0 引言

 

箱體屏蔽是抑製電磁幹擾（EMI）的(de)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)
，主(zhu)要(yao)針(zhen)對(dui)輻(fu)射(she)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)進(jin)行(xing)抑(yi)製(zhi)。對(dui)於(yu)裝(zhuang)在(zai)箱(xiang)體(ti)內(nei)的(de)電(dian)子(zi)學(xue)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)，該(gai)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)通(tong)風(feng)散(san)熱(re)，要(yao)顯(xian)示(shi)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)值(zhi)、顯示運行狀態，那麼通風孔、安an裝zhuang表biao計ji及ji外wai部bu連lian接jie器qi需xu要yao在zai鋼gang板ban上shang開kai孔kong，箱xiang體ti上shang留liu下xia縫feng隙xi，就jiu會hui破po壞huai完wan整zheng的de密mi封feng屏ping蔽bi，由you此ci引yin起qi的de屏ping蔽bi性xing能neng的de下xia降jiang。通tong過guo設she備bei箱xiang體ti的de屏ping蔽bi設she計ji，提ti高gao設she備bei的de屏ping蔽bi性xing能neng
，要yao求qiu設she備bei箱xiang體ti抑yi製zhiEMI能力達到GJB151A-97 RE102標準限值。

 

 

pingbishiyimouzhongdaodiancailiaohuodaocicailiaozhichengdepingbitijiangminganqijianhuoquyufengbiqilai，xingchengdiancigeli，dadaozuduanhuojianshaodiancinengchuanbodeyizhongjishu，shiyizhidianciganraodecuoshizhiyi。pingbiyizhideshiyichangdexingshiyankongjianchuanbodeganrao，tashiyizhongshuangxiangyizhidejishu，jikeyixianzhineibufushedediancinengliangxielou

，youkeyifangzhiwaibufusheganraojinru。

 

電磁屏蔽按其屏蔽原理可分為：

 

1）電場屏蔽
，包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽；

 

2）磁場屏蔽，磁場屏蔽包含低頻磁場屏蔽和高頻磁場屏蔽；

 

3）電磁場屏蔽，既是前兩種的總和。

 

1.1 電磁幹擾的屏蔽效能

 

屏蔽效能是用來描述屏蔽體的好壞的指標。它表現了屏蔽體對電磁波的衰減程度。由於屏蔽體通常能將電磁波的強度衰減到原來的1/100至1/10000
，因此通常用分貝來表述。

 

設備箱體的屏蔽效能計算示意圖如圖1所示。

 

 

1）設備箱體的屏蔽材料吸收部分電磁波
，形成吸收損耗；

 

2）電磁波在設備箱體內發生反射，減小了電磁波的強度。反射後衰減的電磁波稱為反射損耗。

 

根據SE＝R＋A＋B

 

其中
，SE為屏蔽效能
，A為吸收損耗，R為反射損耗
，B為多次反射損耗。

 

上式中

 

 

出於分析的角度，利用式（1）來計算位吸收損耗：

 

 

式中f為頻率（Hz），為屏蔽體材料相對於銅的相對磁導率、為屏蔽體材料相對於銅的相對電導率，為常數為常數，l為壁厚（cm）。

 

1.2 箱體屏蔽材料的特性及其結構選擇

 

由(you)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)理(li)論(lun)可(ke)知(zhi)，磁(ci)屏(ping)蔽(bi)是(shi)利(li)用(yong)由(you)高(gao)導(dao)磁(ci)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)的(de)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)體(ti)來(lai)構(gou)成(cheng)的(de)

，提(ti)供(gong)低(di)磁(ci)阻(zu)的(de)磁(ci)通(tong)路(lu)使(shi)得(de)大(da)部(bu)分(fen)磁(ci)通(tong)在(zai)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)體(ti)上(shang)來(lai)分(fen)流(liu)，達(da)到(dao)屏(ping)蔽(bi)的(de)目(mu)的(de)。磁(ci)導(dao)率(lv)成(cheng)為(wei)選(xuan)擇(ze)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)的(de)主(zhu)要(yao)依(yi)據(ju)。

 

通常磁性材料分為：

 

1）弱磁性材料，包括順磁性物質和抗磁性物質

，其特點是相對磁導率產＝1，B與H是線性關係，在任意頻率的環境中，始終保持常數；

 

2）強磁性材料：鐵磁性物質

，其特點是B與H為非線性關係，頻率增高

，磁導率降低。

 

屏蔽效能除了與屏蔽材料直接相關外，與屏蔽體結構也相關。

 

電屏蔽結構
，影響電屏蔽的一個重要的因素就是分布電容C，減小C就(jiu)能(neng)提(ti)高(gao)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng)。因(yin)此(ci)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)

