电磁屏蔽方舱的设计

崔麦苗，鲁锋涛，何天洋，秦蕾

（中国航天科工集团第六研究院210所，陕西西安710065）

电磁屏蔽方舱的设计

崔麦苗，鲁锋涛，何天洋，秦蕾

（中国航天科工集团第六研究院210所，陕西西安710065）

介绍了电磁屏蔽方舱的重要性，分析了方舱电磁屏蔽的机理，指出了电磁屏蔽方舱对方舱及内部设备的要求，解读提高方舱屏蔽效能所采取的措施，为方舱的电磁屏蔽设计提供参考。

电磁；屏蔽；方舱；设计

随着电子技术飞速的发展，越来越多的电子设备被广泛地应用在我军装备的各个领域，并在维护国家安全中起着越来越重要的作用，电磁干扰与反电磁干扰也成了现代战争中极其重要的对抗形式。电磁屏蔽方舱是一种用来有效屏蔽电磁干扰和电磁脉冲的方舱，确保舱内作战功能设备不被电磁干扰和破坏，使其发挥正常的作战功能，因此，对电磁屏蔽方舱的研究就成了一个重要的专题，而研究的关键步骤就是掌握屏蔽方舱的电磁屏蔽机理，合理的进行电磁屏蔽性能设计。

1 方舱电磁屏蔽的机理

方舱电磁屏蔽主要解决的问题就是门、窗、孔、口、盖、缝隙等的电气连续性。门与门框周边间隙的调整，实际是在调整门与门框之间的导电材料对门与门框的接触程度。缝隙处增加螺钉或铆钉的数量，缩短了缝隙的长度，防止了天线效应的产生。其它窗、孔、口、盖电磁屏蔽效能的提高，也是通过安装缝隙的办法来实现。

2 电磁屏蔽方舱

2.1 电磁屏蔽对方舱要求

方舱由六面体组成，组装过程中形成了十二条缝隙，根据使用要求，方舱还开有门、窗、孔、口等，为了改善舱内工作环境，舱内需要加装空调设备。门、窗、孔、口的面积虽然大，但是设计人员在解决门、窗、孔、口处电磁泄漏的办法是缝隙的处理，如方舱六块大板之间的缝隙，门与门框之间的缝隙以及波导板和采光窗的安装都属缝隙处理，电磁屏蔽方舱在生产过程中只要把所涉及到的缝隙处理好，即消除了缝隙产生的天线效应，其屏蔽效能就满足国军标GJB6109-2007的要求[1]。

2.2 电磁屏蔽对方舱内设备要求

2.2.1 外购设备

对电磁屏蔽方舱而言，舱内外购的设备大多数是电气产品，这些电气产品必须满足电磁兼容性要求。也就是说这些电气产品是指在不损失有用信号所包含的信息条件下，信息和干扰具有共存的能力。

2.2.2 自己设计加工的仪器设备

由于仪器设备是自己设计加工的，因此，设计师就应该从抑制电磁骚扰的三个基本方法（屏蔽、滤波、接地）着手，即抑制电磁骚扰沿空间的传播，切短辐射骚扰的传播途径。电磁骚扰沿空间的传播是以电磁波的方式进行的，可分为近场和远场。若屏蔽体离骚扰源的距离为d=1 m，根据判别条件：

d=λ/2π=1 m

可求出相对应的临界频率为：f。=47.7 MHz

当f＞f。时为远场平面波，当f＜f。时是近场，近场又可分为电场和磁场两种情况：当骚扰源是高电压、小电流时，其辐射场主要表现为电场；当骚扰源具有低电压、大电流时，其辐射场主要表现为磁场。

当d＞λ/2π时，骚扰源的辐射场为远场平面波，当d＜λ/2π时，骚扰源的辐射场为近场[4]。屏蔽的实质就是将关键电路用屏蔽体包围起来。屏蔽的原理则是通过屏蔽体的吸收损耗和反射损耗以及接地的要求来实现屏蔽。应当注意的是电场的屏蔽体和磁场的屏蔽体其材质不同，电场的屏蔽是采用导电率高的金属材料做屏蔽体加接地，磁场的屏蔽是采用导磁率高的金属材料做屏蔽体。

设计师设计产品时，既要满足产品先进的技术指标要求，又需兼顾通风、散热、防冲击、振动、密封和传动等要求；同时还要结构简单、重量轻、体积小、工作可靠、使用维护方便。

电气产品屏蔽设计时，能将“屏蔽、滤波、接地”三者配合得当，可使屏蔽起到事半功倍的效果。

2.3 电磁兼容

电磁兼容性是指在不损失有用信号所包含的信息条件下，信息和干扰共存的能力。如何实现电磁兼容，可从形成电磁干扰的后果出发，由电磁骚扰源发射的电磁能量，经耦合途径传送到敏感设备，这一过程为电磁干扰效应。因此，形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素：电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。2.3.1电磁骚扰源定义

任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，使设备、分系统或系统遭受电磁干扰效应从而导致性能降级或失效，这种自然现象或电能装置即称为电磁骚扰源[2]。

