阅读说明：本技术 高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法和测量装置 (Method and device for measuring electromagnetic shielding effectiveness of high-voltage shielded cable ) 是由 李立嘉 沈涛 崔强 石磊 夏志立 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法,在30MHz-1GHz频段,按照如下步骤进行测量：S1：在电缆段连接一根已知插入损耗的同轴电缆以代替被测屏蔽电缆,在第一电流探头所在的被测频点测量功率值,在第二电流探头所在的被测频点测量功率值,消除系统测量误差；S2：在电缆段连接被测屏蔽电缆,测量第二电流探头所在的被测频点的功率值得到P<Sub>1</Sub>；S3：同时移动功率吸收钳和辅助吸收钳,找到被测频率点的最大值P<Sub>2</Sub>；S4：屏蔽电缆在该频点的屏效值为SE＝P<Sub>1</Sub>-P<Sub>2</Sub>。在9KHz-30MHz频段采用另一种测量步骤。该方法能够准确测量高压屏蔽电缆的电磁屏蔽效能。(The invention discloses a method for measuring electromagnetic shielding effectiveness of a high-voltage shielded cable, which comprises the following steps of: s1: connecting a coaxial cable with known insertion loss to the cable section to replace a tested shielded cable, measuring a power value at a tested frequency point where the first current probe is positioned, measuring a power value at a tested frequency point where the second current probe is positioned, and eliminating a system measurement error; s2: connecting the tested shielded cable to the cable section, and measuring the power value of the tested frequency point where the second current probe is located to obtain P 1 (ii) a S3: simultaneously moving the power absorption clamp and the auxiliary absorption clamp to find the maximum value P of the measured frequency point 2 (ii) a S4: the effective shielding value of the shielded cable at the frequency point is SE ═ P 1 ‑P 2 . Another measurement procedure is adopted in the frequency band of 9KHz-30 MHz. The method can accurately measure the electromagnetic shielding effectiveness of the high-voltage shielded cable.)

高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法和测量装置

技术领域

本发明涉及高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能测试技术，特别涉及一种高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法和测量装置。

背景技术

高压电缆用于直流电压、工频电压等大电流传输。在传输切换过程中会产生大量射频干扰信号，对使用环境造成严重的电磁污染，为抑制电磁干扰，在高压电缆外面增加一个屏蔽层，就形成了高压屏蔽电缆，该电缆广泛应用于电动汽车，电力通信，航空航天，舰船军工等领域。高压屏蔽电缆的屏蔽效果如何、怎样评价它的屏蔽效能，一直是一个热烈研讨的问题，有人用线注入法或三同轴法测量高压屏蔽电缆的表面转移阻抗来表示电缆的屏蔽效能。但在实施中遇到很多问题和困难。

从测量端口阻抗分类，屏蔽电缆可分为两种，固定阻抗屏蔽电缆(如50Ω同轴电缆，在一个频率范围内阻抗保持50Ω不变)和非固定阻抗屏蔽电缆(如各种带屏蔽层的导线)。固定阻抗屏蔽电缆一般用于射频信号传输，非固定阻抗屏蔽电缆一般用于高压电力传输。

固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能测量方法如“功率吸收钳法”，是利用被测屏蔽电缆阻抗不变的特点(整个测量系统均为50Ω系统)获取基准测量值P₁。用功率吸收钳在6000mm测试导轨上寻找被测屏蔽电缆泄漏射频信号的最大值为P₂。屏蔽电缆在测量频点处的屏效值SE＝P₁-P₂。可测频率范围为30MHz-1GHz。

非固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能不能套用固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能的测量方法来测量。因为非固定阻抗屏蔽电缆的端口阻抗随频率、长短、粗细、制作工艺等都会发生变化。射频信号在阻抗不连续的结点会产生反射。到底射频信号反射了多少，如果搞不清楚就不能得到准确的基准测量值P₁，得不到P₁就不能实现电磁屏蔽效能的测量。这也是为什么到目前为止国际上尚未有一个统一的公认的测量方法用来测量非固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能的原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法和测量装置，用于准确测量非固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法，在30MHz-1GHz频段，按照如下方式建立测量装置：

将信号发生器和终端负载设置在两端，自信号发生器至终端负载依次连接第一电流探头、穿墙座、电缆段、第二电流探头，在电缆段上连接有可移动的辅助吸收钳和功率吸收钳，所述功率吸收钳连接接收机；在穿墙座处设置反射接地板；

按照如下步骤进行测量：

S1：在电缆段连接一根已知***损耗的同轴电缆以代替被测屏蔽电缆，在第一电流探头所在的被测频点测量功率值，在第二电流探头所在的被测频点测量功率值，消除系统测量误差；