，電(dian)屏(ping)蔽(bi)體(ti)的(de)形(xing)狀(zhuang)最(zui)好(hao)設(she)計(ji)成(cheng)盒(he)形(xing)，盒(he)形(xing)結(jie)構(gou)通(tong)常(chang)包(bao)括(kuo)單(dan)層(ceng)蓋(gai)結(jie)構(gou)盒(he)雙(shuang)層(ceng)蓋(gai)結(jie)構(gou)
，根(gen)據(ju)要(yao)求(qiu)屏(ping)蔽(bi)的(de)程(cheng)度(du)不(bu)同(tong)來(lai)選(xuan)擇(ze)。

 

磁屏蔽結構，磁屏蔽是利用屏蔽體對磁通進行分流，因而大多采用盒狀、筒狀或柱狀的結構。由於磁阻與磁路的橫截麵積?和he磁ci導dao率lv成cheng反fan比bi，因yin而er磁ci屏ping蔽bi體ti的de體ti積ji和he重zhong量liang都dou比bi較jiao大da。若ruo要yao求qiu較jiao高gao的de屏ping效xiao時shi
，一yi般ban采cai用yong雙shuang層ceng屏ping蔽bi，此ci時shi在zai體ti積ji重zhong量liang增zeng加jia不bu多duo的de情qing況kuang下xia，能neng顯xian著zhu提ti高gao屏ping蔽bi效xiao能neng。

 

電磁屏蔽結構，電磁屏蔽是利用屏蔽體對幹擾電磁波的吸收
、反射來達到減弱幹擾能量作用的。因此，電磁屏蔽可采用板狀、盒狀、筒狀、柱狀的屏蔽體。

 

1.3 不完整屏蔽對屏蔽效果的影響

 

1.3.1 縫隙影響

 

如圖2所示
，設在金屬屏蔽體中有一無限長的縫隙，其間隙距離為g，屏蔽板的厚度為t
，入射電磁波的磁場強度為H0，泄漏到屏蔽體中的磁場強度為Hp
，當趨膚深度d＞0.3g?時

，可以得到。由上式分析可以知道，當縫隙較窄較深時(亦即t較大，g較小)

，磁場泄漏就小，反之就大。磁場通過這個縫隙的衰減為

 

 

 

（2）隻是對實際情況的簡化和抽象，縫隙所帶來的泄漏比較複雜
，它與縫隙的寬度、bancaidehoudu，fengxideshumuyijibochangdengdouyoumiqieguanxi。ganraodepinlvyuegao，fengxidexielouyueyanzhong，tebieshidangfengxidezhixianchicunjiejinbochangshi
，huichanshengtianxianxiaoying，yanzhongdipohuaipingbitidepingbixiaoguo。

 

1.3.2 通孔影響

 

由於通風及其安裝固定各種附件的需要，可能會在在屏蔽結構上開有圓形或矩形的孔洞，電磁波會通過這些孔洞產生泄漏。

 

設屏蔽板上有若幹個孔洞，包括圓孔和方孔，孔的麵積為S，屏蔽板麵積為A
，當A遠大於S的時候，亦即圓孔的直徑或方孔的邊長比波長小很多時，通過孔洞泄漏的磁場強度Hp為

 

 

若屏蔽板上有n個孔
，則總的泄漏磁場強度為

 

 

若孔為矩形，其短邊為a，長邊為b，曲積為S''
，設與矩形孔泄漏等效的圓孔麵積為S，則：

 

 

結合上述幾個公式可得泄漏磁場強度。

 

在實際情況下，金屬屏蔽板後側電磁波總的透射係數應為金屬屏蔽板本身的透射係數TS與孔洞電磁波的透射係數之和，即

 

 

其中

 

 

因此總的屏蔽效能為

 

 

 

合he理li的de結jie構gou設she計ji，可ke以yi使shi屏ping蔽bi體ti在zai開kai了le若ruo幹gan通tong風feng孔kong以yi後hou
，不bu但dan能neng保bao證zheng良liang好hao的de通tong風feng散san熱re
，而er且qie能neng保bao證zheng屏ping蔽bi效xiao能neng不bu下xia降jiang，其qi基ji本ben出chu發fa點dian在zai於yu
，將jiang每mei個ge通tong風feng孔kong設she計ji成cheng對dui欲yu屏ping蔽bi的de電dian磁ci波bo構gou成cheng衰shuai減jian波bo導dao管guan的de形xing狀zhuang，如圖3所示。

 

 

2.1 箱體通風窗的實壁結構設計

 

通用通風窗結構是直接在屏蔽體壁上開孔，如圖4所示。每個通風孔直徑為d
，相鄰通風孔間矩為d，相鄰通風孔間矩為c
，通風孔形成的通風窗口(孔陳列)的邊長為l，屏蔽壁厚為t，則該窗口對磁場的總屏蔽效能為

 

 

 

2.2 箱體通風窗的蜂窩結構設計

 

設備箱體的實壁開孔結構設計，對於電磁屏蔽存在兩個問題：

 

1）實壁開孔結構設計要滿足形成衰減器的條件，要求t大於d，即要求箱體的壁厚大於開孔的孔徑。要求孔徑小於l/4

；

 