2.3.2 耦合途径定义

传输电磁骚扰的通路或媒介，如导线、空气等都是耦合途径[2]。

2.3.3 敏感设备定义

受电磁骚扰源的作用发射电磁能量时，受电磁骚扰伤害的人或其它生物以及因电磁骚扰导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。这些器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备[3]。

对方舱而言，要实现电磁兼容，只能从耦合途径着手解决。舱内空间的空气介质与舱外空间的空气介质隔离，窗口采用波导板，电源线、信号线通过滤波器，所有门、窗、孔、口的缝隙处理全部通过导电衬垫、带橡胶芯的金属丝网条、具有较好弹性的全金属丝网条或通用铍青铜簧片；切断传输电磁骚扰的通路或媒介，即舱外电磁波向舱内传播的通路和媒介全部切断，而舱内的信息又能不断地向舱外传播。这样的方舱可实现在不损失有用信号所包含的信息条件下，信息和干扰共存的能力。

3 屏蔽效能的提高

方舱的屏蔽效能提高应考虑以下两个方面：金属板的屏蔽效能和缝隙的屏蔽效能。

3.1 金属板屏蔽效能（以单金属板为例）

从金属内部吸收损耗的计算公式可以看出：金属屏蔽板内部吸收损耗与板的厚度成正比，与趋肤深度成反比。当厚度与趋肤深度一样时，金属内部吸收损耗等于8.68 dB.值得注意，随着厚度的增加方舱的重量增加，生产成本提高。因此，金属板厚度的数值，不是愈大愈好，是根据各加工单位的工艺水平而定。

3.2 缝隙屏蔽效能

3.2.1 组装屏蔽效能

影响方舱屏蔽效能的因素之一是方舱组装过程中形成的十二条缝隙。舱内虽然用内角形件通过铆接的形式将六块大板固定，但是，内角形件与大板之间同样存在缝隙。缝隙对入射电磁场的屏蔽作用由两部份组成：一是由于缝隙开口处的阻抗与自由空间的阻抗不同，从而引起反射损耗；二是当电磁波进入缝隙后，在缝隙内传播时产生传输损耗。设计师根据电磁波的频率范围﹑铆钉的直径﹑加工的工艺性等初步估算内角形件的宽度（即缝隙的深度L）和两铆钉之间的距离g.如图1所示。

图1 内角形件

为了提高缝隙的屏蔽效能，通常采用措施如下：

（1）增加缝隙的深度L；

（2）缩小缝隙的长度g；

（3）在缝隙接合面处增加合适的导电衬垫，不仅可提高缝隙的屏蔽效能，同时还可以增加缝隙的长度g，减少了铆接或螺接时铆钉或螺钉的数量，可提高工作效率；

（4）对屏蔽效能要求高的方舱采用永久性接缝，即采用焊接工艺将缝隙焊接；

（5）提高接缝的加工精度，可提高缝隙的屏蔽效能。

以上措施也适合波导板的安装。

3.2.2 门、窗、孔口屏蔽效能

门、窗、孔口屏蔽效能的实现原理基本一致，就以门为例，通常采用如下措施来提高方舱门屏蔽效能：

（1）增加门与门框的刚度以利于抵抗装配过程中产生的应力；

（2）改进丝网状屏蔽条的芯材制品，使丝网状屏蔽条有良好的弹性；

（3）改进装配工艺，确保门与门框周边间隙均匀；

（4）通过缝隙计算，确定门与门框周边蒙皮和型材铆接时相邻两铆钉之间的距离（如图1中的）；

（5）为防止门型材表面氧化和盐雾腐蚀﹑增加导电性，型材表面应化学处理。

4 结束语

方舱的电磁屏蔽性能设计是一门实践性较强的工程技术，无论在结构设计或是工艺加工过程中，任何一个环节稍有疏忽都将会影响系统的整体电磁屏蔽效能，因此对方舱的电磁屏蔽性能设计还需进一步的深入研究和完善。

[1]GJB6109-2007.军用方舱通用规范（国军标规范）[S].北京：中国人民解放军总部，2007.

[2]白同云，吕晓德.电磁兼容设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.

[3]吕仁清.电磁兼容性结构设计[M].北京：东南大学出版社，1990.

[4]周文盛，黄祖荫.电子机械工程设计手册电磁兼容性设计分册[M].北京：电子工业出版社，1987.

Design of Electromagnetic Shielding Shelter

CUI Mai-miao，LU Feng-tao，HE Tian-yang，QIN Lei
（China Aerospace Science and Industry Group，The Sixth Research Institute 210，Xi’an Shaangxi 710065，China）

The importance of the application are introduced,analyzed the application mechanism of electromagnetic shielding，points out the electromagnetic shielding shelter to the requirement of application and internal equipment kind，reading to improve application shielding effectiveness measures taken，provide a reference for application of emc design.

electromagnetism；shield；shelter；design

3

A

：1672-545X（2017）01-0064-03

2016-10-04

崔麦苗（1981-），女，陕西渭南人，工程师，学士，研究方向为机械结构设计；鲁锋涛（1983-），男，陕西咸阳人，工程师，学士，研究方向为机械结构设计；何天洋（1982-），男，陕西渭南人，工程师，学士，研究方向为机械结构设计；秦雷（1985-），女，陕西西安人，工程师，学士，研究方向为机械结构设计。