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RF ガスケットや素材のシールド効果の評価のためのモード撹拌チャンバーの使用

翻訳: T.Sato

シールド効果の測定は、何年ものあいだ研究の対象となってきた。 伝統的に、シールド効果測定は、 1950年台に書かれた MIL-STD-285 のような規定に従って行なわれてきた。 MIL-STD-285 は、 そもそもはシールドルームの性能の離散的な周波数における測定のために考えられ、 そのテクニックは後に RF ガスケットやその他のシールド材の双方の測定のために採用された。 これらの規格の使用は、現実的でなく、 かつ予測できないシールド効果測定をもたらしてきた。

Farnborough の DERA は、 米国バージニア州 Dahlgren の Naval Surface Warfare Center (NSWC) と共同で、 代替のテクニックの検討を行なってきた。 DERA で検討されているテクニックは、 RF ガスケットやその他のシールド材の評価のために 2つの隣接したモード撹拌チャンバーを用い、 シールド効果のより代表的で再現可能な測定値を与える。 DERA が用いたモード撹拌テクニックは、 「複式」モード撹拌チャンバー・シールド効果テクニックとして知られる。

DERA の EMH&P グループは、1m のテスト・フィクスチャが設置された、 2つの隣接するモード撹拌チャンバーを持つ。 シールド効果測定は、2つのモード撹拌チャンバーのあいだのフィクスチャに 試料を保持して行なうことができる。 双方のチャンバーには、おおよそ 100MHz〜18GHz にわたる 「時間平均」された均一なフィールド (±3dB) を チャンバー内に発生させるために独立して回転させることのできる、 大きな「パドル」ホイールが設置されている。 従って、ガスケットや素材のサンプルは、 モード撹拌パドル・ホイールが１回転するあいだに、 複数のアスペクト角と偏波のフィールドに曝される。

このモード撹拌シールド効果試験の対応周波数の下限は、 2つのモード撹拌チャンバーの小さい方の寸法に依存する。 我々は、おおよそ 120MHz の周波数から、±3dB のフィールド均一性を得ている。 次の図は、シールド効果測定のための、 「複式」モード撹拌チャンバーの簡単なセットアップを示す。

複式モード撹拌チャンバーのセットアップとテスト・フィクスチャ

モード撹拌チャンバーのセットアップと動作は、この記事では詳細に議論しない。 モード撹拌チャンバーの動作やチャンバーの性能の評価に用いられるパラメータを 詳細に議論する論文がある。 次の図は、Farnborough の DERA の、 テスト・フィクスチャとモード撹拌チャンバーのセットアップを示す。

モード撹拌パドル・ホイールとテスト・フィクスチャの図

「複式」モード撹拌チャンバー・シールド効果テクニックは、 エラストマ／ニット・メッシュ・ガスケット、炭素繊維複合材、 シールド・ウィンドウ、そして様々な接合形状のような、 多くの RF ガスケットや素材のシールド性能の測定のために用いられてきた。 そのテクニックは MIL-STD-285 に基づくテクニックを用いて得られたものよりも 信頼できる結果を与え、±3dB よりも良い試験間再現性を与える。 複式モード撹拌チャンバーのアプローチは、 アンテナのアスペクト角 (照射角) や偏波と無関係な、 「最悪条件」シールド効果の測定値を与えもする。

NSWC と共同で、このテクニックのバリデートのための作業が行なわれている。 モード撹拌チャンバーと、 同軸測定治具内での伝送／反射係数に基づく測定とのあいだの比較も行なわれている。 これらの測定は数 kHz からおおよそ 2GHz までにわたって行なわれ、 モード撹拌チャンバーと同軸治具の結果のあいだの比較は励みになるようなもので、 典型的には ±2〜3dB の測定相関を与える。

DERA で開発された測定テクニックは、 掃引されたシールド効果データの取り込みと処理のために、 Visual BASIC で書かれたカスタムのソフトウェアを用いている。 そのテクニックは以下の測定手続きを用いる：

1. ベースライン校正データ： これは、テスト・フィクスチャを取り付け、 だが RF ガスケット材やシールド材を取り除いて行なわれる、 「スルー・フィクスチャ」校正測定である。 すなわち、受信アンテナは、開かれたフィクスチャを通して送信フィールドに曝される。

2. シールド効果測定： この測定は、テスト・フィクスチャ内にシールド材を置いて行なわれる。 その材料のシールド効果は、 ベースライン校正とシールド・データのあいだの差の計算によって決定される。

3. ダイナミック・レンジ測定： この測定は、そのチャンバーと測定フィクスチャでの 最大測定可能シールド効果を決定するために行なわれる。 これは、通常は黄銅かアルミニウムの校正用パネルを フィクスチャ内に取り付けて達成される。

典型的なシールド効果、あるいは減衰量の結果は、 次の図に示すようなものである。 これらの結果は、エラストマ・ガスケットの性能と比較しての、 いくつかの接合形状のシールド効果／減衰量を示す。 示された結果は、全て5次多項式近似を用いた「最良当て嵌め」カーブである。

継目の重なりと RF ガスケット材に対する典型的なシールド効果の結果

複合材試料パネルの典型的な測定結果を次の図に示す。 この図は、モード撹拌チャンバー内で測定された、 典型的な複合材パネルの試料のシールド性能を示す。 加えて、この図は、 テスト・フィクスチャ内に置かれた連続な金属の校正用パネルで測定された 最大ベースライン、あるいはアイソレーションも示す。

複合材パネルの試料の典型的なシールド効果の結果

「複式」モード撹拌シールド効果測定テクニックは、 RF ガスケットやその他のシールド材の評価における有用なツールとなることが示された。 このテクニックは、典型的には ±3dB の、「良好」な試験間再現性を与える。 このテクニックは標準的な測定テクニックよりも時間を要さず、 100MHz〜18GHz の典型的な測定は完了までにおおよそ2時間を要する。 100MHz〜18GHz の周波数範囲は、アンテナと増幅器の帯域幅に応じて、 典型的には8個の周波数範囲に分割される。 典型的には、1つの試料の測定のあいだに6000ポイント強のデータがとられる。

モード撹拌チャンバー・テクニックを用いた シールド・ケーブル・アセンブリの評価のための試験テクニックへ向けた作業が、 DERA で続けられている。 ケーブル遮蔽測定テクニックについて議論する記事が、近い将来に書かれることだろう。

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2010-02-03