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1.  同軸線纜屏蔽效能測試方法

同軸電纜在工業領域大規模應用于傳輸高速信號，在EMC領域是EMI信號輸入和EMS信號注入的重要的線纜。同軸電纜的性能有專業標準規范，而EMC應用中主要關注同軸電纜傳輸阻抗和屏蔽效能參數。同軸阻抗是同軸電纜芯線和屏蔽層傳輸射頻信號的阻抗，一般為50Ω，可以通過S21插損測試方法快速核查；同軸電纜屏蔽效能是指屏蔽層對傳輸信號的屏蔽作用，即同軸屏蔽層外層對在芯線和屏蔽層內層傳輸的信號的屏蔽能力。屏蔽效能異常的問題相對阻抗異常更加隱蔽，因為屏蔽異常時信號也還可以通過屏蔽外層甚至空間傳輸，信號質量和阻抗變化可能很小但會導致其他更復雜的問題，如輻射泄露、傳輸損耗加大、駐波比異常、外部信號干擾、功放的自激等。因此EMC工程師在工作中常常需要核查同軸線纜屏蔽效能來確保測試系統正常和測試結果真實有效。

由于趨膚效應影響，同軸電纜的屏蔽層可以等效為內外兩層。芯線傳輸的信號大部分通過屏蔽層內層回流，而屏蔽外層探測不到信號，屏蔽效能很高。但是屏蔽異常時信號會通過外層傳輸，同軸線纜上就會探測到傳輸信號，因此可以通過線纜外層共模電流來評估屏蔽性能優劣。以下是利用電流探頭測量共模電流快速核查同軸電纜屏蔽性能的操作方法。

圖一 同軸電纜屏蔽效能測試準備和測量深度

利用共模電流來評估同軸線纜屏蔽效能的測試系統由電流探頭、夾具、匹配電阻和帶跟蹤源的頻譜儀組成。首先按照電流探頭校準的布置對電流探頭和夾具的系數進行歸一化，然后將需要測量的同軸電纜接在跟蹤源輸出口并且端接50Ω同軸電阻，用電流探頭測量同軸線纜上的射頻電流信號。當屏蔽正常時跟蹤源發出的信號通過電纜芯線到達同軸匹配電阻再經內層回流，此時電流探頭在同軸線纜的外層測量不到電流，異常時就能在在線纜上測到射頻信號，通過信號的大小就能評估屏蔽效能。右圖是該設置下的屏蔽效能測量深度，在10kHz-1GHz頻率在40-60dB范圍內（減小內部衰減和打開前置放大器還能增加30dB）。

圖二 3米長度高性能同軸電纜屏蔽效能測試布置和測量結果

圖三 1米長度高性能同軸電纜芯線引出3cm對屏蔽效能的影響

以上兩張圖是高性能同軸電纜的屏蔽效能測試結果，可以看出該同軸線纜在全頻段屏蔽效能測試結果很好，但是如果將芯線露出屏蔽之外則會大大破壞屏蔽效果。

圖四  1米同軸電纜芯線引出對屏蔽效能的影響

圖五，1米同軸電纜芯線接入50Ω同軸電阻開路

圖六，1米同軸電纜芯線接入50Ω同軸電阻短路，芯線電流被測量

圖七，1米同軸電纜芯線接入50Ω同軸電阻銅箔屏蔽搭接

以上實驗可以看出屏蔽層與同軸端子的連接對屏蔽效能的影響很大：完全匹配并且搭接優良的屏蔽線纜能夠達到很好的屏蔽效果，任何的芯線暴露和屏蔽不連續都會導致屏蔽性能的下降。利用電流探頭測試共模電流的方法能夠對同軸線纜屏蔽性能進行快速評估，但更大測量范圍和高精度的評估需要在此基礎上提高設備精度增加環境電磁噪聲屏蔽。EMC應用中利用一根高性能同軸電纜作為基準對其他電纜進行比對就能快速完成評估。

2.   屏蔽線屏蔽效能的演示

屏蔽線的屏蔽效能也可以使用類似的方法進行評估。利用同軸夾具、電流探頭、銅箔、屏蔽銅網等就能進行進行快速的屏蔽演示。

圖八 屏蔽線屏蔽效能測試布置和歸一化

圖九 兩端接地的寬銅箔的屏蔽作用

圖十 兩端未接地的緊密銅箔包層沒有任何屏蔽效果

圖十一兩端接地的緊密銅箔有屏蔽效果

以上實驗可以看出對于較短的屏蔽線，屏蔽效能同樣主要取決于屏蔽層的導電性和兩端接地搭接。工程實踐使用的屏蔽線一般是對RS232/485，RJ45,CAN通訊或者關鍵的采樣信號線采用，目的是改善輻射發射或者提升抗擾能力，通常只需要在通訊或采樣的工作頻段內達到一定的屏蔽效果滿足測試要求即可，并不要求全頻段完美屏蔽。圖九可以看出僅增加一根并行的接地銅箔就能起到10-30dB屏蔽作用，因此實際產品開發中合理利用接地線或者貼近接地的金屬結構布線都能夠獲得一定屏蔽效果。更好的屏蔽層和更好的搭接方法能達到更好的屏蔽效能但也意味著更高的成本。以下演示屏蔽層和搭接對屏蔽效能的影響。

圖十二60cm線長的屏蔽效能演示布置和測量深度

圖十三編織銅網屏蔽兩端接地但不完全搭接的影響

圖十四 編織銅網兩端接地搭接良好的屏蔽效能

以上實驗可以看銅編織網的屏蔽性能相對銅箔要好一些，接地搭接良好能夠提供很高的屏蔽效能，但是接地搭接不良時依舊會對高頻的屏蔽產生影響。使用這種銅編織網能夠方便且高效地對線纜發射進行屏蔽，EMC診斷分析中可以利用這種方法對線纜進行排查。

3.   小結

同軸電纜的屏蔽異常會導致射頻電流流經外層，因此測量同軸線纜上的共模電流泄露能夠評估同軸電纜的屏蔽效能，使用電流探頭和S21測試設備就能實現方便快速測試。

屏蔽線的屏蔽效能與屏蔽層材質、端口接地搭接密切相關，但工程應用最重要的是對屏蔽應用頻段和屏蔽效能需求進行定義，最終結合成本來選擇合適的屏蔽線方案。