本文是学习GB-T 35033-2018 30MHz~1GHz电磁屏蔽材料导电性能和金属材料搭接阻抗测量方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了电磁屏蔽材料导电性能和金属材料搭接阻抗测量要求、测试系统要求、测试系统的校
准和有效性确认、测量方法。
电磁屏蔽材料可以包括,但不限于导电泡棉、簧片、金属丝网、导电布、导电橡胶(屏蔽体本身除
外)等。
本标准适用于30 MHz~1GHz
的频率范围内电磁屏蔽材料导电性能和金属材料搭接阻抗的
测量。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 26667—2011 电磁屏蔽材料术语
GB/T
26667—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了
GB/T 26667—2011 中的一些术语和定义。
3.1
电磁屏蔽 electromagnetic shielding
用导电或导磁材料减少或阻断电磁场向指定区域的传播。
[GB/T 26667—2011,定义2.1.6]
3.2
电磁屏蔽材料 electromagnetic shielding materials
具有减少或阻断电磁场向指定区域传播功能的材料。
3.3
电磁屏蔽材料导电性能 conductive properties of
electromagnetic shielding material
电磁屏蔽材料导电的能力。
注
1 :电磁屏蔽材料可用于填充在两个导电表面之间,以保证屏蔽体的电连续性,其导电性能可以通过对电磁屏蔽
材料阻抗的测量来实现。
注2:
当电磁屏蔽材料用于填充材料放置在两导电表面之间时,如图1所示,图中电磁屏蔽材料的阻抗是上金属表
面与电磁屏蔽材料之间的阻抗 Z、 电磁屏蔽材料固有阻抗 Z2、
下金属表面与电磁屏蔽材料之间的阻抗 Z₃ 三
者的矢量之和。当上下金属与电磁屏蔽材料接触面的特性(例如材料、表面平整度、表面镀层等)固定时,可用
Z 来表达该电磁屏蔽材料导电性能。且材料的导电性能与压缩量(见3.4)有关。
注3: 电磁屏蔽材料导电性能用阻抗Z 表示。
GB/T 35033—2018
上金属表面
style="width:6.44658in;height:2.73988in" />
下金属表面
电磁屏蔽材料阻抗Z =Z₁+Z₂+Z₃
图 1 电磁屏蔽材料的阻抗构成
3.4
电磁屏蔽材料的压缩量 amount of compression for
electromagnetic shielding material
电磁屏蔽填充材料尺寸会由于压缩而减小,在垂直方向上(厚度)压缩后与未压缩的比值。
3.5
阻抗 impedance
Z
交流电压V 与交流电流I 之比(在频率f 时),以复数表示为:Z=V/I,
用以表明针对交流电流的
总阻碍作用;作为如二端口电路,如电感、电容、电阻的一个特性参数。
注:阻抗由电阻R 和电抗X 组成,通常用复数形式表示为:Z=R+jX;
或者可用极坐标表示为: \|Z \|exp(jθ)(绝对
值 \|Z \| 和相位角θ);用作EMC 滤波器件的性能参数;Z 的单位用Ω表示。
3.6
测试电路的阻抗 impedances of the test circuit
未连 DUT 时测试电路的终端阻抗。
3.7
金属材料搭接阻抗 impedance of bonding for
metallic material
两金属材料相互搭接时,接触面之间的阻抗值。
注: 搭接示意图如图2,两金属材料搭接阻抗会随两金属材料之间的搭接状况改变而变化,通常搭接状况与金属材
料表面加工工艺和金属材料类型有关。
style="width:9.79337in;height:3.46676in" />
图 2 两金属材料搭接示意图
3.8
S 参 数 S-parameter
散射参数
GB/T 35033—2018
设备、线缆等。
当被测样品不具有50Ω的阻抗,对阻抗不匹配的DUT,
需要通过必要的验证来确认该测试系统的
有效性。
测试系统校准应按照以下程序进行:
a)
将端口1的电缆按照图6a)的连接方式连接标准校准件,按下校准键按钮,开始校准后选择
50
Ω端口,进入测试校准界面,标准校准件需在开路、短路和匹配三种模式下校准,校准完成
后将标准校准件取下;
b)
矢量网络分析仪的端口1电缆及端口2电缆按照图6b)的连接方式连接,为避免测试电缆及
相关附件对测试结果的影响,测试系统的校准应校准到测量装置的信号注入端口与信号接收
端口。选择矢量网络分析仪的直通模式,曲线显示值为零(即将两条电缆的衰减值归零),校
准完成。
style="width:5.59375in;height:4.79375in" />
a) 标准校准件连接示意图
style="width:5.84722in;height:4.76042in" />
b) 矢量网络分析仪端口电缆连接示意图
注:图中两连接器之间电缆部分为测量装置中安装的同轴电缆。
图6 测试系统校准示意图
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测试系统的有效性应通过对规定阻值(Ω)的测试电路进行一系列的测量来加以确认,如图7所示。
测试A
的测量结果可以表明:当端接50Ω阻抗(测量接收机提供的阻抗)时,射频信号发生器输出
电压是否等于开路电压的一半。
测试 B 的测量结果可以表明:射频信号发生器具有向低阻抗 DUT
是否能够提供足够输出电流的
能力。
