一種基于串?dāng)_理論的線纜護套屏蔽效能測試方法

宋世千

摘要：設(shè)計了一種基于串?dāng)_理論的線纜護套屏蔽效能的測試方法，試驗布置接近線纜護套的實際應(yīng)用狀態(tài)。根據(jù)測試結(jié)果分析了屏蔽護套不同接地方式對線纜間感性耦合、容性耦合的影響，試驗結(jié)果可為在實際工程中抑制線纜串?dāng)_提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：串?dāng)_；屏蔽效能；測試

Shielding Effectiveness Testing Method for

Shielding Sheath of Cables Based on Crosstalk Theory

SONG Shiqian

Abstract：A shielding effectiveness testing method based on crosstalk theory is designed for shielding sheath， which provides a measurement of sheath shielding effectiveness in real working conditions with more accuracy. The influence of different sheath grounding method on inductive coupling and capacitive coupling between cables is analyzed according to the test results. Testing and analysis of the conclusions provided the basis for the inhibition of the cable crosstalk in the actual engineering.

Key words：Crosstalk； Shielding effectiveness； Testing

引言

現(xiàn)有的大型機電設(shè)備上上，電氣、電子設(shè)備及互聯(lián)線纜種類繁多，工作電磁環(huán)境復(fù)雜，運行中會出現(xiàn)大量電磁干擾問題，對設(shè)備的正常運行造成潛在威脅。因此列車上的各設(shè)備均須嚴(yán)格的電磁兼容（EMC）認(rèn)證。但實際工程中，一臺獨立進行EMC測試時合格的設(shè)備通過電纜連接后，工作時仍然會出現(xiàn)電磁干擾的問題，這是由于電纜在一定電磁環(huán)境下成為了高效的電磁波接收和輻射天線，同時也是干擾傳導(dǎo)的良好通道[1]。為了抑制電纜對電磁波的接收和輻射，最常見的工藝是采用屏蔽護套進行包裹。這一工藝措施的有效性，往往通過對屏蔽護套材料的屏蔽效能測試，如窗口法測試[2][3]進行說明。但上述實驗得到的是材料本身對電磁波屏蔽的性能，并不符合屏蔽護套的實際工作狀態(tài)。因此設(shè)計本實驗旨在測試線纜屏蔽護套在實際工作狀況下的性能。

1 測試原理

采用屏蔽護套的目的一般是為了抑制線束、線纜之間的串?dāng)_。串?dāng)_被認(rèn)為是兩線間的感性耦合與容性耦合的疊加。對于低阻抗負(fù)載（高電流、低電壓）感性耦合與容性耦合相比占主導(dǎo)地位；對于高阻抗負(fù)載（低電流、高電壓）容性耦合與感性耦合相比占主導(dǎo)地位[4]。

本實驗采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀向發(fā)射回路注入信號，并從接收回路接收。實驗原理圖見圖1。

從上述結(jié)果可以看出，以屏蔽護套浮地時的測試結(jié)果為基準(zhǔn)，將護套單點接地即可一定程度上抑制容性耦合；而感性耦合必須通過雙點接地進行抑制。容性耦合通過線纜之間的互電容進行耦合，外包裹的屏蔽護套至少有一點接地時，回路之間的電場線從發(fā)射回路開始終止于屏蔽層，而不是接收回路。對于感性耦合，發(fā)射線纜上的電流周圍產(chǎn)生的磁場在接收回路的“屏蔽層——地”回路上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)楞次定律，該電動勢產(chǎn)生的電流，流經(jīng)回路產(chǎn)生的磁通會一定程度上抵消發(fā)射線纜產(chǎn)生的磁通，從而抑制感性耦合，而單點接地并不能形成上述的“屏蔽層——地”回路，因此無法消除感性耦合。

感性耦合的測試結(jié)果（圖5和圖7）也證明，屏蔽護套單點接地時，由于無法抑制感性耦合，測試曲線與浮地數(shù)據(jù)接近；而雙點接地能有效消除感性耦合，故串?dāng)_降低到了-70dB以下。同時，從屏蔽效能曲線上也能看出，雙點接地屏蔽感性耦合的效能在低頻段呈現(xiàn)約20dB/10倍頻程的關(guān)系。屏蔽效能曲線存在拐點（圖7中為20MHz處），該轉(zhuǎn)折點的頻率受屏蔽護套材料的分布電阻和分布電容影響[4]。

容性耦合的測試結(jié)果（圖6和圖8）表明，當(dāng)屏蔽護套單端接地時，由于容性耦合已能得到有效的抑制，因此單點和雙點接地的測試曲線都接近儀器底噪聲。而當(dāng)頻率升高時，單點接地的屏蔽效能急劇下降，而雙點接地仍能保持20dB以上的屏蔽效能。這是由于有效抑制容性耦合是在屏蔽層與地之間的屏蔽電壓為零的前提下實現(xiàn)的。這一方面要求護套屏蔽層上各處電位差為零，另一方面也要求屏蔽層與地之間無電位差。對于電短傳輸線，將護套任何一端接地即可滿足。隨著電長度的增加，必須增加接地點。測試結(jié)果中，容性耦合的曲線在高頻段出現(xiàn)較大的振蕩即與接地點數(shù)較少有關(guān)。

這一問題，可用圖9的結(jié)果說明，采用類似的實驗裝置，測量四個接地點時的容性耦合，與雙點接地的結(jié)果進行比較：

可以看出，四點接地較兩點接地對容性耦合的屏蔽效能有一定提升。

僅從測試結(jié)果看出，屏蔽護套多點接地對于抑制線纜間串?dāng)_有明顯的優(yōu)越性，這是由于多點接地時要求屏蔽電壓為零這一前提在實驗室內(nèi)較易得到保證。但實際工程中由于電磁環(huán)境復(fù)雜，意外狀況（脈沖、過流、雷擊等）較多，這一前提很難滿足。另一方面實際的串?dāng)_為感性和容性成分的混合，單點接地雖然不能抑制感性耦合，但能抑制實際串?dāng)_中的容性耦合成分。因此對于電長度并不是很長（以十分之一波長為限）的屏蔽線纜，現(xiàn)有布線規(guī)范仍有相當(dāng)一部分規(guī)定屏蔽護套應(yīng)單點接地。

小結(jié)

本文介紹一種模擬實際工作狀態(tài)的測量線纜護套屏蔽效能的方法，試驗布置接近屏蔽護套的實際應(yīng)用狀態(tài)。根據(jù)測試結(jié)果分析了屏蔽護套不同接地方式對屏蔽效能的影響。

參考文獻(xiàn)：

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