多种壁纸的电波穿透损耗测量

周 峰，卜振钊，马 蓁，高 峰，刘健哲，苑斌斌，余雪飞

（1.中国信息通信研究院， 北京 100191； 2.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；3.北京邮电大学网络体系构建与融合北京市重点实验室，北京 100876）

多种壁纸的电波穿透损耗测量

周 峰1，卜振钊2，马 蓁3，高 峰3，刘健哲1，苑斌斌1，余雪飞1

（1.中国信息通信研究院， 北京 100191； 2.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；3.北京邮电大学网络体系构建与融合北京市重点实验室，北京 100876）

目前，广泛应用的壁纸已成为影响室内分布式系统覆盖的重要因素。针对不同壁纸材料的穿透损耗测试数据匮乏的问题，采用屏蔽室开窗法对0.831～2.661 GHz频段上无线通信常用频点电磁波通过不同种类壁纸材料的穿透损耗进行测量。测量材料包括金箔壁纸、银箔壁纸、PVC壁纸和纯纸壁纸。其中银箔壁纸在某频点上有超过40 dB的穿透损耗。测试结果表明，对于不同壁纸的电波穿透损耗，材料是影响穿透损耗的本质原因，材料含有的金属物质对穿透损耗影响较大。

壁纸；穿透损耗；测量

引言

当前世界处于无线信息时代，无线数据传输作为互联网和移动终端通信的桥梁其传播效能则显得尤为重要，而室内数据业务则占据了总数据业务的70 %以上。对比室外无线传输系统较小的室内传输系统，其更容易受到传播环境中的建筑材料等障碍物的阻挡和屏蔽等影响，因此对室内分布式覆盖系统中的电波传播具有非常高的研究价值。

壁纸作为一种墙面装饰材料，色彩丰富，花色繁多，风格迥异，兼顾装饰性和艺术性，具有涂料等其他墙面装饰材料难以比拟的优势。因此壁纸被广泛应用于各类场所的室内装修中，如酒店、办公室、住宅和各类娱乐场所。

金属质感壁纸采用金银铜等金属色彩作为主色，使用真空镀膜等工艺，结合印花压花程序，在壁纸表面形成金属材料的鎏金质感。主要特点反光性好，价值较高，具有光亮的金属色泽[1]。

因此，对于室内分布式系统下的短距离通信，必须考虑电波穿透不同壁纸材料的穿透损耗，目前，对于不同壁纸材料的穿透损耗是缺乏充分的测量数据的。

而方法类似的研究有：伊拉克学者穆罕默德Y.E测量了2 m×1.2 m×12 mm的玻璃在2.4 GHz频段上17个频点的穿透损耗，笔者所在科研团队测量了多种玻璃在移动通信频段的穿透损耗[2～3]。

为此，本文选取了无线通信频段0.831～2.661 GHz上22个常用的频点进行测量研究。这22个频点覆盖了包括GSM、TD-SCDMA以及TD-LTE频段在内的大部分通信频段。

1 测量方法

测试采用Agilent E8267D矢量信号发生器产生连续波信号，并将信号发生器输出连接功率放大器使得输出功率达到33 dBm并连接使用三脚架固定的接喇叭口天线；接收端使用同型号喇叭口天线连接Agilent N9030A频谱分析仪接收被测信号。极化方式均选取垂直极化方式。收发天线口面间距为2 m，收发天线口面中心距离地面均为1.5 m。

测试选取四种壁纸材料进行穿透损耗测量，分别为金箔壁纸、银箔壁纸、PVC壁纸和纯纸壁纸。其中金箔和银箔壁纸的表面纹理如图1、图2所示。

仿照文献[4]中提出的屏蔽室“开窗法”对四种壁纸的穿透损耗进行测量。在屏蔽室门处架设宽度略大于屏蔽门的塑钢框架，框架与门之间的空间部分使用屏蔽布遮盖以去除绕射的影响，如图3。使用的专用屏蔽布是射频段穿透损耗超过40 dB。需测量的材料完全覆盖在框架上，每次进行测试时更换框架上的材料即可。如图4所示。接收天线与发射天线分别放置于屏蔽室内外，并使得收发天线均与被测材料距离相等。