测试C 的测量结果可以表明:测量接收机是否具有足够的动态范围。
对于上述的每一项测试,测量结果均应在表1规定的允差范围内。
测量装置
style="width:8.55343in;height:1.8733in" />
测量装置
style="width:8.35991in;height:1.93996in" />R
R₁
测量装置
style="width:8.36006in;height:1.92676in" />R
R₂
说明:
G— 信号发生器;
R— 接收机。
注:G 和 R 可由矢量网络分析仪代替。
图 7 验证测试系统有效性的测试电路框图
表 1 测试系统的有效性确认的条件和要求值
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测试系统应在确认结果满足表1要求的频率范围内使用,此时,V。 是信号发生器
G 的电动势 [e.m.f,单位为伏特(V)];V₂ 是测量接收机的终端电压。 R 和 R2
的值可能会随着频率和 DUT 的不
同而变化。
测试布置示意图见图8。
style="width:4.2801in;height:4.00664in" />网络分析仪
口□
端口1
测量装置
DUT
图 8 测试布置示意图
9.2 电磁屏蔽材料导电性能的测量方法
电磁屏蔽材料导电性能测量步骤包括:
a)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
b)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
c) 将电磁屏蔽材料样品放在上金属片和下金属片之间(见图4);
d) 注入探针从下金属片中心孔伸出来,形成注入回路;
e) 将上屏蔽腔体和下屏蔽腔体固定;
f)
将测量装置压力调为零,并记下此时测试装置上的位移刻度值,此刻度值时代表压缩位移量
为零;
g) 调整电磁屏蔽材料的压缩位移量,并保存S₂ 曲线读值;
h) 根据附录 A 给出的 Z. 的计算公式,计算得出 Zu。
电磁屏蔽材料导电性能测量示例参见附录 C 中 C.1。
金属材料的搭接阻抗的测量过程包括:
a)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
b)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
c) 金属材料样品,应替换图4中的上金属片和下金属片;
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d) 注入探针从下金属片中心孔伸出来,形成注入回路;
e) 将上屏蔽腔体和下屏蔽腔体固定;
f) 施加压力,并保存S₂ 曲线读值;
g) 根据附录A 给出的Z 的计算公式,计算得 Z。
金属材料搭接阻抗测量示例参见附录 C 中 C.2。
试验报告应包括能重现试验的全部信息,应至少包含以下内容:
——测试系统(测量设备和测试装置);
环境条件:温度,湿度等;
— 所选择的校准/确认方法;
——待测样品详尽的描述,如制造商信息和辅助设备的标识(如有),例如商标名称产品型号、序列
号材料、规格;
确保实验进行所需的任何特定条件;
——测量前样品照片,并标注外形尺寸、厚度;
— 测试压力和电磁屏蔽材料的压缩量;
——测试 S₂ 曲线;
——计算结果 Z;
——测试日期和时间;
——测试人员的姓名和职位;
——测试所依据的技术标准和/或规范。
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(规范性附录)
搭接阻抗Z, 的计算公式
A.1 矢量网络分析仪示意图
矢量网络分析仪由信号源、定向耦合器、接收机三部分构成,如图 A.1
所示。信号源发出信号,通
过定向耦合器,通过端口1将信号注入到被测试验,接收机可测量该电路中的各个节点的信号。如果将
接收机连至定向耦合器正向输出(a),则测出注入到样品的信号V;
如果将接收机连至定向耦合器反向
输出端(c),则测出样品反射的信号V。;如果接收机连至端口2(b),
则测出经样品衰减后的信号V。
矢量网络分析仪所测得的 S₂ 为 V, 与 V。之比。
style="width:9.47996in;height:5.2734in" />定向耦合器
信号源
端口1
矢量网络分析仪
a
测量装置
端口2
b
图 A.1 矢量网络分析仪示意图
A.2 搭接阻抗 Z, 的计算公式
电磁屏蔽材料导电性能(即电磁屏蔽材料阻抗)和金属材料的搭接阻抗的测量原理等效电路图如
图 A.2 所示:
style="width:0.96666in;height:0.62678in" />
style="width:4.32006in;height:1.40668in" />
style="width:4.04677in;height:1.37346in" />
style="width:1.53998in;height:0.66in" />
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style="width:7.74001in;height:3.25996in" />Z₁
50(2
AC
k(
明
说明:
Z₁— 信号源的内阻50 Ω;
Z²— 接收机的测试阻抗50 Ω;
Z.——被测样品阻抗(远小于50 Ω);
Vs— 信号源电压。
图 A.2 测量原理等效电路图
由测量原理等效电路图可知,当测试系统阻抗为50Ω时,V。可认为是V、的一半,见式(A.
