IEC 62153-4-152021 金属电缆和其他无源元件试验方法第4-15部分电磁兼容性（EMC）用三轴电池测量传输阻抗和屏蔽衰减或耦合衰减的试验方法标准立项发展报告

金属电缆和其他无源元件试验方法第4-15部分：电磁兼容性（EMC）用三轴电池测量传输阻抗和屏蔽衰减或耦合衰减的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MetallicCablesandOtherPassiveComponentsTestMethods-Part4-15:ElectromagneticCompatibility(EMC)-TestMethodforMeasuringTransferImpedanceandScreeningAttenuationorCouplingAttenuationwithTriaxialCell摘要随着通信技术的高速发展，金属电缆及其无源元件在有线传输系统中的电磁兼容性能日益成为影响系统整体可靠性和安全性的关键因素。IEC62153-4-15:2021作为国际电工委员会发布的关于金属电缆电磁兼容性测试方法的技术标准，为采用三轴电池法测量传输阻抗和屏蔽衰减（或耦合衰减）提供了统一的试验依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术原理、适用范围及主要试验方法，分析了标准在电缆屏蔽性能评价、电磁干扰防护及产品认证等领域的重要应用价值。报告指出，该标准通过完善三轴电池测量技术体系，有效解决了宽频带范围内屏蔽性能精确测量的技术难题，对提升电缆产品质量、促进国际贸易和技术交流具有重要的指导意义。标准的发布实施将进一步推动电磁兼容测试方法的规范化与国际化，为相关产业的技术升级和标准体系建设提供有力支撑。关键词：金属电缆；电磁兼容；三轴电池法；传输阻抗；屏蔽衰减；耦合衰减；IEC标准Keywords:Metalliccables;Electromagneticcompatibility(EMC);Triaxialcellmethod;Transferimpedance;Screeningattenuation;Couplingattenuation;IECstandard一、引言1.1立项背景在当代信息化社会中，电缆作为信息传输的重要载体，在通信网络、工业控制、交通运输、航空航天和军事装备等领域发挥着不可替代的作用。然而，伴随着电子设备数量的急剧增加和频谱资源的日益拥挤，电磁干扰问题愈发突出。电缆的屏蔽性能直接关系到信号传输的完整性和系统的电磁兼容性，因此建立科学、准确、可重复的屏蔽性能测试方法成为行业迫切需要解决的技术问题。传输阻抗和屏蔽衰减（或耦合衰减）是评价电缆屏蔽效能的两个核心参数，但长期以来，各国家和地区的测试方法存在差异，导致测试结果缺乏可比性，制约了国际间的技术交流和贸易合作。在此背景下，IEC第46A分技术委员会（同轴电缆分技术委员会）组织制定了IEC62153-4-15标准，统一采用三轴电池法进行相关参数的测试。1.2标准基本情况本标准由国际电工委员会（IEC）于2021年8月3日正式发布，标准编号为IEC62153-4-15:2021，是IEC62153标准体系的重要组成部分。该标准归属于IEC第46A技术委员会（同轴电缆、波导和其他射频电缆），标准语言为英语和法语，分类号对应同轴电缆、波导和其他射频电缆领域。该标准替代了此前的版本，对三轴电池法测量传输阻抗和屏蔽衰减或耦合衰减的试验方法进行了系统修订和技术完善。二、标准的适用范围与核心技术内容2.1适用范围本标准规定了用于测量金属电缆和其他无源元件传输阻抗以及屏蔽衰减或耦合衰减的三轴电池试验方法，适用于同轴电缆、对称电缆、多芯电缆等各类金属电缆的屏蔽性能评价。其技术方案不仅适用于成品电缆的型式试验和质量控制，也适用于电缆组件的屏蔽效能评估。标准所规定的试验方法覆盖的频率范围广，可满足从低频到高频宽频带的测试需求，尤其适用于射频电缆和高速数据传输电缆的电磁兼容性能评价。具体而言，标准适用范围包括频率范围覆盖10kHz至3GHz以上（取决于具体测试装置设计）的各类金属屏蔽电缆，应用场景涵盖通信基站馈线系统、轨道交通信号系统、工业现场总线、数据中心高速互连以及汽车电子线束等对电磁兼容性能有严格要求的领域。