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时间：2023-11-13 05:45:25 下载该word文档

电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．１５）　・电器设计与探讨・　汽车屏蔽线缆的屏蔽特性测试研究　陆珉’，顾佳丽　［１．上海恩坦华汽车门系统有限公司，上海２０００６３；　２．上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海２０００６３］　摘要：通过介绍汽车屏蔽线缆的物理结构，阐述屏蔽线缆屏蔽效能测试标准和　方法的研究，运用线注入法测试方法来测量表面转移阻抗，从而求得屏蔽线缆的屏蔽　效能。通过对不同车型屏蔽线缆测试结果的分析，来评估在频率范围１００　ｋＨｚ～１　ＧＨｚ　内可以辨别汽车屏蔽线缆的屏蔽效能。　关键词：屏蔽线缆；线注入法；表面转移阻抗；屏蔽效能　陆　珉（１９６０一），　男，主要从事汽车　门锁检测工作。　中图分类号：ＴＭ　４５文献标志码：Ａ文章编号：２０９５—８１８８（２０１７）１５－００２８－０４　ＤｏＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５—８１８８．２０１７．１５．００７　Ｔｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　Ｃａｂｌｅ　ＬＵ　Ｍｉｎ　，ＧＵ　Ｊｉａｌｉ　［１．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｉｎｔｅｖａ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｄｏｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６３，Ｃｈｉｎａ］　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｃａｂｌｅ，ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｃａｂｌｅ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｔｕｄｙ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄ　ｃａｂｌｅ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｃａｂｌｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｙｐｅｓ，ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｃａｂｌｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｄｅｎｔｉｉｅｄ　ｉｆｎ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　１００　ｋＨｚ一１　ＧＨｚ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｃａｂｌｅ；ｌｉｎｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ；ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　０　引　言　汽车屏蔽线缆是汽车电磁兼容测试的重要手　段，可以有效抑制电磁干扰¨一】。采用屏蔽线缆，一　方面可以有效地抑制空间电磁场对传输线路的影　响，避免通信失效、噪音增大、传输误码、信号误差　等现象；另一方面也可以降低线缆内传输信号对外　的电磁辐射，减小对周围电磁环境的污染，防止信　息的泄漏和失密。