一种线缆屏蔽效能测量装置、方法及不确定度评定方法

技术领域

本发明属于屏蔽效能测试的技术领域，具体涉及一种线缆屏蔽效能测量装置、方法及不确定度评定方法。

背景技术

线缆是射频领域实现模块级到系统级导电互联的核心组件，确保信号精确、低损、高效的传输。线缆通常是由导体和介质构成，信号传输的过程中不可避免的存在泄露。对于天线测量系统、雷达散射截面测量系统等涉及空间电磁波的传输的测量系统而言，对系统的底噪有较高的要求，从而对大量使用的连接线缆的屏蔽效能有较高的要求。线缆的屏蔽效能的测试主要包括功率吸收钳法、电流探头注入法、屏蔽室天线法、混响室法、GTEM小室法等。

在众多线缆屏蔽效能的测量方法中，混响室法充分利用内部电磁场各向统计均匀的特点，对线缆的布置、定位要求不高，是一种操作简单可靠的测量方法。且由于电磁混响室法中的激励信号能够从各个不同的角度、位置和极化施加到被测线缆上，因此其屏蔽效能评价能够具有更好的全面新。如图1所示，国际标准IEC61726-1999专门给出了基于混响室方法的线缆附件、线缆、接头以及无源毫米波部件的屏蔽效能测量方法。

控制频率综合器(或信号源)将特定频率的信号功率(P

被测器件(DUT)暴露在几乎均匀的各向同性电磁场中，DUT感应到的信号电平被频谱仪接收(P

或

其中，P

然而，现有技术的缺点如下：

①未明确DUT的测试区间在工作区，通常只有在工作区内，才能认为电磁场强均匀，即电磁波均匀且各向同性分布；在靠近腔体的边界上，场强并不是均匀的；同样涉及到混响室插入损耗计算的参考天线也需要放置到工作区内，也没有明确。

②上述屏蔽衰减的计算公式中，DUT的接收功率比较小(同轴线缆的屏蔽一般在60dB以上)，参考天线的接收功率比较大，这样频谱仪会在一个很大动态范围内测量功率，频谱仪的线性度对测量结果的影响比较大；

③测量DUT时匹配负载(50Ω)接在腔体外部，这需要两根连接线缆连接DUT的两端，增大了连接线缆的泄露本身对屏蔽衰减测量的影响。

④未提供对屏蔽衰减测量结果进行不确定度分析的方法，未能确认测量结果的准确可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线缆屏蔽效能测量装置、方法及不确定度评定方法，旨在解决上述的问题。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种线缆屏蔽效能测量装置，包括控制端、频谱仪、信号源以及设置在混响室内的发射天线、第一搅拌桨、第二搅拌桨、工作区，所述工作区内部设置有待测线缆、匹配负载、屏蔽校准件；所述工作区的一侧设置有频谱仪和信号源，且另一侧设置有第一搅拌桨和发射天线，且下方设置有第二搅拌桨；所述信号源通过射频线缆与发射天线连接，且发射天线口面背对工作区，以避免直射工作区；所述频谱仪通过射频线缆与工作区连接；所述控制端通过控制线分别与信号源、频谱仪、第一搅拌桨、第二搅拌桨连接。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种线缆屏蔽效能测量方法，采用上述的测量装置进行，包括以下步骤：

步骤S100：将匹配负载通过射频线缆与频谱仪连接，完成一次频点测量，测量结果记为P

步骤S200：将待测线缆的一端连接匹配负载，且另一端通过射频线缆与频谱仪连接，完成一次频点测量，测量结果记为{P

步骤S300：判断是否P

步骤S400：将一个屏蔽校准件的一端连接匹配负载，且另一端通过射频线缆与频谱仪连接，完成一次频点测量，测量结果记为{P

步骤S500：更换屏蔽校准件，且将新的屏蔽校准件的一端连接匹配负载，另一端通过射频线缆与频谱仪连接，完成一次频点测量，测量结果记为{P

步骤S600：按照以下公式计算待测线缆的屏蔽衰减：

a

a

a

其中，a

a

a

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S300和步骤S400中的两个屏蔽校准件，其中一个屏蔽校准件的屏蔽衰减值大于待测线缆的屏蔽衰减值，另一个屏蔽校准件的屏蔽衰减值小于待测线缆的屏蔽衰减值。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述频点测量包括以下步骤：