1):
…… …………… (A.1)
………… ……… (A.2)
将式(A. 1) 和式(A.2) 代入 S2 的计算公式可得式(A.3):
… … … … … … … …(A.3)
通过式(A.3) 的推导可得式(A.4):
…… …………… (A.4)
按图 A.2
原理实现的测量装置,要实现测量界面在测量频段范围内为电小尺寸,若无法实现,则可
在被测样品阻抗前串联50Ω匹配电阻(如图 A.3
所示),以实现被测样品阻抗的测量,该原理所示的测
量装置,其所测得的 S₂ 比图 A.2 原理所示测量装置所测得的 S₂ 小6 dB。
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style="width:7.83333in;height:4.04722in" />
style="width:0.5in;height:0.16654in" />
说明:
Z₁— 信号源的内阻50 Ω;
Z₂— 接收机的测试阻抗50 Ω;
Z、 — 被测样品阻抗(远小于50 Ω);
Vs— 信号源电压。
图A.3 串联50Ω之后测量原理等效电路图
style="width:4.25335in;height:2.5399in" />
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(规范性附录)
测量装置指标校验程序及示例
B.1 概述
本附录 B.2~B.7
规定了测量装置的相关指标的校验程序,包含短路性能、开路性能、压力测试精度
和测量一致性。
B.2 短路性能校验程序
B.2.1 校验目的
短路性能校验的目的,是为了验证上金属板与下金属板直接短路时,测量装置及测量仪器所组成的
测试系统背景噪声足够低。
B.2.2 校验过程
短路性能校验程序应按照以下步骤进行:
a) 按8.2进行测量仪器校准;
b) 直接读取矢量网络分析仪自身的背景噪声并保存;
c) 将短路测试校准件(厚度2 mm, 直径100 mm
的黄铜件,中心位置处开槽,开槽深度1 mm, 开 槽直径4 mm, 见
图B.1)放入屏蔽测量腔体内,代替图4中的上金属片和下金属片,并使得注
入探针处于开槽位置;
注:测试校准件可视为两个厚度为1 mm, 直径100 mm
的黄铜件上下处于理想短路状态。
d)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
e)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
f) 记录测试结果 S₂。
style="width:5.02003in;height:1.22672in" />正视图
style="width:0.19336in;height:0.20658in" /> 10 金属片
俯视图
图 B.1 短路测试用标准件金属样片结构图
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B.2.3 校验结果要求
按照 B.2.2 的校准程序得到测量值与背景值的差值不超过10 dB, 图 B.2 和图
B.3 是短路性能校验
结果的示例。
style="width:9.50671in;height:5.1733in" />差值小于10 dB,校
频率/MIIz
图 B.2 短路性能校验结果符合要求的一个示例
style="width:8.91325in;height:5.10004in" />结果不符合要求
频率/MHz
图 B.3 短路性能校验结果不符合要求的一个示例
B.3 开路性能校验程序
B.3.1 校验目的
开路性能校验的目的是为了验证测量装置中的上金属板与下金属板不直接接触时,测量结果随着
上金属板与下金属板距离的变化而变化(上金属片与下金属片之间产生的寄生电容,容值随距离成反比
关系)。
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B.3.2 校验过程
开路性能校验程序应按照以下步骤进行:
a) 根据8.2进行测量仪器校准;
b) 将厚度为0.2 mm
的开路校准件放入屏蔽测量腔体内,位于上金属片与下金属片之间,测量装
置的注入探针针头需刺破绝缘垫与上金属片接触;
注:开路校准件为直径100 mm, 中间开孔,开孔直径4 mm
的圆形绝缘体,如聚四氟乙烯。
