机箱通风孔屏蔽效能仿真研究

朱薇　陈业刚　时强

摘要：随着系统时钟的频率不断提高，目前许多产品的内部工作频率已经达到了数十吉赫兹。为了改善产品的电磁屏蔽性能，大多数产品使用了金属机箱来屏蔽。考虑到散热性能，金属机箱上必须要有一些通风孔。该文用全波仿真软件CST仿真分析了在1～10GHz频率范围内，机箱面板上不同形状通风孔的屏蔽性能。比较了相同出风面积下，不同孔洞形状对屏蔽效能的影响。从而可以在满足通风散热的要求下，快捷地设计出电磁屏蔽性能较好的通风孔形状。

关键词：全波仿真软件CST 通风孔 屏蔽效能

中图分类号：TM937 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0049-02

随着科学技术的迅速发展，各种电子、电气、信息设备的数量和种类越来越多，性能越来越先进，其使用场合和数量密度也越来越高。这就使得电子设备工作时，常受到各种电磁干扰，包括自身干扰和来自其他设备的干扰，同时也对其他设备产生干扰。在这种情况下，要保证设备在各种复杂的电磁环境中正常工作，则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计。如果忽视了这一问题，在新产品使用时，干扰问题就会暴露出来。因此，及早地解决电磁干扰问题是机箱结构设计时必须考虑的重要环节。由于机箱内部电子器件需要与外部设备连接以及通风散热，屏蔽机箱不可避免地开有孔洞，如果孔洞的大小和形状不合理就会造成严重的电磁能量泄漏。机箱机柜作为电子设备中工作单元，电子部件的载体，其电磁屏蔽效能（SE-Shielding Effectiveness）的高低对电子设备的正常运行有重大的影响。因此，机箱屏蔽效能的测试分析也变得越来越重要。通过仿真软件获得机箱的屏蔽效能相对实际测试来说是一种既简便快捷又节约成本的有效途径。更重要的是，软件还能够提供优化机箱屏蔽效能的思路和相对直观的洞察力。

1.机箱通风孔模型设计

电磁屏蔽指的是使用金属外壳来抑制或削弱电场和磁场。通常采用屏蔽效能定量分析和表示。其中，电场屏蔽效能，其定义如下：

SE=2010g（E1/E2）

式中：E1为入射平面波的电场强度；E2为机箱内部耦合电场的强度。

该文研究对象为相同通风孔面积，金属机箱面板上的方孔，圆孔，正六边形孔的屏蔽效能。方孔边长为1 cm，圆孔半径为0.56cm，正六边形边长为0.62cm，厚度为1.2mm，结构示意图如图1所示。

2.模拟结果及讨论

在全波电磁仿真软件CST中建模并仿真该机箱面板结构的屏蔽效能。用平面波来激励，边界条件为周期边界条件，仿真频率为1～10GHz。

图2为屏蔽效能的仿真模拟结果。由图2可以看出，正六边形孔机箱面板的屏蔽效能最好，其次是圆孔机箱面板，最差的是方孔机箱面板。

图2结果是使用CST撒波工作室仿真得到的。CST微波工作室是基于FDlD（时域有限积分法）电磁场求解算法的仿真器，适合仿真电大尺寸宽带频谱结果。HFSS是基于FEM（有限元法）电磁场求解算法的仿真器，适合仿真电小尺寸三维复杂结果。

为了验证仿真的正确性和仿真软件之间的一致性。用HFSS仿真同样结构的方孔机箱面板，屏蔽效能模拟结果如图3所示。

由图3可见，CST和HFSS的仿真结果的一致性很好。在设计机箱面板的通风孔结构时，机械工程师希望通风孔尽量多、尽量大来满足机箱散热的要求，EMC工程师则希望通风孔尽量小，来减少电磁辐射，满足电磁兼容测试的要求。为了达到最优结果，我们希望在通风孔尺寸相同的情况下，优化通风孔的形状，使得在相同的通风面积下电磁泄漏最少。在机箱量产前，使用电磁仿真工具来模拟机箱通风孔结构的屏蔽效能，找出最优机箱通风孔结构，是一种快速、便捷降低成本的方法。

3.结语

该文用全波仿真软件CST模拟了不同形状机箱面板通风孔结构的屏蔽效能。结果显示在通风面积相同的情况下，正六边形通风孔机箱面板的屏蔽效能最好。并使用仿真软件HFSS仿真了相同形状机箱面板的屏蔽效能，模拟结果一致。在机箱量产前，使用电磁仿真工具来模拟机箱通风孔结构的屏蔽效能，找出最优机箱通风孔结构是一種很快速、便捷、降低成本的方法。