步骤A1：通过控制端使第一搅拌桨、第二搅拌桨转到一个位置；

步骤A2：通过控制端设定信号源特定的频率、功率；

步骤A3：通过控制端控制频谱仪接收到以步骤A2中设置的频率为中心的一个扫频带宽内的峰值电平，记为P

步骤A4：重复步骤A2-步骤A3，遍历所有需要测量的频点{P

步骤A5：重复步骤A1-步骤A4，遍历所有需要测量的第一搅拌桨、第二搅拌桨的桨叶位置，取每个频点测量结果的最大值，得到{P

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种不确定度评定方法，采用上述的方法进行，包括频谱仪游标电平读数准确度、接收线缆的稳幅特性、混响室工作区的均匀性、测量重复性引入的不确定度分量u

其中：c为灵敏度系数；

扩展不确定度为：

U＝k*u

其中，k＝2。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述频谱仪游标电平读数准确度引入的不确定度分量u

其中，Δ为在测量频段测量电平范围内的电平读数的最大允许误差；

或者频谱仪游标电平读数准确度引入的不确定度分量u

u

其中U

为了更好地实现本发明，进一步地，所述频谱仪游标电平读数准确度引入的不确定度的灵敏度系数为1.23。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述接收线缆的稳幅特性引入的不确定度分量u

其中，Δ为测量频段内的最大变化量；

混响室工作区的均匀性引入的不确定度分量u

u

其中，FU为场均匀性指标；

测量重复性引入的不确定度分量u

至少完成8次线缆屏蔽效能测量，得到若干组测量值{a

为了更好地实现本发明，进一步地，所述接收线缆的稳幅特性、混响室工作区的均匀性、测量重复性引入的不确定度的灵敏度系数均为1。

本发明的有益效果如下：

(1)在线缆屏蔽效能测量装置中，明确了DUT在工作区中进行测量，充分利用工作区场均匀性好的优点，使得测量结果的波动性更小；匹配负载放在混响室内，相较于匹配负载放置于混响室外，减少了一根射频连接线缆，很大程度上降低了连接线缆的泄露对测试结果的影响；

(2)在线缆屏蔽效能测量装置中，去除了参考天线，降低系统复杂度的同时提升了测量的准确性。一方面参考天线如果放在工作区，会对工作区的电磁场有扰动；另一方面，参考天线的接收功率与DUT的接收功率相差较大，会跨越频谱电平测量较大的测量范围，对频谱的线性度要求较高；

(3)本发明采用校准件为参考的比较法测量，校准件的屏蔽效能稳定，并且与待测线缆的屏蔽衰减值接近，使得频谱读数的电平范围比较集中，更容易获得相对准确的测量结果，具有较好的实用性；

(4)本发明可以定制一系列不同屏蔽衰减的校准件，并选用两个校准件作为参考进行比较法测量，使待测线缆的屏蔽衰减值尽量接近两个校准件的屏蔽衰减值，两次测量结果的平均值作为最后的测量结果，增加了测量结果的稳定性和可靠性；

(5)本发明通过测量结果的不确定度分析，使得测量结果更加合理可靠，具有较好的实用性。

附图说明

图1为现有基于混响室的屏蔽效能测量装置的原理框图；

图2为现有屏蔽效能校准件的结构示意图；

图3为本发明基于混响室线缆屏蔽效能测量装置的原理框图；

图4为不同孔径d、孔厚度t以及孔数量v的校准件的屏蔽衰减曲线；

图5为本发明线缆屏蔽效能测量方法的流程图；

图6为基于混响室的频点测量的流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种线缆屏蔽效能测量装置，如图3所示，装置的连接关系如下：

①信号源通过穿墙射频线缆，与发射天线相连，发射天线口面朝向搅拌桨或墙壁方向，避免直射工作区；

②待测线缆(DUT)、匹配负载、屏蔽校准件放置在工作区内，通过穿墙射频线缆与频谱仪连接；

③计算机通过控制线分别与信号源、频谱仪、搅拌桨连接。

如图6所示，所述线缆屏蔽效能测量装置的工作方式如下：

1)计算机控制搅拌桨转到一个位置；

2)计算机控制信号源设定特定的频率、功率；

3)计算机控制频谱仪接收到上一步设置频率为中心的一个扫频带宽内的峰值电平，记为P

4)重复2)～3)步，遍历所有需要测量的频点{P

5)重复1)～4)步，遍历所有需要测量的桨叶位置，取每个频点测量结果的最大值，{P

在线缆屏蔽效能测量装置中，明确了DUT在工作区中进行测量，充分利用工作区场均匀性好的优点，使得测量结果的波动性更小；匹配负载放在混响室内，相较于匹配负载放置于混响室外，减少了一根射频连接线缆，很大程度上降低了连接线缆的泄露对测试结果的影响。其次，装置去除了参考天线，降低系统复杂度的同时提升了测量的准确性，具有较好的实用性。