S2：在电缆段连接被测屏蔽电缆，测量第二电流探头所在的被测频点的功率值得到P₁；

S3：同时移动功率吸收钳和辅助吸收钳，找到被测频率点的最大值P₂；

S4：屏蔽电缆在该频点的屏效值为SE＝P₁-P₂。

进一步地，所述第一电流探头和第二电流探头处还设置有电流探头校准装置。

进一步地，所述电缆段旁还设有电动测量导轨。

进一步地，在9KHz-30MHz频段，按照如下方式建立测量装置：

将信号发生器和终端负载设置在两端，自信号发生器至终端负载依次连接穿墙座、第三电流探头、电缆段、第四电流探头；在穿墙座处设置反射接地板；

按照如下步骤进行测量：

S1：在电缆段连接一根已知***损耗的同轴电缆以代替被测屏蔽电缆，在第三电流探头所在的被测频点测量功率值，在第四电流探头所在的被测频点测量功率值，消除系统测量误差；

S2：电缆段连接被测屏蔽电缆，在第三电流探头所在的被测频点测量功率值，在第四电流探头所在的被测频点测量功率值，得到P₁；

S3：移动第三电流探头或第四电流探头的位置，在被测屏蔽电缆的三个位置测量，取平均值得到P₂或找最大泄露值作为P₂；

S4：屏蔽电缆在该频点的屏效值为SE＝P₁-P₂。

进一步地，所述第三电流探头和第四电流探头处还设置有电流探头校准装置。

第二方面，本发明还提供一种适用于上述测量方法的高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量装置，在30MHz-1GHz频段，包括：位于两端的信号发生器和终端负载，自信号发生器至终端负载依次连接第一电流探头、穿墙座、电缆段、第二电流探头，在电缆段上连接有可移动的辅助吸收钳和功率吸收钳，所述功率吸收钳连接接收机；在穿墙座处设置反射接地板。

进一步地，9KHz-30MHz频段，所述测量装置还包括设置在两端的信号发生器和终端负载，自信号发生器至终端负载依次连接穿墙座、第三电流探头、电缆段、第四电流探头；在穿墙座处设置反射接地板。

与现有技术相比，本发明通过合理搭建的测量系统并适用创新的测量方法，能够精准测量非固定阻抗屏蔽电缆基准值P₁，在此基础上最终得到非固定阻抗屏蔽电缆的电磁屏蔽效能。

附图说明

图1为矢量网络分析仪测试连接图；

图2为0.6m细线电缆阻抗值测试结果图；

图3为0.6m细线电缆衰减值测试结果图；

图4为1.2m细线电缆阻抗值测试结果图；

图5为1.2m细线电缆衰减值测试结果图；

图6为6m细线电缆阻抗值测试结果图；

图7为6m细线电缆衰减值测试结果图；

图8为0.6m粗线电缆阻抗值测试结果图；

图9为0.6m粗线电缆衰减值测试结果图；

图10为1.2m粗线电缆阻抗值测试结果图；

图11为1.2m粗线电缆衰减值测试结果图；

图12为6m粗线电缆阻抗值测试结果图；

图13为6m粗线电缆衰减值测试结果图；

图14为本发明实施例提供的高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量装置(30MHz-1GHz频段)；

图15为本发明实施例提供的高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量装置(9kHz-30MHz频段)；

图16为6m细线电缆屏效值测试曲线图(9kHz-30MHz)；

图17为6m细线电缆屏效值测试曲线图(30MHz-300MHz)。

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

在介绍本发明实施例的技术方案之前，首先对本发明提出时所作的探索和分析进行介绍，这些探索和分析对本发明的提出具有重要作用，发明人为此付出了创造性的劳动。

在考虑如何得到非固定阻抗屏蔽电缆屏效测量所需的基准测量P₁时，本发明通过矢量网络分析仪先研究了它的特点和变化规律。图1为测试联接图。图2到图7为同一种屏蔽电缆不同长度的阻抗和衰减测试结果。图8到图13为另外一种屏蔽电缆不同长度的阻抗和衰减测试结果。相关测试数据见表1-表6。

表1 0.6m细线阻抗和衰减值

频率	阻抗	衰减值
			30kHz	49Ω	0dB
50kHz	49Ω	0dB
			494kHz	50Ω	0dB
1MHz	50Ω	-1dB
			10MHz	44Ω	0dB
57MHz	14Ω	-2dB
			140MHz	49Ω	0dB
226MHz	23Ω	-3dB
			286MHz	49Ω	-2dB
363MHz	30Ω	-3dB
			400MHz	49Ω	-2dB

