浅析电磁屏蔽技术在电子方舱中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Analysis of Electromagnetic Shielding Technology in Electronic ShelterHE Ting，LI Qiao(The 28 Research Institute，CETC，Nanjing 210007，China)Abstract：Firstly，the importance of research on electromagnetic shielding technology was briefly introduced，militaryshelter electromagnetic shielding requirements and the theory of electromagnetic shielding were presented.Secondly，theskin treatment and openings treatment in practice and application perspective were analyzed，which could improve electro-magnetic shielding performance，at the same time，the key points of electromagnetic shelter design were pointed out.Atlast，improvements for the shelter design were proposed for folowing-up study。

Key words：electromagnetic shielding，shelter design，application方舱作为-种通用的设备装载平台，具有良好的战锄动能力、快速的反应能力、适宜的舱载设备和人员工作环境，并且具备-定的防护能力，使其在各个行业中的应用越来越广泛，尤其以军用行业最为突出 ，主要表现在雷达系统以及通信和导航系统 、指挥控制系统、工程维修系统、后勤保障系统等诸多方面。随着微波技术 的快速发展 ，现代战争 中战场的电磁环境日益复杂，电磁屏蔽方舱成为防止己方电磁信息泄漏，保护己方人员和信息设备免受电磁波干扰和辐射危害的重要工具 ；因此 ，研究提高方舱电磁屏蔽性能具有重要意义。

1 方舱的电磁屏蔽要求按 GJB 6109-2007(军用方舱通 用规 范》的要求 ，将方舱的电磁屏蔽分为 3级 ：工级 ，频率范 围为0.09 MHz～18 GHz，电磁衰减量为 60 dB；Ⅱ级 ，频率范围为 0.10 MHz～10 GHz，电磁衰减 量为 60dB；Ⅲ级，频率范围为 0.10 MHz～10 GHz，电磁衰减量为 40 dB。

[8]陈吉，吴绍光，徐斌富.基于 RFID的 EPC中间件的设计[J].电子技术，2011(3)：40-42。

[9]高华，楼惠群.移动通信技术在物联网中的应用探讨[J].数字通信，2011(1)：38-40。

[1O]刘建明，赵峰，张月霞.3G和 4G无线通信技术在 ICT网络模式中的应用[J].电力系统通信，2009，30(201)：4。

[11]刘秀.云计算 中的数据管理关键技术及其应用[J].信息 与电脑 ，2012(4)：121-122。

[12]王培海 ，刘宴兵，肖云鹏.面向云服务的移动中间件研究[J].电信科学，2011(12)：16-20。

[13]古军峰，厉春生，张玉册.基于神经网络的舰艇指控系统故障诊断专家系统[J].舰船电子工程，2011(8)：143-145。

[14]姜永增，董晶，宋广军，等.物联网智能家居无线传感器网络节点设计[J].制造业 自动化 ，2011，33(2)：187-189。

[15]高喝，付骞.基于 Android嵌入式操作系统的 DSRC应用平台[J].信息技术与信息化，2010(4)：30-32。

[16]冯登国，张敏，张妍，等.云计算安全研究[J].软件学报 ，2011(1)：71-83。

作者简介：赵学洋(1979-)，男，工程师，主要从事海洋船舶驾驶与航海技术等方面的研究。

收稿日期：2012年 12月 12日责任编辑 李思文《新技术新工艺》电子信息与 自动控制新技术新工艺 2013年 第 6期电磁屏蔽技术就是利用屏蔽体对干扰电磁波的吸收和反射来抑制电磁噪声沿着空间传播；因此，电磁屏蔽可以选用板状 、盒状、筒状和柱状的屏蔽体 。

对于电磁屏蔽体形状的选择，应以减少接缝和避免腔体谐振为准则 。

2 电磁屏蔽的机理当电磁波传输到金属平板时，由于出现了波阻抗突变，入射电磁波在界面上就产生了反射和透射现象。被屏蔽体反射的电磁波能量称为反射衰减R，电磁波通过屏蔽体所产生的热损耗称为吸收损耗A ，电磁波在屏蔽体两边界面间所产生的多次反射损耗为 B，金属平板的屏蔽效能为：SE - A R B (1)吸收损耗 A 的计算公式为 ：A - 1.3It(fu， ) / (2)反射损耗R不仅与材料自身的特性有关，还与场源和金属板所处位置有关，因此，-般选用如下公式 ：R - g I 0.54r o.s I㈣ √ J当 A> 15 dB时 ，多次反射损耗因子可以忽略 ，否则 ，计算公式为：B - 201g(1～ e- ) (4)式 2～式 4中，t是屏蔽层厚度，单位为 cm；f是电磁波的频率，单位为 Hz； 是材料相对电导率，单位为 S/m； 是材料相对磁导率，单位为H/m；r是干扰源至屏蔽体的距离，单位为 cm；3是趋肤深度 ，单位为 cm。

由式 2可知 ，当电磁频率和材料厚度确定时 ，材料的电导率越高，屏蔽效能越高；材料的磁导率越高，屏蔽效能越高。因此，进行方舱电磁屏蔽设计时，选用的材料电导率和磁导率越高，该材料的电磁屏蔽性能越好 。另外 ，由式 4可知 ，由于趋肤深度的影响，材料越厚吸收损耗越大，屏蔽效能越好。当 t- 时，场强将衰减为人射的 36.8 ；当 t- 2.3时，场强衰减为原来的 109 。