c)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
d)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
e) 调整测量装置的压力部分,使得测试压力为10 N;
f) 读取并保存数据 S2;
g) 按照测试方法 c)~f),用厚度为0.4 mm 的开路校准件替换
c)中的厚度为0.2 mm 的开路校 准件;
h) 按照测试方法 c)~f),用厚度为0.6 mm 的开路校准件替换 c)
中的厚度为0.2 mm 的开路校 准件。
B.3.3 校验结果要求
开路校准件厚度越厚,其上金属板与下金属板的电容值就越小,其容抗就越高,因此,测量得到的
S₂ 就越大。按照B.3.2 的校准程序得到测量值需反应这一规律。图 B.4
是开路性能校验结果的一个
示例。
style="width:10.01332in;height:4.22664in" />
频率/MIIz
图 B.4 开路性能校验结果的一个示例
B.4 电磁屏蔽材料压缩量与导电性能相关性校验程序
B.4.1 校验目的
电磁屏蔽材料压缩量与导电性能相关性校验的目的是为了验证测量装置在测量电磁屏蔽材料导电
性能时,其他测量条件一致的情况下,测量结果随着电磁屏蔽材料压缩量的变化而变化,从而验证电磁
屏蔽材料压缩量与其导电性能的关系。
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B.4.2 校验过程
电磁屏蔽材料压缩量与导电性能相关性校验程序应按照以下步骤进行:
a) 根据8.2进行测量仪器校准;
b) 在屏蔽测试腔体内放置电磁屏蔽材料(本示例样品厚为3 mm, 长为120 mm
的泡棉),位于上 金属片与下金属片之间,位于装置正中心成正方形摆放;
c)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
d)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
e) 调整测量装置的压力部分,使得压缩位移量分别为0.3 mm、l mm、2 mm;
f) 记录在不同压缩位移量下的测量结果 S。
B.4.3 校验结果要求
压缩位移量越大,电磁屏蔽材料与上金属片、下金属片之间的接触面越大,测量得到的
S₂ 就越小。 按照 B.4.2 的校准程序得到测量值需反映这一规律。图 B.5
是电磁屏蔽材料压缩量与导电性能相关性
校验结果的一个示例。
style="width:9.29997in;height:3.69336in" />
频率/MHz
图 B.5
电磁屏蔽材料压缩量与导电性能相关性校验结果的一个示例
B.5 金属材料接触阻抗与压力相关性校验程序
B.5.1 校验目的
金属材料接触阻抗与压力相关性校验的目的是为了验证测量装置在测量金属材料接触阻抗时,其
他测量条件一致的情况下,测量结果随着压力的变化而变化,从而验证金属材料接触阻抗与压力的
关系。
B.5.2 校验过程
金属材料接触阻抗与压力相关性校验程序应按照以下步骤进行:
a) 根据8.2进行测量仪器校准;
b)
将金属材料接触阻抗与压力相关性校验的标准校准件代替图4测量装置中的上金属片和下金
属片;
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注: 金属材料接触阻抗与压力相关性校验的标准校准件厚度为1 mm,
直径100mm 的两种金属件,材质分别
为铜和镍,其中镍材质金属片为下金属片,中心开有直径为4 mm
的孔,铜材金属片为上金属片。
c)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
d)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端诈接
至端口2(见图8);
e) 调整测量装置的压力部分,使得测试压力分别为 ON、10N、20N 压力;
f) 记录在不同压力下的测量结果 S2。
B.5.3 校验结果要求
测试压力越大,上金属片和下金属片间的接触点越多,两者之间测量得到的S₂
越小,按照 B.5.2 的
校准程序得到测量值需反映这一规律,图 B.6
是金属材料接触阻抗与压力相关性校验结果的一个示例。
style="width:8.56003in;height:4.20662in" />
频率/MHz.
