复合材料电磁屏蔽试验规范

复合材料电磁屏蔽试验规范1范围本规范规定了复合材料电磁屏蔽效能测试的试验原理、试验条件、试样制备、试验步骤、数据处理及试验报告等内容，适用于航空航天、轨道交通、电子电气等领域应用的结构型、填充型电磁屏蔽复合材料，包括碳纤维增强复合材料、玻璃纤维复合导电填料材料、石墨烯改性复合材料等在30MHz~18GHz频率范围内的电磁屏蔽效能测试，其他频段或特殊用途复合材料的屏蔽试验可参照本规范执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T30147-2013电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法GJB6190-2008电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法ASTMD4935-18平面材料电磁屏蔽效能标准测试方法IEC61000-4-3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验3术语和定义3.1电磁屏蔽效能electromagneticshieldingeffectiveness在同一试验条件下，无试样时接收端的电磁功率与有试样时接收端的电磁功率的比值，通常以分贝（dB）为单位，计算公式为：$$SE=10\lg\frac{P_1}{P_2}=20\lg\frac{E_1}{E_2}$$其中$P_1$、$E_1$为无试样时的接收功率、电场强度，$P_2$、$E_2$为有试样时的接收功率、电场强度。3.2法兰同轴法flangecoaxialmethod通过法兰同轴装置将平面试样夹持在同轴线的内外导体之间，利用同轴传输线的横电磁波模式测试材料屏蔽效能的方法，适用于30MHz~1.5GHz频段测试。3.3毫米波暗室法millimeterwaveanechoicchambermethod在吸波暗室中通过发射天线向试样发射平面波，接收天线测试透过试样的电磁信号强度，计算屏蔽效能的方法，适用于1GHz~18GHz频段测试。3.4接触电阻contactresistance试样与测试装置电极之间的接触界面产生的附加电阻，其数值波动会对低屏蔽效能材料的测试结果产生显著影响。4试验条件4.1环境条件除非另有规定，试验应在标准大气条件下进行：温度：15℃~35℃；相对湿度：25%~75%；大气压力：86kPa~106kPa。对于需要在极端环境下测试的复合材料，可根据应用需求设置高低温、湿热、盐雾等环境预处理条件，预处理过程需在试验报告中明确记录。4.2设备要求4.2.1法兰同轴测试装置同轴线特性阻抗为50Ω，电压驻波比不大于1.1，夹具内导体直径3mm、外导体直径7mm，法兰接触面平整度不低于0.8μm，接触压力可在0MPa~5MPa范围内调节，压力偏差控制在±0.1MPa以内。4.2.2矢量网络分析仪频率覆盖范围需满足测试频段要求，动态范围不小于120dB，幅度测量精度不超过±0.2dB，校准后校准面的驻波比不大于1.05。4.2.3毫米波暗室测试系统发射天线与接收天线增益不低于15dBi，前后比不小于30dB，暗室背景噪声电平比试样最低屏蔽效能预期值低至少20dB，试样架采用非金属低介电常数材料制作，对电磁波的反射率不大于-30dB。4.2.4辅助设备包括千分尺（精度不低于0.01mm）、分析天平（精度不低于0.1mg）、表面粗糙度仪（精度不低于0.02μm）、环境试验箱等。5试样制备5.1试样尺寸法兰同轴法测试：试样为圆形，直径110mm±0.1mm，厚度0.1mm~10mm，边缘无毛刺、裂纹，表面平整度偏差不超过0.05mm/100mm；毫米波暗室法测试：试样为方形，边长300mm±0.5mm，厚度与实际应用厚度一致，边缘切割整齐，无分层、翘曲缺陷。同一批次试验的试样数量不少于5个，每个试样需标注唯一编号，记录厚度、面密度、制备工艺等基础信息。5.2试样预处理5.2.1常规预处理试样在测试前需在标准大气条件下放置24h，放置过程中避免试样表面沾染灰尘、油污，不得弯折、划伤试样表面。5.2.2环境老化预处理根据测试需求，可对试样进行循环老化处理，典型老化条件包括：高低温循环：-40℃~125℃，温度变化速率10℃/min，循环次数100次；湿热老化：温度85℃、相对湿度85%，放置时间1000h；盐雾老化：5%NaCl溶液，温度35℃，连续喷雾时间500h。老化后试样需用无水乙醇擦拭表面，在标准大气条件下放置2h后方可进行测试。5.3试样状态检查测试前采用千分尺在试样表面均匀选取5个点测量厚度，取平均值作为试样厚度；采用表面粗糙度仪测量试样与电极接触面的粗糙度，Ra值不大于1.6μm，若粗糙度不满足要求，需对试样表面进行抛光处理后重新测试。