表2 1.2m细线阻抗和衰减值

频率	阻抗	衰减值
			30kHz	49Ω	0dB
1MHz	49Ω	0dB
			10MHz	33Ω	0dB
37MHz	13Ω	-3dB
			69MHz	44Ω	-1dB
110MHz	17Ω	-3dB
			147MHz	37Ω	-1dB
187MHz	24Ω	-3dB
			215MHz	44Ω	-2dB
248MHz	21Ω	-4dB
			286MHz	46Ω	-2dB
330MHz	30Ω	-4dB
			363MHz	44Ω	-3dB
400MHz	31Ω	-4dB

表3 6m细线阻抗和衰减值

表4 0.6m粗线阻抗和衰减值

频率	阻抗	衰减值
			30kHz	50Ω	0dB
1Mhz	50Ω	0dB
			9Mhz	24Ω	-2dB
39Mhz	4Ω	-7dB
			75Mhz	44Ω	-1dB
116Mhz	6Ω	-7dB
			154Mhz	36Ω	-1dB
196Mhz	11Ω	-6dB
			226Mhz	42Ω	-2dB
273Mhz	13Ω	-7dB
			300Mhz	42Ω	-2dB
346Mhz	14Ω	-7dB
			381Mhz	37Ω	-2dB
400Mhz	8Ω	-5dB

表6 6m粗线阻抗和衰减值

频率	阻抗	衰减值
			30kHz	49Ω	0dB
518kHz	45Ω	0dB
			1MHz	35Ω	-1dB
7MHz	4Ω	-6dB
			14MHz	38Ω	-1dB
22MHz	5Ω	-7dB
			27MHz	36Ω	-2dB
35MHz	4Ω	-7dB
			42MHz	32Ω	-2dB
49MHz	5Ω	-7dB
			57MHz	30Ω	-2dB
62MHz	5Ω	-7dB
			72MHz	26Ω	-3dB
49MHz	7Ω	-7dB
			87MHz	21Ω	-4dB
237MHz	10Ω	-9dB
			273MHz	21Ω	-7dB
381MHz	14Ω	-10dB

从图2-13可以看出：不同的电缆或相同的电缆长度不同都会有以下这些特点：

①屏蔽电缆的阻抗都随频率的改变而变化而且很大。

②相同的屏蔽电缆长度不同阻抗亦不同且变化很大。

③相同的屏蔽电缆当几何尺寸固定后，阻抗的变化就只是频率的函数(单一变量)。

④当电缆的几何尺寸、结构形式、测量频率等因素都确定后，阻抗就是一个定值，衰减也是一个定值。

⑤相同的屏蔽电缆，长度和衰减没有线性关系(在某些频率点，长线不一定就插损大)

⑥阻抗随频率变化很大，但都小于50Ω。

⑦1MHz以下电缆的阻抗基本不变。

也就是说当把确定长度的非固定阻抗的屏蔽电缆放在一个50Ω测量系统中，通过测量衰减就可以准确得到所需的基准测量值P₁，被测屏蔽电缆在50Ω测量系统中可以看成是一个随频率改变而改变的射频衰减器，S21数值的变化真实反映了射频信号在被测屏蔽电缆内随频率变化、阻抗变化、反射变化造成的测量基准值P₁的变化，和固定阻抗屏蔽电缆的屏效测量方法最大的不同，就是非固定阻抗屏蔽电缆屏效测量中的基准值P₁是随电缆的种类、长度、频率等而变化的，需要时时测量(这个基准值变化很大，会带来两倍的测量误差)。

据此，本发明实施例把被屏蔽电缆放到一个50Ω测量系统中，通过测量衰减可以得到屏效测量的基准值P₁，把测量频率9kHz-1GHz分成30MHz-1GHz和9kHz-30MHz两部分设计了两套装置分别测量屏效，可以得到衰减值P₂。

30MHz-1GHz电缆屏效测量装置及方法：

30MHz-1GHz频段，采用图14的测量装置测量。在原有测量50Ω同轴电缆屏效测量装置的基础上串联了两个电流探头校准装置，在保障整个测量系统(除被测屏蔽电缆外)在测量频段均为50Ω系统的基础上，利用电流探头得到测量信号的基准值P₁，利用功率吸收钳和耦合钳在600mm测量导轨上，通过寻找泄漏信号的最大值得到衰减测量值P₂，从而得到屏蔽电缆的屏效测量值SE＝P₁-P₂。