2.2标准修订的主要内容本次修订版本相对于前一版本，主要在以下方面进行了技术更新和改进：在术语定义方面，标准对传输阻抗、屏蔽衰减、耦合衰减等关键术语进行了更为精确的界定，明确了各参数之间的数学关系和物理含义，便于测试人员理解和操作。在测试装置方面，标准对三轴电池的结构设计提出了更明确的技术要求，包括内外导体同轴度、终端匹配阻抗、测试夹具的寄生参数控制等，从而提高了测试结果的准确性和一致性。在校准方法方面，标准完善了系统校准程序，增加了对参考样品的校准要求，使测试系统的整体不确定度得到有效控制。在测试条件方面，标准对温度、湿度等环境条件，以及测试样品的预处理、端接方式等操作细节做出了更细致的规定，提升了测试的可重复性和可比性。2.3三轴电池法测量原理及应用三轴电池法是测量电缆屏蔽性能的国际通用方法，其测量原理基于三同轴结构——内导体、屏蔽层和外导体组成的三层同轴系统，通过在被测电缆屏蔽层内外分别施加激励信号和检测响应信号，精确表征屏蔽层的电磁传输特性。测量原理详解：三轴电池试验装置的核心是一个由内导电管和外导电管构成的圆柱形结构，被测电缆沿中心轴线穿过该结构，电缆的屏蔽层构成内导电管的一部分，外导电管作为外回路，两者之间形成规定尺寸的同轴传输线结构。测试时，信号发生器向电缆的屏蔽层注入已知的干扰电流，在电缆内导体上感应出的电压或电流即可通过测量接收机精确检测；反之，也可从外部向三轴电池施加电磁场，观测电缆屏蔽层外部耦合到内部导体的信号强度。三轴电池法具有以下显著的技术优势：测量动态范围大，可精确测量低至亚毫欧级别的传输阻抗；频率覆盖范围宽，通过设计不同尺寸的电池结构可覆盖10kHz至数吉赫兹的频段；测试结果与电缆实际使用条件下的屏蔽效能具有较好的相关性；测量可重复性好，试验装置的结构固定，边界条件明确，因而不同实验室之间的测试结果具有良好的可比性。耦合衰减的测量方式：在测量屏蔽衰减或耦合衰减时，三轴电池同样可提供规定的电磁耦合路径，使外部电磁场均匀地作用于被测电缆的屏蔽层，通过测量穿过屏蔽层后的泄漏信号强度与入射场强之比，即可计算出屏蔽衰减或耦合衰减值。该方法尤其适用于评估电缆在外部电磁场干扰下的屏蔽能力，对于电磁干扰防护设计具有重要参考价值。三、标准的技术要点分析3.1传输阻抗测量技术要点传输阻抗ZT是表征电缆屏蔽层对电磁干扰抑制能力的核心参数，定义为屏蔽层上的感应电压与流过屏蔽层的电流之比，单位为Ω/m。在低频段，传输阻抗主要由屏蔽层的直流电阻决定，屏蔽效果主要依赖于屏蔽材料的导电性能；随着频率升高，趋肤效应和孔径耦合效应逐渐主导传输阻抗的频响特性。标准中规定的三轴电池法在测量传输阻抗时，要求精心设计试验夹具以保证良好的阻抗匹配，并通过合理的终端处理方式消除反射信号的干扰。在实际测量中，被测电缆屏蔽层两端与三轴电池的内外导体之间需要形成可靠的电气连接，以保证注入电流沿屏蔽层均匀分布，从而准确测得单位长度的传输阻抗值。3.2屏蔽衰减/耦合衰减测量技术要点屏蔽衰减（或耦合衰减）是描述电缆整体屏蔽效能的参数，反映的是电磁能量穿过屏蔽层后的衰减程度，通常以dB为单位。测量时，三轴电池的一端连接信号源，在被测电缆的外部空间建立已知强度的电磁场，在另一端通过测量接收机检测穿过屏蔽层后的残余信号能量。屏蔽衰减与传输阻抗之间存在确定的数学关系，两者都随频率变化，但各有侧重。传输阻抗更适用于描述低频段的屏蔽性能，而屏蔽衰减则能较好反映高频段的屏蔽效果。三轴电池法可以同时获得这两个参数，为全面评价电缆的屏蔽性能提供了完整的解决方案。3.3试验装置及环境要求标准对三轴电池试验装置的主要技术指标提出了明确要求，包括：内外导体的尺寸公差、特性阻抗的精度范围（通常为50Ω±1Ω）、端接接头的反射系数限值、试验装置的固有传输阻抗（应远低于被测电缆的传输阻抗，以保证测量灵敏度）以及屏蔽效能（外部电磁干扰对测量结果的影响应可忽略）等。在测试环境方面，标准要求电磁兼容测试应在屏蔽室内进行，环境背景噪声应低于被测信号最低电平至少10dB以上；温度和相对湿度应控制在规定范围内，推荐温度为23℃±5℃，相对湿度为45%～75%，以确保测试结果的准确性和稳定性。对于特殊要求的测试，如高温、低温环境下的屏蔽性能评估，标准建议参考相应的高温试验标准配合执行。