实施例2：

一种线缆屏蔽效能测量方法，采用上述的测量装置进行，如图5所示，包括以下步骤：

1)首先将匹配负载与接收端的射频线缆连接，完成上述“工作方式”的一次测量，测量结果记为P

2)将待测线缆一端连接匹配负载，另一端连接接收端的射频线缆，完成上述“工作方式”的一次测量，测量结果记为{P

3)将校准件一端连接匹配负载，另一端连接接收端的射频线缆，完成上述“工作方式”的一次测量，测量结果记为{P

4)换另一个校准件，将校准件一端连接匹配负载，另一端连接接收端的射频线缆，完成上述“工作方式”的一次测量，测量结果记为{P

5)按照如下公式进行计算屏蔽衰减：

a

a

a

其中，a

优选地，关于校准件的选择，通常选取与线缆本身屏蔽衰减值相近的两个校准件用于测量和计算，理想的情况是，一个校准件屏蔽衰减值大于线缆屏蔽衰减值，另一个校准件的屏蔽衰减值小于线缆的屏蔽衰减值。对于线缆的屏蔽没有先验知识的情况，可以先选取少量频点，对线缆进行粗略扫描，确定其大概范围后，选择合适的校准件，再进行精细扫描和测量计算。

优选地，需要注意的是，P

如图2所示，校准件的采用IEC 61726-1999附录中的空气线打孔的模型，根据孔径、孔厚度以及孔数量等参数，定制一系列不同屏蔽衰减值的校准件。如图4所示，根据待测线缆的屏蔽量值可以选取相近的两种参数配置的校准件，用于比较测量。本发明可以定制一系列不同屏蔽衰减的校准件，并选用两个校准件作为参考进行比较法测量，使待测线缆的屏蔽衰减值尽量接近两个校准件的屏蔽衰减值，两次测量结果的平均值作为最后的测量结果，增加了测量结果的稳定性和可靠性。

本发明采用校准件为参考的比较法测量，校准件的屏蔽效能稳定，并且与待测线缆的屏蔽衰减值接近，使得频谱读数的电平范围比较集中，更容易获得相对准确的测量结果，具有较好的实用性。

实施例3：

一种不确定度评定方法，如图5所示，基于上述的线缆屏蔽效能测量方法进行，对于每一个频点，测量屏蔽衰减值都需要测量至少三个量：P

1)频谱仪游标电平读数的准确度；

2)接收线缆的稳幅特性；

3)混响室工作区的均匀性；

4)测量重复性。

分析各个分量引入的不确定：

a.由频谱仪游标电平读数准确度引入的不确定度分量u

可以查询频谱仪的厂家指标，得到在测量频段测量电平范围内的电平读数的最大允许误差ΔdB，按照均匀分布计算该不确定度分量；

或者，根据频谱仪的计量报告，获取频谱仪游标电平的读数不确定度U

u

测量三个量P

总的灵敏度系数为

b.接收线缆的稳幅特性引入的不确定分量u

在测量过程中，需要进行负载、待测线缆、校准件的连接测试，会改变接收线缆的状态，对幅值产生波动影响。通过矢量网络分析仪测量该线缆的S21，通过对线缆弯折、盘绕、移动等操作，观察幅值的变化，取测量频段内的最大变化量ΔdB，按照均匀分布计算该不确定度分量；

c.混响室工作区场均匀性引入的不确定分量u

需要对矩形工作区的八个定点分别放置场强探头，测量随桨叶变化的场强值，按照IEC61000-4-21进行场均匀性的计算，得到场均匀性指标为FUdB，则

u

d.测量重复性引入的不确定分量u

按照前述的“工作方式”“测量方法”至少完成8次完整的线缆屏蔽测量，得到{a

e.最终得到，合成不确定度：

扩展不确定度

U＝ku

优选地，如表1所示，汇总各个分量。

表1

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。