測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗的三同軸法的綜述

韓沛岑，馬偉澤，陳 曦，劉 妍

（中國(guó)商飛上海飛機(jī)制造有限公司航研所，上海 201324）

測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗的三同軸法的綜述

韓沛岑，馬偉澤，陳 曦，劉 妍

（中國(guó)商飛上海飛機(jī)制造有限公司航研所，上海 201324）

表面轉(zhuǎn)移阻抗是評(píng)價(jià)屏蔽層屏蔽性能的重要參數(shù)，介紹了三同軸測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗的基本原理，即將影響屏蔽層性能的電磁場(chǎng)用等效的表面電流和表面電荷代替，使用三同軸裝置構(gòu)建內(nèi)外回路。同時(shí)介紹了三同軸測(cè)量裝置的3種具體使用方法，包括截止頻率的計(jì)算。

表面轉(zhuǎn)移阻抗；三同軸；截止頻率

0 引言

表面轉(zhuǎn)移阻抗是評(píng)價(jià)屏蔽層屏蔽性能的重要參數(shù)，三同軸法測(cè)量屏蔽層表面轉(zhuǎn)移阻抗，已廣泛應(yīng)用在航空電纜屏蔽層EMC和線束屏蔽套EMC的測(cè)試中[1,2]。目前使用較多也較成熟的標(biāo)準(zhǔn)是IEC62153-4-3（Edition2.0）：2013[3]，同時(shí)，包含諸多技術(shù)細(xì)節(jié)的IEC62153-4-1（Edition2.0）：2010[4]也是協(xié)助理解和應(yīng)用三同軸方法的標(biāo)準(zhǔn)。三同軸法將影響屏蔽層性能的電磁場(chǎng)用等效的表面電流和表面電荷代替，使用三同軸裝置構(gòu)建內(nèi)外回路。由于三同軸方法將復(fù)雜的電磁感應(yīng)機(jī)理轉(zhuǎn)化為電路參數(shù)，因此測(cè)試結(jié)果可重復(fù)性好。

1 三同軸法原理

通常認(rèn)為，當(dāng)屏蔽電纜的直徑遠(yuǎn)小于電纜長(zhǎng)度和感應(yīng)電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)時(shí)，外部場(chǎng)和內(nèi)部場(chǎng)的耦合是微弱的。屏蔽層表面的電磁場(chǎng)由兩部分疊加形成，即外部電磁場(chǎng)和電纜本身產(chǎn)生的電磁場(chǎng)兩個(gè)部分，如圖1所示。屏蔽層表面的電磁場(chǎng)即為電纜的耦合源：電場(chǎng)通過(guò)電容耦合滲入屏蔽層孔隙，磁場(chǎng)通過(guò)電感耦合滲入屏蔽層孔隙。另外，屏蔽層本身是有電阻的。

通過(guò)圖1可以得到：

圖1 屏蔽層表面的電磁場(chǎng)[4]

其中，J為表面感應(yīng)電流密度，單位為（A/m），σ為表面感應(yīng)電荷密度，單位為（C/m2），0ε和rε表示自由空間介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)。因?yàn)槠帘螌颖砻娴碾姶艌?chǎng)和表面電流與電荷息息相關(guān)，也就是說(shuō)和（J，σ）是等價(jià)的。因此，耦合到電纜的電磁場(chǎng)可以通過(guò)在屏蔽層上注入表面電流和電荷來(lái)產(chǎn)生和模擬。因?yàn)殡娎|直徑相對(duì)很小，因此高階模態(tài)可以忽略，并且可以用額外的外同軸導(dǎo)體作為注入裝置，如圖2所示。

圖2 外電路注入電流的三同軸裝置定義[4]

其中，(1)為外電路，由外部同軸管和屏蔽層組成，特征阻抗為Z1，(2)為內(nèi)電路，由屏蔽層和電纜中心導(dǎo)體組成，特征阻抗為Z2。

Z1n和Z1f為電路(1)近端和遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻，同理Z2n和Z2f為電路(2)近端和遠(yuǎn)端的負(fù)載電阻。

注：D1＜＜L。

也可以在內(nèi)電路注入電流，如圖3所示。

圖3 外電路注入電流的三同軸裝置定義[3]

