Измерения параметров экранирования кажутся довольно простыми, однако, в процессе работ, углубляясь в детали, Вы неизбежно столкнетесь с некоторыми сложностями. Часть их них мы постараемся затронуть.
Что такое электромагнитный экран помещения, объекта или камеры? Это "электрогерметичный" металлический контейнер, клетка Фарадея. Всякий металлический экран работает одинаково: под действием электрического поля, свободные заряды в металле разделяются и создают свое поле, компенсирующее поле воздействия. Поэтому, внутри металла и за ним электрическое поле равно нулю. Исключение составляет случаи, когда заряды металла попадают на другую сторону поверхности экрана. Сквозь толщу - это сделать невозможно. Толщина скин-слоя даже 50 Гц - 9мм (поле низких частот компенсируется токами), а уже 1МГц - уже 67 мкм. Для ВЧ/СВЧ частот фольга или мелкая сетка - уже непреодолима. Поэтому, единственный путь для зарядов переместиться на другую сторону экрана и создать там новое поле - это швы, различного рода неоднородности, стыки, отверстия. Именно эти места и необходимо выбирать для измерений эффективности экранирования. В случае, когда конструкции дверей или ворот, воздуховодов не обеспечивает требуемую эффективность экранирования, предусматриваются экранированные многотамбурные системы. Для защиты вводов коммуникаций применяют радиочастотные фильтры. Их конструктивные особенности также могут быть слабым местом.
При невозможности обеспечения требуемой эффективности экранирования в заданном диапазоне частот одним типом фильтра допускается последовательное соединение требуемого числа фильтров одного или нескольких типов.
Испытания на эффективность экранирования проводят при вводе объектов в эксплуатацию (после проверки качества сварных швов и устранения выявленных дефектов), а также в процессе их эксплуатации. Проверку параметров экранирования, особенно там, где это связано с риском опасности для здоровья, например, помещений использования МРТ, мощными РЭС и средствами связи, необходимо проводить регулярно. Сертификаты или выданные свидетельства дают сведения только о том, каковы были уровни помех на момент измерений и не является достаточными для оценки текущего состояния объекта и принятия решений необходимо ли принять дополнительные меры. Перед устранением проблемы, ее происхождение сначала нужно найти. Процесс поиска утечки может проводиться с использованием стандартного набора радиочастотного оборудования, либо специального измерительного комплекта.
Обычно эффективность экранирования проверяют стандартным набором: анализатор спектра, генератор сигналов, комплект усилителей мощности, набор антенн, кабелей и переходников, а также программное обеспечение. Анализатор спектра дает представление спектра в частотной области. Картина спектра зависит от настроек, которые выставил пользователь. Поэтому, на экране можно увидеть как испытательный сигнал разного уровня, так и множество посторонних шумов. Приняв, например, посторонний радио сигнал за генерируемый (если анализатор спектра стоит снаружи экрана) можно сделать неправильный вывод о степени экранирования на данной частоте.
Иллюстрации показывают, как ошибка испытателя приводит к завышению коэффициента экранирования примерно на 10 дБ. Измерение анализатор спектра, при отсутствии опыта у оператора, может негативно повлиять на результат.
Поиск конкретных мест утечек и локализацию помех анализатором спектра обычно проводят с использованием датчиков ближнего поля - они менее чувствительны к посторонним сигналам и более узконаправлены, чем антенны. Перемещая их вокруг предполагаемых слабых мест, таких как двери, панели с разъемами, вентиляция, фиксируют где уровень генерируемого сигнала больше. Величину угла сектора максимального излучения для слабонаправленных и остронаправленных антенн вычисляют по формулам:
1 - для дипольных и других слабонаправленных антенн, в градусах;
2 - для рупорных и других остронаправленных антенн.
Dпер - линейный размер диполя передающей антенны, м.
Dmin - наименьший размер раскрыва или диаметр рупора передающей антенны.
Для того, чтобы чувствительность анализатора была достаточна для измерений через экран, его полоса пропускания (RBW) должна быть достаточно узкой. Время измерений при этом увеличивается. За это время антенну или датчик нельзя перемещать и вообще как-либо изменять конфигурацию в зоне измерений. В результате пользователь должен непрерывно следить за экраном анализатора, в то же время производить действия с антенной и следить, чтобы ничто не нарушило первоначальные условия измерений. Это довольно неудобно и требует специальных навыков и опыта. Вероятность неправильных измерений высока, а для ее снижения приходится жертвовать временем и, зачастую, стоимостью работ.