由于汽车厂家众多，各大厂家屏　芯屏蔽线缆，也适用于多芯屏蔽线缆。　１　屏蔽线缆的物理结构　汽车屏蔽线缆是由导体使用多股裸铜或镀锡　铜丝、ＰＶＣ绝缘、芯线胶合铝镁丝隔离，最外层为　镀锡铜编织隔离，ＰＶＣ外皮构造，其作用是避免　干扰信号进入内层导体，同时降低传输信号的　损耗。　汽车屏蔽线缆要获得一个持久不变的平衡特　性，可在所有芯线外多加一层铝箔进行接地，或采　用编织成网状的金属线和采用金属薄膜的方　法　，其有单屏蔽和多屏蔽多种不同方式。单屏　蔽线缆的屏蔽层多种多样，屏蔽的效果也有高有　低，采用不同的屏蔽材料和屏蔽结构，其屏蔽性能　会有很大的差异，因此，通常通过试验的方法来求　得屏蔽效能。本文选用线注入法　来测量表面转　移阻抗　Ｊ，从而间接求得屏蔽效能　ｊ。线注入法　测试布置简单，精度和重复性都较好，既适用于单　顾佳丽（１９８８一），女，主要从事零部件检测。　２８—　蔽是指单一的屏蔽网或屏蔽膜，其中可包裹一条　或多条导线。多屏蔽方式是多个屏蔽网，屏蔽膜　共处于一条线缆中。有的用于隔绝导线之问的电　一
・电器设计与探讨－　电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．１５）　磁干扰，有的是为了加强屏蔽效果而采用的双层　屏蔽。这些屏蔽措施保护都是为了创造一个平衡　环境，具有良好的电磁兼容特性。汽车屏蔽线缆　的屏蔽原理是利用金属对电磁波的反射、吸收和　抵消原理来防止外部电磁干扰进入线缆，同时也　注入线以及被测线缆的屏蔽层组成，其模拟的是外　界的辐射场，注入线可由一条扁平的铜带紧贴着被　测线缆的长度相连（例如用胶带），与被测线缆外　导体组成一段输出线作为注入电路；内回路由被测　线缆的芯线以及屏蔽层组成。线注入法测试布置　图如图１所示，典型的测试原理图如图２所示，屏　蔽线缆线注入法测试方法原理图如图３所示。　阻止内部信号辐射出去干扰其他设备的工作。　当外部干扰（电磁场）入射到线缆的屏蔽层　时，在线缆上会发生电磁耦合现象。外部电磁场和　线缆本身发射的电磁场通过矢量叠加形成的合成　场，在物理模型中被认为是干扰源，决定了屏蔽层　上各点的总电磁场大小。干扰耦合的途径主要是　电场以电耦合（容性耦合）和磁场以磁耦合（感性　耦合）的方式穿透屏蔽层的孔径到达屏蔽线缆的内　部或外部。耦合的强度或者电磁泄漏的程度可以　用屏蔽效能（Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，ＳＥ）来表示。　屏蔽层的结构最常见的是金属网状编织层，其　使用方便、重量轻。通常，金属网状编织的屏蔽效　能随编织密度的增加而增加，随频率的上升而下　降。当频率越高，吸收损耗越大；频率较低时，吸收　损耗很小。在低频磁场中，屏蔽效能除了随频率变　化外，还与编织密度和材料磁导率有关。屏蔽线缆　的屏蔽层只有在接地之后才能起到屏蔽作用。当　线缆工作在低频时，其长度比波长短得多，为不使　屏蔽层上有电流流通，必须将屏蔽层完全良好地接　地。若接地不良，会在传输过程的某两点之间形成　电位差，从而产生电流，造成干扰，降低屏蔽效能。　导体材料如铜箔、铝箔等，在频率较高时，屏　蔽体表面会产生电磁感应涡流，这个涡流可以产　生一个反向的磁场来抵消穿过该屏蔽体的磁场。　涡流越大，屏蔽效能越好。导电性能好的屏蔽材　料可以产生更大的涡流，提高屏蔽效能。由于高　频的集肤效应，涡流只会在屏蔽材料的表面流动，　因此只需要一层很薄的金属材料就可以将高频的　电场屏蔽掉。导电金属箔的缺点就是韧性较差，　容易断裂，从而会降低屏蔽效能。　２　屏蔽线缆屏蔽效能测试标准研究　在ＶＧ　９５２１４一ｌ１—２０ｏ２：ｌｉ　Ｅ　、ＩＥＣ　６２１５３－４和　ＩＥＣ　９６．１，２—１９９３修改版中对线缆屏蔽效能的测　试方法做了更进一步研究。采用网络分析仪设备　进行屏蔽效能的测试，适用于频段１００　ｋＨｚ～　３　ＧＨｚ。