图1 金箔壁纸表面纹理

图2 银箔壁纸表面纹理

图3 屏蔽室开窗法测试场景

在测试实验中，首先进行参考功率的测量，调整收发天线使其口面正对，并移除直射路径上的障碍物，测量不同频点的接收功率得到参考功率，如图3。参考功率测定后，仅将不同壁纸材料完整覆盖于塑钢框架（如图4）。

2 测量结果

图4 使用屏蔽室开窗法测试银箔壁纸穿透损耗

表1 接收功率测量值

参考功率和不同壁纸材料阻碍时的接收功率如表1所示。

对表1中实验数据进行处理，用同频率的参考功率减去不同壁纸材料阻碍时的接收功率即得到相应的穿透损耗（dBm量纲），如表2所示。

为直观分析，将表2中各种材料的穿透损耗数据作图，如图5所示。

从图5可以看出，金箔壁纸和银箔壁纸的穿透损耗在25 dB左右，而PVC、纯纸这类绝缘介质材料壁纸其穿透损耗在0 dB左右。

电磁屏蔽理论指出[5]： 高电导率材料可有效屏蔽电场，但是测量发现金箔和银箔壁纸其表面电导率是很低的，如图6进行测量，发现其表面几乎是绝缘的（电阻超过万用表量程），使用万用表探针刺破壁纸表面进行测量，结果类似。

表2 穿透损耗测量值

图5 不同壁纸材料穿透损耗测量值

图6 用万用表测量壁纸的表面电阻

图7 对壁纸进行燃烧试验

对金箔、银箔壁纸进行燃烧试验（如图7所示），发现材料可燃，燃烟具有刺鼻气味，燃烧后产生的灰烬呈粉末状，其中没有呈颗粒状、片状或者块状的金属物质。

从表面电阻率测量来看，本次试验所用金、银箔壁纸不具备完整的片状金属组织结构。从燃烧试验看，金银箔壁纸可能参杂有机材料。文献[6]指出很多金属质感壁纸并非使用完整的金属单质薄膜制作，而是使用电沉积工艺制备纳米晶合金箔，是一种成分复杂的材料。

3 测试分析

由图5金箔和银箔壁纸的测量曲线可知其穿透损耗与频率之间并无严格的单调递增关系并且会出现一定的波动，但是穿透损耗在高频段高于低频段。本文根据电磁屏蔽体的特性和规律针对这种非穿透损耗非严格单调递增的现象做出了说明解释。电磁体的屏蔽作用包括吸收屏蔽和反射屏蔽两部分，计算公式如（1）所示[5]：

其中，γ为涡流系数，t为屏蔽体厚度，N为介质波阻抗与屏蔽体波阻抗之比。

屏蔽体内的涡流热损耗引起吸收屏蔽，分析Sn的计算公式中可以得出吸收屏蔽效能与频率以及屏蔽体越厚度成正比。而由S0的计算公式可以得出S0在1至0范围内随频率的增大而迅速变化，屏蔽效果在Sn为0时达到理论最好状态，如图8(a)所示。

图8 吸收屏蔽(Sn)和反射屏蔽(S0)随频率而变化的情况

反射屏蔽决定于屏蔽物的材质与包围屏蔽物的介质两者波阻抗特性的不一致程度。随着涡流系数和屏蔽体厚度的变化，S随着的波动变化也作波0动变化，如图8(b)。

电磁屏蔽体（本文中为不同的壁纸材料）穿透损耗受到反射屏蔽的波动化和吸收屏蔽的单调下降共同影响从而产生了随着频率增加而递增的趋势，但是由于伴随波动从而 产生非严格递增的现象。

表2中的测试数据中可以发现纯纸壁纸和PVC壁纸的穿透损耗值出现了负值，这是由于本次测试实验处于非完全开阔的区域，喇叭天线的发射信号与周围的墙壁或其他物体会产生多次反射现象。接收功率在多径的环境中受到复杂的影响，如果障碍物能够有效阻挡相对于主径分量的反相多径分量，那么就有可能使得接收电平不降反升（相对于无障碍物的情形）。

