测量表面转移阻抗的三同轴法的综述

韩沛岑，马伟泽，陈 曦，刘 妍

（中国商飞上海飞机制造有限公司航研所，上海 201324）

测量表面转移阻抗的三同轴法的综述

韩沛岑，马伟泽，陈 曦，刘 妍

（中国商飞上海飞机制造有限公司航研所，上海 201324）

表面转移阻抗是评价屏蔽层屏蔽性能的重要参数，介绍了三同轴测量表面转移阻抗的基本原理，即将影响屏蔽层性能的电磁场用等效的表面电流和表面电荷代替，使用三同轴装置构建内外回路。同时介绍了三同轴测量装置的3种具体使用方法，包括截止频率的计算。

表面转移阻抗；三同轴；截止频率

0 引言

表面转移阻抗是评价屏蔽层屏蔽性能的重要参数，三同轴法测量屏蔽层表面转移阻抗，已广泛应用在航空电缆屏蔽层EMC和线束屏蔽套EMC的测试中[1,2]。目前使用较多也较成熟的标准是IEC62153-4-3（Edition2.0）：2013[3]，同时，包含诸多技术细节的IEC62153-4-1（Edition2.0）：2010[4]也是协助理解和应用三同轴方法的标准。三同轴法将影响屏蔽层性能的电磁场用等效的表面电流和表面电荷代替，使用三同轴装置构建内外回路。由于三同轴方法将复杂的电磁感应机理转化为电路参数，因此测试结果可重复性好。

1 三同轴法原理

通常认为，当屏蔽电缆的直径远小于电缆长度和感应电磁场的波长时，外部场和内部场的耦合是微弱的。屏蔽层表面的电磁场由两部分叠加形成，即外部电磁场和电缆本身产生的电磁场两个部分，如图1所示。屏蔽层表面的电磁场即为电缆的耦合源：电场通过电容耦合渗入屏蔽层孔隙，磁场通过电感耦合渗入屏蔽层孔隙。另外，屏蔽层本身是有电阻的。

通过图1可以得到：

图1 屏蔽层表面的电磁场[4]

其中，J为表面感应电流密度，单位为（A/m），σ为表面感应电荷密度，单位为（C/m2），0ε和rε表示自由空间介电常数和相对介电常数。因为屏蔽层表面的电磁场和表面电流与电荷息息相关，也就是说和（J，σ）是等价的。因此，耦合到电缆的电磁场可以通过在屏蔽层上注入表面电流和电荷来产生和模拟。因为电缆直径相对很小，因此高阶模态可以忽略，并且可以用额外的外同轴导体作为注入装置，如图2所示。

图2 外电路注入电流的三同轴装置定义[4]

其中，(1)为外电路，由外部同轴管和屏蔽层组成，特征阻抗为Z1，(2)为内电路，由屏蔽层和电缆中心导体组成，特征阻抗为Z2。

Z1n和Z1f为电路(1)近端和远端的负载电阻，同理Z2n和Z2f为电路(2)近端和远端的负载电阻。

注：D1＜＜L。

也可以在内电路注入电流，如图3所示。

图3 外电路注入电流的三同轴装置定义[3]

图3与图2标注不同，(1)表示内电路，(2)表示外电路。图2和图3中转移阻抗均可以定义为：

图4是IEC62153-4-3:2013中规定的三同轴装置。

图4 三同轴测量装置[3]

该装置的等效电路如图5所示。

图5 三同轴装置等效电路

2 三种标准测量方法

2.1 A方法

方法A（如图6所示）采用图3的内回路电流注入方式，根据文献[3]，转移阻抗可以由网络分析仪的S21参数转化表示。

图6 三同轴测试A方法[3]

其中ZG和ZR为信号发生器和接收机的阻抗，通常采用矢量网络分析仪同时作为信号源和接收机，因此认为ZG=ZR=Z0，Z0通常为50Ω。图6中Z1=R1，即R1为内电路的特征阻抗。式(5)可以简化为：

通常认为S参数以对数的形式给出，同时矢量网络分析仪在使用前进行了校准。此时式(6)可以写成：

其中，ameas=20log10(S21)。

为了得到更宽的截止频率：

由于转移阻抗属于低频参数，所以A方法的截止频率[3]为：

从式(8)可以看出，耦合长度越长，截止频率越低。

2.2 B方法

图7 三同轴测试B方法[3]

方法B（如图7所示）采用图3的内回路电流注入方式，根据式(5)和式(6)得到：

其中，ameas=20log10(S21)。

由于转移阻抗属于低频参数，所以B方法的截止频率[3]为：

2.3 C方法

图8 三同轴测试C方法[3]

方法C（如图8所示）又称短路法，采用图2的外回路电流注入方式，根据式(5)和式(6)得到：

其中，ameas=20log10(S21)。

由于转移阻抗属于低频参数，所以C方法的截止频率为[3]：

3 结束语

本文介绍了三同轴测量表面转移阻抗的基本原理，即将影响屏蔽层性能的电磁场用等效的表面电流和表面电荷代替，使用三同轴装置构建内外回路。同时介绍了三同轴测量装置的3种具体使用方法。三同轴法将样件置于封闭的壳体内，一般的电磁环境对结果影响不明显。

[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

韩沛岑（1986 -），女，江苏徐州人，工学硕士，主要从事民用飞机集成测试技术。