2）如(ru)果(guo)在(zai)設(she)備(bei)箱(xiang)體(ti)上(shang)直(zhi)接(jie)開(kai)通(tong)風(feng)孔(kong)
，那(na)麼(me)灰(hui)塵(chen)會(hui)通(tong)過(guo)通(tong)風(feng)孔(kong)進(jin)入(ru)箱(xiang)體(ti)內(nei)，汙(wu)染(ran)電(dian)子(zi)學(xue)係(xi)統(tong)，甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)短(duan)路(lu)現(xian)象(xiang)的(de)發(fa)生(sheng)。蜂(feng)窩(wo)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)的(de)通(tong)風(feng)窗(chuang)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)此(ci)類(lei)現(xian)象(xiang)的(de)發(fa)生(sheng)。

 

綜合上述兩種原因，本設備箱體選擇蜂窩結構的通風窗設計，達到良好的屏蔽效果。

 

2.3 箱體結構優化設計

 

針(zhen)為(wei)避(bi)免(mian)設(she)備(bei)箱(xiang)體(ti)內(nei)的(de)電(dian)子(zi)學(xue)係(xi)統(tong)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)時(shi)溫(wen)度(du)高(gao)，必(bi)須(xu)在(zai)箱(xiang)體(ti)采(cai)用(yong)蜂(feng)窩(wo)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)的(de)通(tong)風(feng)窗(chuang)，為(wei)元(yuan)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)通(tong)風(feng)散(san)熱(re)。根(gen)據(ju)電(dian)子(zi)學(xue)係(xi)統(tong)的(de)幹(gan)擾(rao)電(dian)磁(ci)波(bo)波(bo)長(chang)，在(zai)箱(xiang)壁(bi)處(chu)開(kai)圓(yuan)孔(kong)直(zhi)徑(jing)為(wei)5mm，那麼對波長小於20mm的電磁波起到完全屏蔽。為了進一步加強屏蔽效果，在箱體內壁加一層孔徑為0.5mm的金屬網
，同時又能達到散熱的目的。把邊界設置為輻射邊界時，加固箱體距輻射邊界的距離為求解頻率波長的1/4。如圖5所示。仿真求解頻段為0.1 GHz～1GHz；求解步長為0.02GHz
；求解迭代步數為50次

；求解精度為0.02。采用離散掃描。首先提取通風板正前方8mm處的泄漏電場的場強值E1；去掉屏蔽殼體後再提取相應點的電場場強值E2
；對比兩次場強結果，得到箱體的屏蔽效能

 

 

 

圖6為仿真得到的屏蔽效能曲線。表1為屏蔽效能具體實驗數據。

 

 

 

 

3.1 測試框圖

 

測量來自設備及其有關電線、電纜的電場輻射發射，EMI測試框圖如圖7所示。

 

 

3.2 測試過程描述

 

試樣件放在屏蔽室內的測試圓台上（圓台上覆有接地銅皮），在距試樣1m處，分別架設有源棒狀天線（10kHz～30MHz）
、雙錐天線（30MHz～200MHz）
、對數周期天線（200MHz～1GHz）和雙脊喇叭天線（1GHz～18GHz），在30MHz～18GHz測試頻段，進行天線的水平極化和垂直極化方式測試。用ESI40接收機監測試樣及有關電纜的電場輻射發射。

 

3.3 測試曲線

 

本實驗是在中國科學院光電研究院EMC實驗室進行，圖8是天線垂直極化狀態下的電場輻射發射曲線（10kHz～1GHz），圖9是天線水平極化狀態下的電場輻射發射曲線（10kHz～1GHz），圖10是天線水平極化狀態下的電場輻射發射曲?線（1GHz～18GHz）。

 

 

 

 

3.4 測試結果

 

受試件10kHz～18GHz電場輻射發射測試，未超過GJB151A-97 RE102限值，該項測試通過。

 

 

本文詳細分析設備的電磁幹擾源

、結構的縫隙和通孔的影響，選擇合適的屏蔽材料
，建立設備箱體結構模型，仿真實驗得到了設備較好的屏蔽效能曲線和實驗數據
；並按GJB151A-97要求，對設備進行EMI輻射測量
，實測數據未超過GJB151A-97 RE102限值，驗證設備箱體的EMI屏蔽設計達到了設計要求。

 

參考文獻：

 

[1]  周旭. 電子設備防幹擾技術原理與技術[M]. 北京: 國防工業出版社, 2005: 33.

 

[2]  葉誌瓊. 電子設備的電磁兼容技術[J]. 通信電源技術, 2005, 22(l): 37-40.

 

[3]  和軍平, 薑建國, 陳斌. 電力電子裝置傳導電磁幹擾特性測量的新方法[J]. 電力電子技術, 200l, 5: 32-35.

 

[4]  盛新慶. 計算電磁學要論[M]. 北京:科學出版社, 2005.

 

[5]  趙陽, 李世錦, 等. 傳導性EMI噪聲的模態分離與噪聲抑製問題探討[J]. 南京師範大學學報(工程技術版), 2004, 4(4): 1-4.

 

[6]  金建銘. 電磁場有限元方法[M]. 西安: 西安電子科技大學出版社, 1998.