四、标准的意义与应用前景4.1产业应用价值随着5G通信、物联网、新能源汽车、工业4.0等战略性新兴产业的快速发展，对高性能屏蔽电缆的需求持续增长，同时对电缆电磁兼容性能的要求也日益严格。本标准所规定的三轴电池法为电缆制造企业提供了统一的测试技术依据，有助于企业优化产品设计、改进生产工艺、控制产品质量，推动屏蔽电缆技术水平的整体提升。在产品质量控制方面，电缆制造企业可将标准规定的测试方法作为出厂检验和型式试验的依据，确保批量产品屏蔽性能的一致性。在工程应用方面，系统设计人员可依据标准测试获得的屏蔽性能参数，合理选用电缆型号，优化系统电磁兼容设计方案。在市场监管和产品认证方面，标准为检测机构提供了可靠的测试手段，为政府监管和市场准入提供了技术支撑。4.2国内外标准协调性分析IEC62153-4-15:2021是国际电工委员会发布的国际标准，在世界范围内具有广泛的影响力。该标准与我国国家标准GB/T17737系列（等同采用IEC62153系列标准）保持技术一致性。目前，我国正在积极推进该标准的转化工作，以促进国内电缆测试技术与国际接轨。在国际贸易中，IEC标准的符合性是产品进入国际市场的通行证。通过采用本标准规定的测试方法，国内电缆制造企业可以在国际竞争中充分展示产品的技术优势，有效规避技术性贸易壁垒，提升产品的国际竞争力。4.3发展趋势与展望当前，电缆屏蔽性能测试技术正在向高频化、宽带化、自动化和智能化方向发展。随着高速数据传输速率向400Gbps甚至更高演进，对电缆屏蔽性能测试的频率范围要求不断提高，三轴电池法也面临着向毫米波频段拓展的技术挑战。随着新材料、新结构屏蔽电缆的不断涌现，如石墨烯屏蔽层、纳米复合屏蔽材料等，测试方法也需要持续更新以适应新型电缆的屏蔽性能评价需求。自动化测试和数据智能化处理是未来测试技术发展的必然趋势。通过将三轴电池测试系统与计算机控制的自动测试软件相结合，可实现扫频测量、数据自动采集和智能分析，大幅提高测试效率和数据处理能力。同时，基于大数据和人工智能技术的测试数据处理方法，也将为屏蔽性能的精确评估和产品优化设计提供更强有力的工具。五、主要参与制修订单位介绍莱尼电气线缆（中国）有限公司是参与IEC62153-4-15标准应用与推广的重要企业之一。该公司是德国莱尼集团（LEONIAG）在华设立的全资子公司，莱尼集团是全球领先的电缆和线束系统供应商，总部位于德国纽伦堡，业务遍及全球30多个国家和地区。莱尼集团在电缆研发和制造领域拥有超过百年的技术积累，其产品广泛应用于汽车工业、通信行业、医疗设备、工业自动化等多个领域。作为IEC62153系列标准的重要用户和技术贡献者，莱尼公司在标准应用实践、测试方法验证和技术反馈方面积累了丰富的经验。莱尼电气线缆（中国）有限公司技术中心的电磁兼容实验室配备了符合IEC62153-4-15要求的三轴电池测试系统，具备完善的电缆屏蔽性能检测能力，其测试结果得到了国内外多家认证机构的认可。莱尼公司的技术团队在长期的标准实践中，积累了丰富的三轴电池法测试经验，参与了多项相关标准的研讨和推广活动。其位于常州的研发中心实验室不仅服务于企业内部产品的质量控制，还面向行业提供电磁兼容测试技术服务，推动了该标准在中国电缆行业的广泛应用和深入实施。莱尼公司依托其全球化技术平台，将国际前沿的测试技术和质量管理理念引入中国市场，为中国电缆行业技术水平的提升和国际标准化事业的发展作出了积极贡献。此外，该标准的制定和推广还得到了国际电工委员会第46A技术委员会的统筹协调，以及各成员国国家委员会、电缆制造企业、检测认证机构和科研院所的广泛参与和大力支持。六、结论IEC62153-4-15:2021《金属电缆和其他无源元件试验方法第4-15部分：电磁兼容性（EMC）用三轴电池测量传输阻抗和屏蔽衰减或耦合衰减的试验方法》是国际电缆电磁兼容测试领域的重要技术标准。该标准系统规定了采用三轴电池法测量电缆传输阻抗和屏蔽衰减（或耦合衰减）的技术要求和试验程序，为电缆屏蔽性能的科学评价提供了统一的国际认可的技术依据。标准的发布实施具有多方面的重要意义：在技术层面，它进一步完善了三轴电池测量方法的技术体系，提高了测试结果的准确性和可比性；在产业层面，它为电缆制造企业、检测机构和用户单位提供了统一的技术语言，促进了产业链各环节的高效协作；在贸易层面，它有助于消除技术性贸易壁垒，促进国际电缆产品的流通和技术交流。参考文献[1]IEC62153-4-15:2021,Metal