表 1 常用金属的相对磁导率 ，和相对 电导率材料 材料 d，铜 1 1 铝 1 0.61黄铜 1 0.26 铁 5～1 000 0.17冷 轧钢 180 0.17 不锈钢 500 0.02磷青铜 1 0.18 热轧硅钢 1 500 0.038铁镍钼合金 105 0.023 镍 1 0.201223 方舱的电磁屏蔽设计设计方舱 电磁屏蔽时，应根据方舱 电磁屏蔽指标、舱体强度要求、干扰电磁波的频段、工艺实施难度与成本综合考虑。方舱舱体通常采用内、外双层隔离蒙皮中间填充聚氨酯泡沫的屏蔽结构。设计时要保证内、外蒙皮的绝缘，以避免形成环形电流和电位差。此时的屏蔽效能为E3]：SEdB 2SE1j8.68 201gI1-( )z ](5) AL 1 厂 J式 中，SE 是单层屏蔽效能，单位为 dB；t是屏蔽体厚度 ，单位 为 cm；N 是屏蔽 界面 的阻抗 比，N -Zw/Zs；Zw是屏蔽体的波阻抗，单位为 Q；Zs是 自由空间的波阻抗 ，单位为 Q； 是电磁波波长。

当层间距等于 1/4波长的奇数倍时，SE -2(A如 R扭 )6；当层间距等于 1/4波长的偶数倍时 ，sE招 - 2AdB1R扭1。

因此，综合考虑刚度和谐振的因素，方舱大板内外蒙皮间距取 50 mm为宜。

3.1 蒙皮材料的选择及处理理想 的屏蔽材料应该具备高 电导率和高磁导率，而实际情况是同时具有高电导率和高磁导率的材料并不存在。铜、铝具有优良的导电性，但磁导率却非常低；而铁镍合金的磁导率很高，导电性能却-般。在实际应用中，当频率<10 kHz时，低碳钢的趋肤深度远小于导电材料；而频率>1 MHz时，导电材料和导磁材料的趋肤深度基本相等。

在实际应用中，当频率>100 kHz时，双层铝板的电磁屏蔽效能与内钢外铝的双层屏蔽结构屏蔽效能基本相等 ，此时可选择 1.2～1.5 mm双层铝板的方舱舱体。为了避免铝发生氧化，造成屏蔽效能下降，要对铝板进行 Al/Ct.O处理。某电子方舱在100 kHz～18 GHz频段内采用 1.2 ITlm厚的双层铝板结构，屏蔽效能达到了 60 dB。当频率<100 kHz时，则需采用 1.2～1.5 mm 内钢外铝的方舱舱体 ，并严格保证 内层钢板拓扑封闭连续，对钢板进行Fe/Ep.Cu处理。

3.2 方舱孔缝及开孔处理实用方舱不是-个封闭的屏蔽体，搭接时产生的接缝以及门、窗和孔口等开孔都会破坏方舱整体的电连续性 ，这些部位不仅是电磁泄漏的主要部位，同时也是设计的关键要素。

缝隙屏蔽效能估算公式为4]：As27.3手201g (6)《新技术新工艺》电子信息与 自动控制电子信息 自动控制式中，A 为缝隙的吸收损耗，单位为 dB；t为材料厚度或缝隙深度，单位为 Inm；z为缝隙长度，单位为 mm；N为缝隙波阻抗与空间波阻抗的比值。

缝 隙的长度 、深度以及搭接材料 的厚度都会影响屏蔽效能。增加缝隙深度、减少缝隙长度以及增加材料厚度都可以提高屏蔽效能。通常理想的缝隙长度应为 1/50～1/zo的波长。

在实际应用中，为了消除缝隙中的不连续点 ，可采用焊接或铆接 。其 中连续焊接是最有效的措施 ，包括熔焊和钎焊。采用铆接方式时，铆钉间距的大小是个很关键的因素。实践工程中，铆钉间距估算采用 ：、 、0.01 ≤ 铆钉间距 ≤ 0.1 A (7)某电子方舱在 100 kHz～1O GHz电磁波频段内，外角铝铆接采用双排交错，单排间距为 30 mm时 ，屏蔽效能≥40 dB。

在门和孑L口开孔处形成的缝隙中，可填充复合材料 ，包括橡胶导电衬垫 、屏蔽丝网和簧片5]。选用时 ，应 根据接触面特性 、电磁 波频段和屏 蔽效能要求；安装时，应保证复合材料的受力均匀-致。为了达到最佳屏蔽效果 ，导电衬垫压缩量应取 35 。为了保证良好的电连续性，安装时应用酒精仔细擦拭搭接金属表面，以保证搭接面的清洁度和平面度(油污对屏蔽效果的影响很大)。此外 ，在两金属之间的电位差相差很大 的情况下 ，潮湿环境 中不同金属之间会发生电化 学反应 ，造成金属腐 蚀 ，影 响屏蔽效能；因此，应避免将这些金属组合在-起。易发生电化学腐蚀 的金属组合见表 2。

表 2 易发生电化学腐蚀的金属组合电位差 (V)4 结语电磁屏蔽技术是-门实践性较强的工程技术，涉及到电磁场理论、金属材料以及化工化学等；因此，除了上述的电磁屏蔽措施，还要考虑到分系统设备的电磁防护 、电缆 、连接器的接地 以及吸波材料的应用等，才能使方舱总体的电磁屏蔽方案更加合理和全面，同时还要兼顾屏蔽措施 的性价比。