圖3與圖2標(biāo)注不同，(1)表示內(nèi)電路，(2)表示外電路。圖2和圖3中轉(zhuǎn)移阻抗均可以定義為：

圖4是IEC62153-4-3:2013中規(guī)定的三同軸裝置。

圖4 三同軸測(cè)量裝置[3]

該裝置的等效電路如圖5所示。

圖5 三同軸裝置等效電路

2 三種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法

2.1 A方法

方法A（如圖6所示）采用圖3的內(nèi)回路電流注入方式，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，轉(zhuǎn)移阻抗可以由網(wǎng)絡(luò)分析儀的S21參數(shù)轉(zhuǎn)化表示。

圖6 三同軸測(cè)試A方法[3]

其中ZG和ZR為信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)的阻抗，通常采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同時(shí)作為信號(hào)源和接收機(jī)，因此認(rèn)為ZG=ZR=Z0，Z0通常為50Ω。圖6中Z1=R1，即R1為內(nèi)電路的特征阻抗。式(5)可以簡(jiǎn)化為：

通常認(rèn)為S參數(shù)以對(duì)數(shù)的形式給出，同時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在使用前進(jìn)行了校準(zhǔn)。此時(shí)式(6)可以寫(xiě)成：

其中，ameas=20log10(S21)。

為了得到更寬的截止頻率：

由于轉(zhuǎn)移阻抗屬于低頻參數(shù)，所以A方法的截止頻率[3]為：

從式(8)可以看出，耦合長(zhǎng)度越長(zhǎng)，截止頻率越低。

2.2 B方法

圖7 三同軸測(cè)試B方法[3]

方法B（如圖7所示）采用圖3的內(nèi)回路電流注入方式，根據(jù)式(5)和式(6)得到：

其中，ameas=20log10(S21)。

由于轉(zhuǎn)移阻抗屬于低頻參數(shù)，所以B方法的截止頻率[3]為：

2.3 C方法

圖8 三同軸測(cè)試C方法[3]

方法C（如圖8所示）又稱(chēng)短路法，采用圖2的外回路電流注入方式，根據(jù)式(5)和式(6)得到：

其中，ameas=20log10(S21)。

由于轉(zhuǎn)移阻抗屬于低頻參數(shù)，所以C方法的截止頻率為[3]：

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了三同軸測(cè)量表面轉(zhuǎn)移阻抗的基本原理，即將影響屏蔽層性能的電磁場(chǎng)用等效的表面電流和表面電荷代替，使用三同軸裝置構(gòu)建內(nèi)外回路。同時(shí)介紹了三同軸測(cè)量裝置的3種具體使用方法。三同軸法將樣件置于封閉的殼體內(nèi)，一般的電磁環(huán)境對(duì)結(jié)果影響不明顯。

[1] EN 4674-003:2015[S].erospace series-Electrical cables, installation-Self-wrapping shielding (EMI) protective sleeve.Part 003:Open sleeve-Inside pressurized area-EMI protection 5 kATemperature range- 65°C to 200°C- Product standard.

[2] EN 4674-004:2015[S].Aerospace series — Electrical cables, installation-Self-wrapping shielding (EMI) protective sleeve. Part 004: Open sleeve-Outside pressurized area-EMI protection 10 kATemperature range-65°C to 200°C-Product standard.

[3] IEC 62153-4-3,Edition 2.0 2013-10[S].Metallic communication cable test methods –Part 4-3:Electromagnetic compatibility(EMC)-Surface transfer impedance-Triaxial method.

[4] IEC/TR 62153-4-1,Edition 2.0 2010-05[S].Metallic communication cable test methods-Part 4-1:Electromagnetic compatibility (EMC) -Introduction to electromagnetic(EMC)screening measurements.

A review on triaxial method of measuring surface transfer impedance

HAN Pei-cen, MA Wei-ze, CHEN Xi, LIU Yan

V261

：A

1009-0134(2017)03-0072-03

2016-12-05

韓沛岑（1986 -），女，江蘇徐州人，工學(xué)碩士，主要從事民用飛機(jī)集成測(cè)試技術(shù)。