4 结论

实验测试表明，纯纸壁纸和PVC壁纸在0.831～2.661 GHz的移动通信频点上的穿透损耗较小，从统计意义上看接近0 dB。而金箔和银箔壁纸的穿透损耗较大，在25 dB左右。这就有可能造成这样的现象：某建筑室内在装修前无线信号覆盖很好，在采取贴壁纸等装修措施后，电平分布会发生较大变化，会产生信号盲区。这就需要在覆盖设计时充分考虑装修方案，将壁纸等因素作为无线传播环境的一个组成部分。

当然，类似的含金属壁纸可对外封锁内部Wi-Fi等无线信号，对于防止信息泄露和“蹭网”，都是有利的。

传统上认为壁纸的穿透损耗小，本次测量数据有利于深化、拓展原有的认识。测量和分析常见壁纸材料的穿透损耗值对室内无线信号的覆盖设计具有一定的参考意义。

[1] 单文婷.中国壁纸行业的现状及未来发展分析[D] ： [硕士学位论文].北京：对外经济贸易大学, 2014.

[2] 穆罕默德·Y·E，阿朴杜拉·A·S，刘元安.室内2.4 GHz频率上穿透损耗的测量[J].北京邮电大学学报, 2004, 27(2)：98-102+112.

[3] 马蓁,卜振钊,潘翔,高泽华,周峰,高峰,刘健哲.多种玻璃材料的电波穿透损耗测量[J].现代电信科技, 2014(12)： 32-36.

[4] 伏广伟,湛权,王瑞,杨金纯. 防电磁辐射服装暴露面积对其屏蔽效能的影响[J]. 纺织学报, 2009,(12)：103-107.

[5] 高攸纲.屏蔽与接地[M].北京：北京邮电大学出版社, 2004：29-32.

[6] 邓姝皓,龚竹青,易丹青，等.电沉积制备铁-镍-铬纳米晶合金箔工艺的正交设计[J].中南大学学报(自然科学版), 2005(06)： 938-943.

周峰，男，籍贯宁夏，泰尔实验室高级工程师，博士毕业于北京邮电大学，主要研究方向为无线电计量测试与电磁兼容技术。

卜振钊，男，籍贯北京，中国移动通信集团设计院有限公司北京分公司工程师，本科，主要从事室内覆盖系统设计工作。

马蓁，女，籍贯陕西西安，硕士研究生，主要研究方向为移动通信。

高峰，男，籍贯黑龙江齐齐哈尔，北京邮电大学博士，主要研究方向为移动通信与宽带无线接入技术。

刘健哲，男，籍贯陕西西安，泰尔实验室工程师，硕士毕业于电信科学技术研究院，主要研究方向为无线电计量测试与数字信号处理技术。

Measurement of Penetration Loss of Wall-coverings

ZHOU Feng1, BU Zhen-zhao2, MA Zhen3, GAO Feng3, LIU Jian-zhe1, YUAN Bin-bin1, YU Xue-fei1
（1. China Academy of Information and Communication Technology, Beijing 100191; 2. China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080; 3. Beijing Key Laboratory of Network System Architecture and Convergence Beijing University of Posts and Telecommunication, Beijing 100876）

Currently, the extensive application of wall-coverings materials has become an important factor of impact of indoor distribution system. In view of the current lack of penetration loss test data, different types of wall-coverings material penetration loss are measured by using fenestration in a shielding room on the 0.831～2.661 GHz frequency band. Materials under measurement including gold foil wall-covering, silver foil wall-covering, PVC wall-covering and pure paper wall-covering. The penetration loss of silver foil wall-covering in a frequency point is over 40 dB. The test results show that material is the essential reason of the penetration loss; and metal containing in the material affects the penetration loss seriously.

wall-coverings; penetration loss; measurement

TN92

A

1004-7204（2015）04-0055-05

国家自然科学基金项目(No.61271120/F010508)。国家科技支撑计划项目(No. 2014BAK02BO2，No. 2014BAK02BO5)。国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”项目2015ZX03001011-002。