Вместо громоздкого, дорогостоящего и неудобного в использовании стандартного набора оборудования (стенда) можно использовать компактные само-настраивающиеся измерительные системы, такие как SEMS. Это система для измерений коэффициента экранирования до 300МГц. Для частот выше также легко можно сконфигурировать простую систему. SEMS имеет беспроводной интерфейс, функции измерений экранирования, поиска утечек и другие. Она обходится без многочисленный коаксиальных кабелей, проводов питания и интерфейсов. Легко, быстро и безошибочно проводит измерения доже в руках начинающих инженеров. Подробности можно найти на странице с описанием:
Измерительная ЭМС система SEMS
При измерениях экранов больших безэховых камер и отсутствии полностью автоматического измерительного стенда с программным обеспечением также проводить работы по аттестации БЭК затруднительно, когда выставление сигнала генератора, параметров измерителя и общение или перемещение операторов затруднено конструкциями камеры. Также существуют проблемы, связанные с использованием крупногабаритных логопериодических или биконических антенн. Для их размещения в большинстве случаев просто нет места. Направленность же антенн компактных систем позволяет с минимальным бюджетом неопределенности максимально быстро провести работы по аттестации при правильно составленной методике измерений, например, используя рекомендации ГОСТ Р 51414-92 (ГОСТ 30373-95) и режим сниффера SEMS.
Динамический диапазон. Безэховые и экранированный камеры класса экранирования I предполагают наличие экрана от 80 до 120 дБ. Это означает, что их экран ослабляет напряженность поля в самых слабых местах до 1 млн раз. Предполагая, что сигнал с генератора имеет мощность 30 дБмВт (хотя большинство радиочастотных генераторов не достигают такого высокого уровня), учитывая, что затухание в трактах от генератора до приемника может быть в районе 30-40 дБ, чтобы иметь возможность измерить ослабление поля в 100 дБ, уровень шума приемника должен быть лучше, чем –130/-140 дБмВт. Такая чувствительность не может быть получена с применением широкой полосы пропускания RBW, например, 9 или 120 кГц. В таком случае, придется задействовать усилители мощности. Величину выходного напряжения (мощности) в вольтах (ваттах) вычисляют по формулам:
где Uпр (Рпр) - чувствительность приемника, R - расстояние между антеннами в м, G - коэффициенты усиления приемной и передающей антенн. Аф - потери в антенно-фидерном тракте в дБ, Q - ожидаемая величина эффективности экранирования.
Контрольные частоты для оценки эффективности экранирования следует выбирать из предпочтительного ряда частот: 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 30,0; 40,0; 50,0; 60,0; 80,0; 100,0; 125,0; 160,0; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10000; 12000; 14000; 16000; 18000; 20000; 24000; 26000; 28000; 30000; 32000; 35000; 37500 МГц с допускаемым отклонением от номинала не более +10%. Однако, более качественно, и Заказчик или сертифицирующий орган может это потребовать, проводить измерения непрерывно в режиме сканирования с маленьким шагом. Это позволяет обнаружить резонансные отклики, из которых не следует учитывать значение на собственной резонансной частоте камеры или помещения - она зависит только от геометрических размеров.
Как уже говорилось, Испытания на эффективность экранирования проводят методом сравнения, где сравнивают два последовательных измерения электромагнитного поля - без экрана и ослабленное экраном. Значение эффективности экранирования Q в децибелах вычисляют по формулам:
где значения с индексом 1 - напряженность (мощность) магнитного и электрического полей, излучаемых передающей антенной, В/м. А значения с инексом 2 - напряженность (мощность) магнитного и электрического проникающего полей, В/м.
Как проводят измерения? Перед работами нужно очистить измеряемую площадку от лишних отражающих предметов, техники и оборудования! Антенны размещают на фиксированном расстоянии R без экрана. Подают с генератора сигнал, необходимый для регистрации. Изменением ориентации приемной измерительной антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях (без изменения расстояния до передающей антенны) добиваются максимальных показаний индикатора приемника. Найденное значение излучаемого электромагнитного поля (магнитная или электрическая составляющая) фиксируют заносят в протокол испытаний. Уровень излучаемого электромагнитного поля, ослабленного экраном определяют также. Шаг перемещения антенн, если не приводить стандартные формулы, не должен превышать двух линейных размеров антенн, умноженных на тангенс угла ДН главного лепестка, для направленных антенн.