图 B.6 金属材料接触阻抗与压力相关性校验结果的一个示例
B.6 电磁屏蔽材料导电性能测量结果一致性校验程序
B.6.1 校验目的
电磁屏蔽材料导电性能测量结果一致性校验的目的是为了验证测量装置在测量同一个样品时,测
量条件一致的情况下,测量结果偏差不超过6 dB。
B.6.2 测试过程
电磁屏蔽材料导电性能测量结果一致性校验程序应按照以下步骤进行:
a) 根据8.2进行测量仪器校准;
b) 在屏蔽测试腔体内放置电磁屏蔽材料(本示例样品厚为3 mm, 长为120 mm
的泡棉),位于上 金属片与下金属片之间,位于装置正中心成正方形摆放;
c)
将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
d)
将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
e) 将测量装置的压力调整为10 N;
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f)重复以上测量过程5次,分别记录测试结果S
B.6.3测试结果要求
按照B.6.2的一致性校验程序得到的测量结果偏差不超过6dB(测量结果最大值与最小值之间的
差值,见图B.8),图B.7是电磁屏蔽材料导电性能测量结果一致性校验的一个示例。
style="width:7.88665in;height:4.66004in" />
频率/MHy
图B.7电磁屏蔽材料导电性能测试结果一致性示例
style="width:8.27998in;height:4.65865in" />
频率/M[Iz
图B.8电磁屏蔽材料导电性能测量结果最大值与最小值之间的差值
B.7金属材料搭接阻抗测量结果一致性校验程序
B .7 . 1校验目的
金属材料搭接阻抗测量结果一致性校验的目的是为了验证测量装置在测量金属材料搭接阻抗时,
测量条件一致的情况下,测量结果偏差不超过6 dB。
B .7 .2测试过程
金属材料搭接阻抗测量结果一致性校验程序应按照以下步骤进行:
style="width:0.19321in;height:0.22682in" />
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a)根据8 . 2进行测量仪器校准;
b)将金属材料接触阻抗一致性校验的标准校准件代替图4测量装置中的上金属片和下金属片;
注:金属材料接触阻抗与压力相关性校验的标准校准件厚度为1mm,直径100
mm的两种金属件,其中上金
属片为铜金属片,下金属片为电解板片,电解板片中心开有直径为4mm的孔。
c)将矢量网络分析仪的两条同轴的其中一条的一端连接至测量装置的信号注入端,另外一端连
接至端口1(见图8);
d)将矢量网络分析仪上两条同轴的另一条的一端连接至测量装置的信号测量端,另外一端连接
至端口2(见图8);
e)将测量装置的压力调整为10N;
{)重复以上测量过程5次,分别记录测试结果s
B.7.3测试结果要求
图B.9是金属材料接触阻抗测量结果一致性校验的一个示例,按照B.7.2的一致性校验程序得到
测量结果偏差不超过6dB(测量结果最大值与最小值之间的差值,见图B.10)。
style="width:9.20667in;height:4.71988in" />
频率/MHz
图B.9金属材料接触阻抗测量结果一致性校验的一个示例
style="width:8.61337in;height:4.1873in" />
频 率 / w :
图B. 10金属材料接触阻抗测量结果最大值与最小值之间的差值
style="width:0.19997in;height:0.19998in" />
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(资料性附录)
电磁屏蔽材料导电性能和金属材料搭接阻抗测量示例
C1电磁屏蔽材料导电性能测量示例
以下是两种电磁屏蔽材料的导电性能测试结果示例,图C.1是一种导电泡棉的导电性能测试结果
示例,图C.2是一种金属簧片的导电性能测试结果示例。
style="width:9.13336in;height:4.47348in" />导电泡棉, 压力10N
频率/MIIz
图c1一种导电泡棉的导电性能测试结果示例
style="width:8.71328in;height:4.52672in" />金 属 簧 片 , 压力10 N
频 率 / M H
图C.2一种金属簧片的导电性能测试结果示例
C.2金属材料搭接阻抗测量示例
以下是两种金属材料搭接阻抗测试结果示例,图C3是电解板和铜的搭接阻抗测试结果示例,
图C.4是彩锌和铜的搭接阻抗测试结果示例。
style="width:0.17999in;height:0.19998in" />
style="width:3.1067in" />
GB/T 35033—2018
style="width:8.09999in;height:4.0667in" />
频率/MHz
图 C.3 电解板和铜的搭接阻抗测试结果示例
style="width:8.12658in;height:4.13336in" />
频率/MIIz
图 C.4 彩锌和铜的搭接阻抗测试结果示例
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