帶有孔縫結構殼體的電磁脈沖屏蔽性能研究

姜鐵華，李 虹，張三慶

（北京宇航系統工程研究所，北京 100000）

帶有孔縫結構殼體的電磁脈沖屏蔽性能研究

姜鐵華，李 虹，張三慶

（北京宇航系統工程研究所，北京 100000）

孔縫結構是電磁脈沖進入殼體內部的主要途徑之一。本文以帶有不同形狀孔縫的殼體結構為研究對象，通過試驗方法，對殼體內部電場和磁場脈沖的幅值－時間參數進行了測量，并分析了不同形狀孔縫結構對殼體電磁脈沖屏蔽性能的影響，可為金屬殼體的電磁脈沖防護設計提供參考。

屏蔽性能；電磁脈沖；試驗

雷電、靜電等產生的電磁脈沖，因其場強大、頻率成分高等因素對電子設備的危害十分巨大。對于封閉在殼體內部的電子設備，電磁脈沖進入殼體內部的途徑主要有2種：一是通過線纜和天線的耦合，產生感應電流和電壓；二是通過孔縫結構的耦合，在殼體內部形成電磁場分布。2種耦合方式的機理不同，孔縫耦合引入的電磁干擾分布范圍更廣，對殼體內部電子設備構成的威脅不容忽視，提高殼體對電磁脈沖的屏蔽性能對于提升電子設備的電磁防護能力具有重要作用。文獻［1］—文獻［3］對殼體、線纜等的電磁脈沖屏蔽效能測試方法進行了介紹。本文以金屬圓柱殼體為試驗對象，比較了幾種不同孔縫結構對電磁脈沖屏蔽效果的影響，可為殼體結構的電磁脈沖防護設計提供參考。

1 殼體結構模型

以帶有不同結構孔縫的金屬殼體為研究對象，殼體為圓柱形狀，兩端封閉，殼體側面帶有長方形孔，尺寸為350 mm×400 mm，其上用可替換擋板蓋住。金屬殼體模型如圖1所示。

為驗證孔縫結構對殼體屏蔽效果的影響，采用圖2所示的可替換擋板，擋板的材料和厚度與殼體模型相同。擋板上不同孔縫的形狀和尺寸見表1。殼體內部電場和磁場的測量位置見圖3，測點坐標P1（0，0.225，0.25）。

圖2 擋板上孔縫的形狀

圖1 金屬殼體模型結構圖

表1 可替換擋板上的孔縫形狀和尺寸

2 殼體脈沖電磁場屏蔽性能試驗研究

2.1 屏蔽性能試驗

2.1.1 脈沖電場屏蔽性能測試系統

脈沖電場屏蔽性能測試系統由電場脈沖發生器、電場產生系統、電場測量設備等組成，可在測試區域內產生幅值為50 k V／m，上升沿持續時間為0.1 ms，半下降沿持續時間為10 ms的電場脈沖。脈沖電場屏蔽性能測試系統示意圖見圖4。

外部電場測量設備通過光纖與屏蔽室內示波器相連，可由下列公式確定外部電場強度的脈沖幅值。

圖3 測點位置布局圖

圖4 脈沖電場屏蔽性能測試系統示意圖

在外部電場強度脈沖的幅值－時間參數符合波形要求的情況下，則可開始殼體內部電場的測量。

2.1.2 不同孔縫結構殼體的脈沖電場屏蔽性能測試分析

在殼體模型分別為A，B，C 3種孔縫結構的情況下，進行殼體模型內部電場的測量。通過改變測量設備的方向，可測量不同方向上的脈沖電壓值。因電場強度主要為Z方向，X，Y方向的分量十分微弱，故此處僅給出Z方向的電場強度測量結果，見表2。其中：Umax為示波器顯示的脈沖電壓峰值；EZ為電場強度幅值；TΦ為脈沖上升沿持續時間；TC為脈沖半下降沿持續時間。

表2 加載波形為0.1／10 ms的外部電場時，殼體模型內部電場脈沖的幅值－時間參數測量結果

圖5 測試波形圖

圖6 測試波形圖

圖7 測試波形圖

從上述試驗結果可以看出，在加載波形為0.1／10 ms的外部電場時，由于孔縫結構的耦合作用，外部電場進入殼體內部，其中縫隙結構A耦合的電場強度最大，C次之，B最小。由于孔縫的存在，對于A和C結構，殼體內部脈沖電場的上升沿持續時間有所減小。

2.2 殼體的脈沖磁場屏蔽性能試驗研究

2.2.1 脈沖磁場屏蔽性能測試系統

脈沖磁場屏蔽性能測試系統由磁場脈沖發生器、磁場產生系統、磁場測量設備等組成，可在測試區域內產生幅值為300 A／m，上升沿持續時間為2μs，半下降沿持續時間為50μs的磁場脈沖。脈沖磁場屏蔽性能測試系統示意圖見圖8。

圖8 脈沖磁場屏蔽性能測試系統示意圖

外部磁場測量設備通過光纖與屏蔽室內示波器相連，可由下列公式確定外部磁場強度的脈沖幅值。

在外部磁場強度脈沖的幅值－時間參數符合波形要求的情況下，則可開始殼體內部磁場的測量。

2.2.2 不同孔縫結構殼體的脈沖磁場屏蔽性能測試分析

在殼體模型分別為A，B，C 3種孔縫結構的情況下，進行殼體模型內部磁場的測量。通過改變測量設備的方向，可測量不同方向上的脈沖電壓值。因磁場強度主要為X方向，Y，Z方向的分量十分微弱，故此處僅給出X方向的磁場強度測量結果，見表3。其中：Umax為示波器顯示的脈沖電壓峰值；Hx為磁場強度幅值；TΦ為脈沖上升沿持續時間；TC為脈沖半下降沿持續時間。

表3 加載波形為2／50μs的外部磁場時，殼體模型內部磁場脈沖的幅值－時間參數測量結果

圖9 測試波形圖

圖10 測試波形圖

圖11 測試波形圖

從上述試驗結果可以看出，在加載波形為2／50μs的外部磁場時，由于孔縫結構的耦合作用，部分外部磁場進入了殼體內部，其中縫隙結構B耦合的磁場強度最大，A次之，C最小。對于3種結構，脈沖上升沿持續時間變化較小，脈沖半下降沿持續時間相比于加載的外部磁場均有所增加。

3 結 語

本文以帶有不同形狀孔縫的殼體結構為研究對象，對在外部加載電磁脈沖的情況下，測量了殼體內部電場和磁場脈沖的幅值－時間參數，比較了不同形狀縫隙結構對殼體電磁脈沖屏蔽性能的影響，可為電磁脈沖防護設計提供一定參考。

［1］ 李炎新，陳 彬，石立華，等.脈沖電場屏蔽效能測試系統及測試方法［J］.強激光與粒子束，2006，18（6）：972-976.

［2］ 盧斌先，王澤忠，李云偉，等.金屬屏蔽盒強瞬態電場屏蔽效能實驗［J］.電工技術學報，2007，22（1）：7-11.

［3］ 劉順坤，陳向躍，相 輝.電纜電磁脈沖屏蔽效能的輻射法測量［J］.強激光與粒子束，2010，22（7）：1 583-1 586.

TN97

A

1008-1542（2011）07-0062-05

2011-06-20；責任編輯:李 穆

姜鐵華（1980-），女，黑龍江齊齊哈爾人，博士，主要從事航天系統電磁兼容設計、仿真與試驗驗證工作。