具体地，将信号发生器11和终端负载17设置在两端，自信号发生器11至终端负载17依次连接第一电流探头13a、N-N穿墙座18、电缆段、第二电流探头13b，在电缆段上连接有可移动的辅助吸收钳14和功率吸收钳15，功率吸收钳15连接接收机110。在穿墙座18处设置2m×2m×2mm接地反射铜板19，电缆段旁还设有6m长的电动测量导轨16，第一电流探头13a和第二电流探头13b处还设置有电流探头校准装置12。其中，电缆段用于设置被测屏蔽电缆111或用于消除系统测量误差的电缆。

测量方法按照如下方式进行：

S1：用一根已知***损耗的50Ω同轴电缆代替被测屏蔽电缆111，在被测频点测量A、D两点功率值，消除系统测量误差。

S2：联接被测屏蔽电缆111，在被测频点上测量D点功率值得到P₁

S3：同时移动功率吸收钳和辅助吸收钳，找到被测频率点的最大值P₂

S4：屏蔽电缆在该频点的屏效值为SE＝P₁-P₂；

屏蔽电缆用该方法得到的屏效值在30MHz-1GHz频段和屏蔽电缆的长度无关，该方法建议在屏蔽室内进行。

9kHz-30MHz电缆屏效的测试装置及方法：

9KHz-30MHz频段屏蔽电缆的屏蔽效能测量。原理上可以套用类似的方法，但实际实施起来难度较大。30MHz的波长10米，在半波长内找屏蔽电缆30MHz以上测量频率的基准值和最大泄漏值没有问题，但10MHz的波长30米，3MHz的波长是100米，1MHz的波长300米……,10KHz波长30000米，再采用在半波长的长度内找P₁和P₂就很困难了。

前面已经讨论过，屏蔽电缆在1MHz以下频段的特征阻抗变化很小，基本为50Ω(端接负载为50Ω的情况下)，也就是说在1MHz以下屏蔽电缆由反射引起测量不确定度很小，可以忽略不计，若非要通过找半波长的屏蔽电缆泄漏的最大值，取1MHz波长的一半就可以了，1MHz以下频段不用找泄漏的最大值。

由于同一种屏蔽电缆长度不同，阻抗不同，反射不同。测量屏效值也会不同。因此我们建议在9KHz-30MHz频率范围内测量屏蔽电缆的屏效值，以实际使用屏蔽电缆的长度为准进行测量。如果屏蔽电缆的生产厂家有条件(可以搭建半波长的测量环境)，也可以用同样的测量方法测量屏蔽电缆的屏效值。

需要指出的是，采用这种测量方法测量半波长屏蔽电缆的屏效值是最准确的，(对该种屏蔽电缆线整体而言)，测量实际使用长度的屏蔽电缆的屏效值，是最符合实际使用情况的(对屏蔽电缆的使用者而言)。

9KHz-30MHz频率范围屏蔽电缆的屏效测量连接如图15所示，将信号发生器21和终端负载26设置在两端，自信号发生器21至终端负载26依次连接N-N穿墙座22、第三电流探头25a、电缆段、第二电流探头25b；在穿墙座处设置2m×2m接地反射铜板23；第三电流探头25a和第四电流探头25b处还设置有电流探头校准装置24，还连接有接地铜板28。此外装置还配置有0.8m高非金属测试架27。

按照如下步骤进行测量：

S1：用一根已知***损耗的50Ω同轴电缆代替被测屏蔽电缆，在被测频点测量A、E两点功率值，消除系统测量误差。

S2：连接被测屏蔽电缆，在被测频点上测量E两点功率值，得到P₁

S3：移动测量电流探头25(测量电流探头25既可以是第三电流探头25a、也可以是第四电流探头25b)位置，在B、C、D三个位置测量，取平均值得到P₂(或找最大泄漏值P₂)

S4：屏蔽电缆在该频点的屏效值SE＝P₁-P₂

测试结果

表7、表8为同一种屏蔽电缆不同长度时测量得到的屏效值；

表9、表10为另外同一种屏蔽电缆不同长度时测量得到的屏效值；

表11为另外一种屏蔽电缆测量得到的屏效值。

屏效值SE＝E点值-(B点值、C点值、D点值中的最大值)。

表7 0.6m粗线测试结果

日期： 线长：0.6m 型号：粗线 源输出幅度:110dBuV

频率	A点值	E点值	B点值	C点值	D点值	屏效值
							10kHz	110	108	81	81	82	26
50kHz	112	104	71	71	71	33
							100kHz	110	106	67	67	67	39
500kHz	107	105	55	55	55	50
							1MHz	105.7	103.6	50.6	50.6	50.6	53
5MHz	106.4	104.2	57.4	56.4	56.4	46.8
							10MHz	109	103.2	52.3	52.3	52.3	50.9
20MHz	111	100.7	52.8	52.8	52.8	47.9
							30MHz	111.4	99	51.3	50.3	51.3	47.7