线注入法由两个回路组成，外回路由馈线、　Ｇ　ｐ　被测线缆；Ｇ～发生器Ｉ√　接收机（网络分析仪等）；ｇ一注入电路　发射器；＾１，ｈ２一黄铜／紫铜管，用作被测线缆的附件屏蔽；　一注入线的馈电线缆（低耗）；　一发生器的馈电线缆；ｍ】，ｍ２，ｍ　，　一铁氧体环；ｑ一注入线；　一有屏蔽的同轴馈电孔的屏蔽室墙面；　ｎ一被测线缆与屏蔽室之间连接部分的附加屏蔽；ｐ一被测线缆　匹配电阻的屏蔽盒；ｃ一连接器（ＳＭＡ，Ｎ等）　图１　线注入法测试布置图　被试电缆　ｎ一近端　一远端；１一（初级）注入电路；２一次级电路；　Ｚ０１一注入电路的特性阻抗；ｚ０２一次级电路的　特性阻抗；　一信号发生器；　一接收机；　一仪器接地；　一被测　线缆的长度；Ｕ】一初级电路回路电压；，ｌ一初级电路　电流；　一次级电路在近端的回路电压；　ｆ一次级电路在远端的回路电压　图２线注入法原理图　）　ｆ　ｆ一　ＵＬ　ｆ　一三　一　一／　，　’　—一　▲ＣＴ＝　Ｊ】　’　．＼＼　　ｌＩＵ：　１　芯线　　ＬＩ　图３屏蔽线缆线注入法测试方法原理图　一２９—　
电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．１５）　・电器设计与探讨・　ＲＦ信号发生器相连的发射线将ＲＦ信号注　入被测线缆屏蔽层上，由接收端测量耦合到被　３　屏蔽线缆屏蔽效能测试方法研究　测线缆上的信号。之后根据Ａ　（对数比率）值计　３．１测试步骤　算转移阻抗。４　与输入电压　和耦合电压　有关。　按照定义：　ＺＴＥｎｆ＝ＩＺＦ±ＺＴ　＿＋ｚＴＥ＝ｍａｘ（Ｚ１’ＥｒＩ；Ｚ　ＴＥＩｌｆ）　式中：ｚ　——容性耦合阻抗；　——表面转移阻抗；　ｚ　——有效转移阻抗。　ｖ／ＺｏｌＺ￣Ｅｎｖ（　）（１＋　）（１）　式中：　Ｅｎｖ（Ｔｎ　）——近端／远端耦合函数的包　络线；　Ｌ——被ｉ贝０线缆的长度。　＝１０　Ｔ／２。　式中：　＋——近端；　一——远端；　——初级电路的相速；　——次级电路的相速。　ＡＴ：Ａｓ一（／４ｃ／２）一（Ａ　／２）　当Ｚ　＞Ｚ　，则Ｚ　一ｚ　，近端（Ｔｎ，，／３＋）或远端　（　，　一）数据都可使用。　当Ｚ　＞Ｚ　，则　可以用以下公式计算：　ＺＴ＝（Ｚ／Ｌ）　×１０　∞　ＡＴ＝Ａｓ一（　ｃ／２）一（Ａｉ／２）　Ａｌ＝Ａ１一　０　Ａｃ＝Ａｃ—Ａｏ　Ａｓ＝Ａｓ—Ａ０　（３）　式中：　——被测屏蔽线缆的阻抗；　ｚ。　——注入电路的阻抗；　Ａ。——基准数据；　Ａ　——注入电路的插入损耗；　Ａ　——被测屏蔽线缆的插入损耗；　Ａ　——转移函数。　转移阻抗ｚＴ的测试频率上限取决于被测线　缆的长度、信号在线缆上的传播速率和外部系统。　对于汽车屏蔽线缆，测试频率可以参考１００　ｋＨｚ～　１　ＧＨｚ。　一３０—　（１）网络分析仪先进行校准；　（２）用网络分析仪测量注入电路的阻抗Ｚ。　；　（３）被测屏蔽线缆连接网络分析仪，测量被　测屏蔽线缆的阻抗Ｚｍ；　（４）注入线连接网络分析仪，测量注入电路　的插入损耗Ａ　；　（５）被测屏蔽线缆连接网络分析仪，测量被　测屏蔽线缆的插入损耗Ａ　；　（６）被测屏蔽线缆和注入线分别接网络分析　仪，测量转移函数Ａ　；　（７）根据式（３），计算表面转移阻抗　。　３．２测试注意事项　（１）减小初级线缆。当用常规的仪器进行远　端测量时，接收机通常在Ｅ，处接地（如图２）。在　电阻效应可能超过电感效应的低频点，或由于在　高千赫范围的谐振，一部分注人电流会从Ｅ　直接　流向Ｅ　而不沿被试线缆的屏蔽层回流。　（２）非可控电流。需要注意不通过馈电路回　流的低频电流。这种电流流经非试验部分的设　备，特别是网络分析仪机架。　（３）被测线缆屏蔽的四周方向不均匀性。注　入电路所覆盖的圆周角取决于注入电路的特性阻　抗与被测电路的阻抗的匹配情况（当使用两根或　以上的平行导线时）。注入电路的覆盖角如图４　所示，为了充分覆盖圆周，应至少测量３次，每次　相隔１２０。或测量４次，每次相隔９０。。　缆　图４注入电路的覆盖角　（４）被测线缆初级和次级线缆的衰减。电路衰　减应足够低，以确保被测线缆所有长度都起作用。　（５）被测线缆的阻抗匹配。　（６）屏蔽层的接地方式。如果接地不良，如　
