置待测屏蔽材料4后的电场强度值，从而根据电场屏蔽效能的定义得到电场屏蔽效能。当然，也可以对第一电场信息和第二电场信息进行运算得到电场屏蔽效能。比如，如果通过矢量网络分析仪测得第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数，由于矢量网络分析仪测量的是分贝信号(db)，因此得到第一电场信息和第二电场信息后，直接对第一电场信息和第二电场信息作差运算，即可得到电场屏蔽效能。如果通过频谱分析仪测得第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数，由于频谱分析仪测量的是电磁波功率数据，因此对第一电场信息和第二电场信息做比运算并取分贝值即可得到电场屏蔽效能。

s60，根据第一磁场信息和第二磁场信息得到磁场屏蔽效能。

其中第一磁场信息反映设置待测屏蔽材料4前的磁场强度，第二磁场信息反映设置待测屏蔽材料4后的磁场强度。类似地，可以通过第一磁场信息和第二磁场信息得到磁场屏蔽效能。即可以对第一磁场信息进行处理得到设置待测屏蔽材料4前的磁场强度值和对第二磁场信息进行处理得到设置待测屏蔽材料4后的磁场强度值，从而根据磁场屏蔽效能的定义得到磁场屏蔽效能。也可以对第一磁场信息和第二磁场信息进行运算得到磁场屏蔽效能。比如，如果通过矢量网络分析仪测得第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数，则直接对第一磁场信息和第二磁场信息作差运算得到磁场屏蔽效能。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备1为矢量网络分析仪，所述电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，see为电场屏蔽效能，se1为所述第一电场信息，se2为所述第二电场信息。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备1为矢量网络分析仪，所述磁场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，sem为磁场屏蔽效能，sm1为所述第一磁场信息，sm2为所述第二磁场信息

在其中一个实施例中，电磁波分析设备1为频谱分析仪，所述电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，其中，see为电场屏蔽效能，se1为所述第一电场信息，se2为所述第二电场信息。

在其中一个实施例中，电磁波分析设备1为频谱分析仪，所述电场屏蔽效能通过以下表达式得到：

其中，sem为磁场屏蔽效能，sm1为所述第一磁场信息，sm2为所述第二磁场信息。

本发明实施例还提供一种电磁屏蔽效能测量装置，包括：

控制模块100，用于控制千兆赫兹横电磁波小室3向微带线2发送横电磁波；

数据获取模块200，用于获取电磁波分析设备1测量的第一耦合传输系数、第二耦合传输系数、第三耦合传输系数以及第四耦合传输系数；

运算模块300，用于对所述第一耦合传输系数、所述第二耦合传输系数、所述第三耦合传输系数以及所述第四耦合传输系数进行运算，得到电场屏蔽效能和磁场屏蔽效能。

本发明实施例还提供一种芯片，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，能够实现上述任意方法实施例所提供的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分步骤，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一种计算机可读取芯片中，该程序在执行时，可包括如上各个方法实施例的步骤，其中存储介质可以为磁碟、光盘、只读存储记忆体(rom，read-onlymemory)或者随机存储记忆体(ram，randomaccessmemory)等。

上述计算机可读存储介质用于存储本发明实施例所提供的测试方法的程序，其中执行该程序可以执行本发明实施例所提供的能测试方法，具备执行方法相应有益效果，可参照上述方法实施例中的描述，此处不再进行赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。