表8 1.2m粗线测试结果

日期： 线长：1.2m 型号：粗线 源输出幅度:110dBuV

频率	A点值	E点值	B点值	C点值	D点值	屏效值
							10kHz	107	107	79	79	79	28
50kHz	109	106	65	66	66	40
							100kHz	108	102	62	62	62	40
500kHz	104	100	51	51	51	49
							1MHz	100.7	97.6	45.6	40.6	46.6	51
5MHz	95.2	90.4	54.4	51.4	54.4	40.8
							10MHz	106.2	91	46.3	46.3	46.3	59.9
20MHz	95.7	92	48.8	53.8	47.8	41.9
							30MHz	107.2	96.7	54.3	54.3	54.3	42.4

表9 0.6m细线测试结果

日期： 线长：0.6m 型号：细线 源输出幅度:110dBuV

频率	A点值	E点值	B点值	C点值	D点值	屏效值
							10kHz	108	108	86	86	86	22
50kHz	110	106	75	75	75	31
							100kHz	110	106	72	72	72	34
500kHz	107	105	61	61	61	44
							1MHz	105.7	103.6	56.6	56.6	56.6	47
5MHz	106.4	104.2	60.4	60.4	60.4	43.8
							10MHz	108	104.2	57.3	58.3	58.3	45.9
20MHz	110	102.7	55.8	57.8	56.8	44.9
							30MHz	110.4	101	54.3	53.3	54.3	46.7

表10 1.2m细线测试结果

日期： 线长：1.2m 型号：细线 源输出幅度:110dBuV

频率	A点值	E点值	B点值	C点值	D点值	屏效值
							10kHz	109	107	90	90	90	19
50kHz	110	106	78	78	78	28
							100kHz	110	106	74	74	74	32
500kHz	107	104	61	61	61	43
							1MHz	105.7	103.6	55.6	55.6	55.6	48
5MHz	107.4	104.2	57.4	57.4	57.4	46.8
							10MHz	109	103.2	55.3	55.3	55.3	47.9
20MHz	111	100.7	55.8	54.8	55.8	44.9
							30MHz	110.4	100	53.3	51.3	54.3	45.7

表11 6m细线测试结果

日期：12/2 线长：6m 型号：细线 源输出幅度:110dBuV

频率	A点值	E点值	C点值	屏效值
					30MHz	109.3	101	61	40
50MHz	101.7	100.6	68.1	32.5
					100MHz	107.1	98.3	66.4	31.9
120MHz	108.2	97.5	65.1	32.4
					150MHz	106	98.2	77.8	20.4
200MHz	105.3	90.3	71.1	19.2
					250MHz	105	90	71.5	18.5
300MHz	100	87	64.5	22.5
					400MHz	99	86	75.9	10.1

图16为6m细线电缆屏效值测试曲线(9kHz-30MHz)，图17为6m细线电缆屏效值测试曲线(30MHz-300MHz)。

必须注意的是：被测屏蔽电缆的接头部分，一定要采取严格的屏蔽措施。保证这部分的屏效值高于被测屏蔽电缆的屏效值。

本发明实施例提供的高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能测量方法—电流探头法，经过几个月的测试验证，测试数据准确，重复性好。基本解决了高压屏蔽电缆在9kHz-400MHz频率范围内电磁屏蔽效能测量问题，测量频率范围可扩展至9kHz-1GHz。本方法同样适用于同轴电缆的屏蔽效能测试。

本实施例给出了一个新的高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能的测量方法——电流探头法。方法依据电磁屏蔽效能测量的基本原理。把被测高压屏蔽电缆放到一个专门设置的50Ω测量系统中。通过电流探头及其校准装置，在9kHz-1GHz频率范围，准确得到高压屏蔽电缆电磁屏蔽效能测量所需的基准测量值P₁。在9kHz-30MHz频段用电流探头得到屏蔽后的衰减测量值P₂，在30MHz-1GHz频段用功率吸收钳得到屏蔽后的衰减测量值P₂，从而测出高压屏蔽电缆的屏效值SE(SE＝P₁-P₂)

本方法对高压屏蔽电缆在电力通讯、电动汽车、航空航天、舰船制造等领域的进一步应用提供电缆的屏效量化指标，为解决系统级的电磁兼容问题提供有益的帮助。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。