・电器设计与探讨・　电器与能效管理技术（２０１７Ｎｏ．１５）　接地电阻过大，接地电压不均衡，在传输过程的某　两点之间形成电位差，从而产生电流流通，造成干　包括两种作用）或屏蔽衰减口　在高频对屏蔽效能　有一定的影响，外界干扰太多。因此用线注入法　扰，这些都会影响屏蔽线缆的屏蔽效能。　４测试结果分析　４．１测试结果　选取了４根不同车型的屏蔽线缆用线注入法　进行测试，转移阻抗对比示意图如图５所示。　２００　０　６　１００　一　５０　Ｏ　…一．．一　ｉ：　ｇ　基　０　一　０　０　０　０　０　０　６　６　６　６　６　∞　墨　８　妻　８　鲁　ｇ　ｇ　８　８　莒　呈　磊　罄　Ｉｎ　寸　ｎ　是　器　导　宝　宝　蕃　二Ｉ　０　Ｎ　。ｏ　０　ｎ　ｏ。　－一　ｆ／ｋＨｚ　ｆ／ｋＨｚ　（ｂ）转移阻抗１００　ｋＨｚ￣１　ＧＨｚ　图５汽车屏蔽线缆００１，００２，＃０３，椰４转移　阻抗对比示意图　在频率范围为１００　ｋＨｚ一１　ＧＨｚ时，转移阻抗　越接近于１，其屏蔽效能就越好。在低频段，耦合　转移函数与不同频率下的表面转移阻抗和容性耦　合阻抗有关。随着频率的增加，耦合转移函数上　升至一定单位后，在近端和远端就会出现不同的　截点频率　低于截点频率　．　时，所测得屏蔽　效能为表面转移阻抗　，表面转移阻抗ｚＴ的值　与被测线缆长度有关。在高于１　ＧＨｚ，即频率高　于截点频率　．　时，传输波长小于被测线缆长度，　所测得的屏蔽效能为屏蔽衰减口　。屏蔽衰减０　与被测线缆长度无关。　对于被测屏蔽线缆长度短的纵向均匀线　缆的表面转移阻抗ｚＴ定义为次级电路（内电路）　上感应的纵向电压与初级电路（外电路）中流通　的电流的比。所以在这基础上容性耦合可以忽　略。但如果屏蔽线缆长度长，那么容性耦合与感　性耦合将同时作用于线缆，等效转移阻抗ｚ　（它　测量，应选择被测线缆的长度为０．５　ｍ。　４．２测试结果影响因素分析　选取同一根屏蔽线缆，由于接地方式差异，测　出数据分别如图６、图７所示。由图６和图７可以　看出，虽然整体曲线图类似，但由于屏蔽层接地不　良好，测出的转移阻抗值偏大。　５００　吕４００　０　０　ｔ２－．　。。　－ｔ　０　ｔ＂－　堂　堂　０　０　。ｏ　Ｉｎ　９　０　ｏ。　０　ｏ。　ｅ，ｅ０　０　０　０　毒　０　６　０　ｏ。　、。　ｎ　＿＿　０　０　－＿　ｎ　寸　Ｉｎ　卜　ｏ。　ｆ／ｋＨｚ　图６屏蔽线缆屏蔽层接地不良转移阻抗　，２５０　’口２００　７　１５０　ｃ；１００　０　ｏ８　器　２　譬　星　虽　８　星　８　８　昌　８　ｇ　８　ｇ　∞　ｌｎ　ｎ　Ｎ　０　ｆ｜ｋＨｚ　图７屏蔽线缆屏蔽层接地良好转移阻抗　５　结　语　根据实际汽车屏蔽线缆，用线注入法测量转　移阻抗的数据可以看出，汽车屏蔽线缆的转移阻　抗在１００　ｋＨｚ一１　ＧＨｚ整体趋势类似，可以有对比　性，结果更可信。但该方法也存在一定的劣势，在　１　ＧＨｚ以上由于连接的差异，会在不定频点形成谐　振。因此通过该方法的测量，对于１００　ｋＨｚ～１　ＧＨｚ　在一定程度上能够辨别屏蔽线缆的屏蔽效能的　水平。　【参考文献】　［１］郭鑫，邱扬，赵大浩．改进型线路注入法测量多芯电　缆的屏蔽效能［Ｊ］．现代有线传输，２００３，６（２）：　２８－３１．　［２］　张斌，秦会斌．屏蔽电缆的接地问题［Ｊ］．科技咨讯，　２００６（７）：１４５．　［３］　高攸纲．屏蔽与接地［Ｄ］．北京邮电大学出版　社，２００４．　（下转第３７页）　一３】一　
・配网自动化・　电器与能效管理技术（２Ｏｌ７Ｎｏ．１５）　（上接第３１页）　［４］ＩＥＣ　ＳＣ　４６Ａ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｏｔｔｉｃｅ）１４２，Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ　ｔ　ｏ　ＩＥＣ　［６］ＬＡＵＲＩ　ＨＡＩＭＥ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＩＥＣ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｔ