
我們經常看到筆記本電腦、數碼相機等的數據線或電源線上有一小塊鼓出來一個圓柱,其實里面卡著鐵氧體磁環的箝位濾波器。這是電磁兼容電波暗室測試結果引發的。
如果電子產品開發時降噪處理得好,就不需要這個濾波器。但是產品本身已經開發完,測試中還發現有問題,最簡單的辦法就是卡個濾波器。原因之一是數據在傳輸過程中,線纜也會輻射出電磁波。
電波暗室需求逐年增長
最早的電磁兼容(EMC)測試多是在室外的開闊場進行。相比開闊場,電波暗室的優越性越來越突出。早期的電波暗室主要用于軍事領域,上世紀1970年左右開始普及,當時主要用于汽車車載電裝產品的測試。到了上世紀90年代,其市場需求量開始激增。特別是在1996年,歐洲頒布了CE,規定上市產品都要滿足CE(類似中國的3C認證)。因此從1996年開始,電波暗室每年的建設數量成1音增長。近些年,興起了無線網絡、新能源汽車、太陽能發電、智能電網等,也是促進電波暗室發展的原因。
據磁性材料廠商TDK介紹,從1969年到現在的42年中,TDK已向世界各國提供了1100座以上的電波暗室,該公司占有世界市場份額25%左右。我國也是電波暗室的一個重要的市場,TDK稱中國市場的需求量比十年前增長了近五倍:中國市場的規模或將很快趕超日本。
EMC標準越來越嚴
人們通常所說的電磁兼容包括兩部分:EMI(電磁干擾)測試和EMS(電磁耐受性)測試。
目前世界各國都有針對電磁兼容方面的標準要求,標準也趨向于越來越嚴格。特別是近年來無線傳輸信號、無線網絡發展迅速;還有新興的混合動力汽車和電動汽車等,由于使用的電機很多,其輻射的電磁波的影響也開始越來越嚴重,所以對它們的測試也開始向高頻方向發展。因此,高性能電波暗室的需求量開始逐年增長。
測試頻段高頻化
在電波暗室中進行的測試,目前以EMI測試為主,截止到去年,測試頻段從30MHz到1GHz,目前新的標準規定其測試頻段應該達到3GHz以上,對于電波暗室的性能校準已經達到了18GHz。通常電波暗室供應商的標準要高于規定,例如TDK的吸波材料可以達到40GHz。隨著電子產品的不斷發展,將來測試的頻段可能會擴展到18GHz以上。
在EMS測試方面,通常是從30MHz到6GHz,將來很有可能發展到18GHz以上。目前電子產品的使用頻率逐漸在向高頻方面擴展。以電腦為例,目前的電腦大都在3GHz左右的使用頻段,所以電子產品的頻率擴展是將來的發展趨勢。
精度越來越高
電磁兼容測試的定義是在標準的開闊場地上進行測試。開闊場分為兩種,一種是進行天線的性能校準方面的測試,一般稱為校正場地;另一種是一般的電磁兼容方面的測試,稱之為一般的電磁兼容場地。
在標準開闊場中進行測試會有很多困難,目前衍生出來的代替品――電波暗室的性能如何規定?通常標準要求,電波暗室的專業術語――衰減值不能超過±4dB:另外一種衡量方法是電波暗室中所測試出來的場地衰減與標準開闊場所測試出的場地衰減的值需要在±3aB或±4dB以內。近年來,由于高性能需求越來越大,與場地溯源的測試值要求在±2dB甚至±1dB之內暗室的需求量越來大。
那么,既然標準是±4dB,為什么客戶還需要±2dB甚至±1dB的暗室?TDK日本電波工程事業部的技術部栗原弘部長解釋道,主要有兩方面:首先,國際標準定的±4dB只是最低限度的標準:另一個更主要的原因是雖然±4dB滿足標準可以使用,但是實際測試過程中,由于不同暗室之間的誤差較大,有可能因為暗室誤差的原因,到檢驗認證機關測試時使產品不能達標,如果自家的暗室本身性能很高,不滿足標準的幾率就非常小,所以一些產品制造商會投資建設高性能的電波暗室。
電波暗室墻壁的材料
電波暗室的墻壁是屏蔽殼體,用于遮蔽室內外電磁波的干擾,通常在墻里鋪上吸波材料,例如鐵氧體材料、長尖劈等。
一般300MHz以下使用鐵氧體,300MHz以上使用導電性的尖錐型吸波材料――長尖劈。由于整個電波暗室的性能評價需要30MHz到18GHz。如果把鐵氧體和吸波材料的性能結合在一起,就成為一種復合型材料,兩者之間進行性能匹配。性能匹配做得好時,復合型吸波材料的性能可均勻地在20dB-30dB衰減,而且越高頻率衰減越呈上升的趨勢。
這是因為鐵氧體最大的長處是在低頻段起到一定的吸收作用,使吸波材料的長度降到了1m以內。理論上,一個高性能的暗室如果不使用鐵氧體,吸波材料長度需要5m以上,使暗室的體積很大。1969年,TDK開發了鐵氧體和長尖劈的復合型材料,把吸波材料的長度由原來的3-Sm降至現在的1m左右,并申請了專利。不過,上世紀90年代此專利失效,其他廠商也開始采用鐵氧體和長尖劈結合的材料。
地域應用特點
去年TDK在日本興建成了一座大型的電波暗室,因大型和高性能震動了國際EMC界。這是由于一些日本的汽車和家電、醫療設備制造商會要求電波暗室的性能更高,這就意味著測試精度更準確,使在電波暗室中測試到的數據更接近于在標準開闊場測試的數據。雖然歐美有更大的電波暗室,但它們是測試一些軍品(飛機等),性能并不一定要求很高。所以不能從尺寸大小角度判斷暗室的好壞。
另外,日本比較特殊的就是產品制造商比較多,每家制造商會用很多個電波暗室進行測試。但每個電波暗室所測試出來的結果肯定有不同,那么需要以哪個為準呢?在中國可能以國家計量院所校正的數據為準,因此,在日本每家公司有自己的標準,行業標準要領先于國家標準/國際標準,每個公司會有自己定的溯源,所以日本建造高性能、超高性能的電波暗室的需求比其他國家高。
中國用戶也有自己的特點,例如需求量大;而且測試還是主要是由官方測試機構評定。而官方的測試機構由于所要測試的領域比較廣,需要很多特殊的設計要求。