6试验步骤6.1设备校准6.1.1法兰同轴系统校准采用直通、短路、负载（OSL）校准方法对矢量网络分析仪进行全双端口校准，校准面延伸至法兰夹具接触面。校准后接入短路板进行验证，30MHz~1.5GHz频段内测得的屏蔽效能应大于100dB，偏差不超过±1dB，否则需重新校准。6.1.2毫米波暗室系统校准首先进行无试样空测，记录接收功率$P_0$，调整发射功率使接收功率高于背景噪声至少30dB。将标准铝板（厚度1mm，纯度99.99%）放置在试样架上，测试其屏蔽效能，与理论计算值偏差应不超过±2dB，确认系统状态正常后方可进行试样测试。6.2法兰同轴法测试（30MHz~1.5GHz）6.2.1将试样平整放置在法兰夹具中间，确保试样与内外导体完全接触，无间隙、无错位。按照材料应用场景设置接触压力，常规测试接触压力为1MPa，特殊应用场景需在试验报告中注明实际压力值。6.2.2设置矢量网络分析仪测试参数：频率扫描范围30MHz~1.5GHz，扫描点数不少于1001个，中频带宽1kHz，功率输出0dBm。6.2.3依次测试无试样时的传输参数$S_{21(0)}$和有试样时的传输参数$S_{21(s)}$，每个试样重复测试3次，每次测试间隔不少于10s，取平均值作为该试样的测试结果。6.2.4测试过程中若出现信号低于仪器动态范围下限的情况，记录为“大于仪器动态范围上限值”，不得随意终止测试。6.3毫米波暗室法测试（1GHz~18GHz）6.3.1试样安装在非金属试样架上，试样中心与发射、接收天线的轴线重合，天线距离试样的距离满足远场条件，即$R\geq\frac{2D^2}{\lambda}$，其中$D$为发射天线口径，$\lambda$为测试频率对应的波长。6.3.2测试参数设置：频率扫描范围1GHz~18GHz，扫描点数不少于2001个，发射天线增益18dBi，发射功率10dBm。6.3.3分别测试垂直极化和水平极化两种极化方向下的透过信号强度，每个极化方向测试3次，取平均值作为该极化方向的测试结果。对于各向异性复合材料，需增加0°、45°、90°三个纤维取向的测试。6.3.4测试过程中暗室门保持关闭，无关人员不得进入暗室，避免环境反射对测试结果产生干扰。6.4特殊测试项目6.4.1屏蔽效能均匀性测试在试样表面选取9个均匀分布的测试点，每个点测试1GHz、3GHz、10GHz三个典型频率的屏蔽效能，计算9个测试点结果的相对偏差，偏差大于10%的试样判定为均匀性不合格。6.4.2力学载荷下屏蔽效能测试将试样安装在可调拉力/压力试验夹具上，施加0~极限载荷80%的阶梯载荷，每级载荷保持5min后测试屏蔽效能，记录载荷与屏蔽效能的对应关系。6.4.3长期稳定性测试将试样放置在标准大气条件下，每隔30天测试一次典型频率下的屏蔽效能，测试周期不少于12个月，评估屏蔽效能随时间的衰减率。7数据处理7.1屏蔽效能计算根据测试得到的传输参数，按以下公式计算屏蔽效能：法兰同轴法：$SE=-20\lg\left|\frac{S_{21(s)}}{S_{21(0)}}\right|$，其中$S_{21(s)}$为有试样时的传输系数，$S_{21(0)}$为无试样时的传输系数；暗室法：$SE=10\lg\left(\frac{P_0}{P_s}\right)$，其中$P_0$为无试样时的接收功率，$P_s$为有试样时的接收功率。7.2数据筛选同一批次试样的测试结果中，若个别数据与平均值偏差超过2倍标准差，可判定为异常值并剔除，剔除异常值后的有效数据量不得少于总测试量的80%，否则需重新制备试样进行测试。7.3结果表示测试结果以“平均值±标准偏差”的形式表示，保留1位小数。按照屏蔽效能数值对材料进行分级：低屏蔽效能：SE<20dB；中等屏蔽效能：20dB≤SE<40dB；高屏蔽效能：40dB≤SE<60dB；超高屏蔽效能：SE≥60dB。7.4不确定度评定测试不确定度主要来源于设备校准误差、试样尺寸偏差、接触电阻波动、环境反射干扰等因素，按照JJF1059.1的要求进行评定，常规测试的扩展不确定度不大于±3dB（k=2）。8试验报告试验报告应包含以下内容：a)本规范编号及试验依据；b)试样的名称、牌号、批号、制备单位、制备工艺、基本性能参数；c)试验环境条件（温度、湿度、气压）、预处理方式；d)测试方法、测试频段、测试设备型号及校准状态；e)每个试样的厚度、面密度、接触压力、测试取向等参数；f)各测试频率下的屏蔽效能平均值、标准偏差、数据分布范围；g)特殊测试项目的结果及分析；h)试验日期、试验人员、审核人员签字。9注意事项9.1测试过程中禁止在设备附近使用无线通讯设备，避免电磁干扰影响测试精度。9.2法兰夹具接触面需定期用无水乙醇擦拭，去除残留的碎屑、油污，防止接触电阻增大导致测试结果偏低。9.3对于含导电