通信車電磁屏蔽門屏蔽效能分析及仿真

摘要：在HEMP環(huán)境中，通信車的屏蔽門是影響屏蔽性能重要因素之一。電磁屏蔽門的關(guān)鍵是保證屏蔽體與門的導(dǎo)電連續(xù)性，在門縫上安裝連續(xù)的導(dǎo)電襯墊可以保證其導(dǎo)電連續(xù)性。本文建立了適用于不同類型屏蔽門的屏蔽設(shè)計模型，依據(jù)孔縫耦合機(jī)理和導(dǎo)電襯墊轉(zhuǎn)移阻抗理論，對襯墊層數(shù)、類型等因素進(jìn)行了仿真分析，并通過測試數(shù)據(jù)驗證了屏蔽效能分析的正確性。

關(guān)鍵詞：電磁屏蔽 屏蔽效能 電磁屏蔽門

一、屏蔽效能及轉(zhuǎn)移阻抗的定義

屏蔽效能是用來評價屏蔽體的屏蔽效果，其定義為：對給定的外來激勵進(jìn)行屏蔽時，在某一點(diǎn)上屏蔽體安裝前后的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度之比值，即SE=E1/E2或SE=H1/H2。

式中：E1，H1——無屏蔽體時某一點(diǎn)的電場和磁場強(qiáng)度；E2，H2——安裝屏蔽體后同一點(diǎn)的電場和磁場強(qiáng)度。屏蔽效能一般均用分貝(dB)表示SE=20lg(H1/H2)。

電磁密封襯墊的屏蔽性能可以用轉(zhuǎn)移阻抗(ZT)這個參數(shù)來衡量。設(shè)襯墊和兩側(cè)屏蔽板的接合面上流過電流I，兩側(cè)屏蔽板之間的電壓為V，則轉(zhuǎn)移阻抗定義為ZT＝V/I。轉(zhuǎn)移阻抗越低，則兩側(cè)屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加襯墊后該縫隙的屏蔽效能越高。

二、屏蔽門模型的確立及屏效計算

通信車的屏蔽門經(jīng)常處于開關(guān)狀態(tài)，屏蔽襯墊長期處于壓縮-釋放的疲勞狀態(tài)，要求屏蔽襯墊除了有較高的屏蔽效能，還要具有良好的彈性和抗疲勞特性。鈹銅簧片具有良好的彈性和導(dǎo)電性，電阻和電感都較小，高頻和低頻的屏蔽效能都較高，屬于允許表面滑動接觸的電磁密封襯墊。指形簧片與刀型結(jié)構(gòu)配合，屏蔽效能高，壽命長，安裝和拆卸方便。金屬絲網(wǎng)襯墊低頻屏蔽效能高，高頻屏蔽效能低，單獨(dú)使用的話只能適用于屏蔽要求不高的場合，但結(jié)構(gòu)簡單，加工量小，定位要求不高，便于安裝調(diào)試，常和簧片組合使用。當(dāng)電磁波入射到屏蔽體時，首先在門外表面感應(yīng)出面電流J外，該電流通過縫隙向屏蔽體內(nèi)部擴(kuò)散，透射入屏蔽體內(nèi)部。未加導(dǎo)電襯墊時，門縫耦合等效電路如圖3所示。

由等效電路可知Vac =Vbd(即未加襯墊時門縫各點(diǎn)的電壓相等)，可得屏蔽前門的壓降(體現(xiàn)了門對于電磁場的屏蔽性能)為VBD=Z縫J外。其中Z縫為將門的縫隙等效為無限長縫的阻抗，根據(jù)電磁場理論，可得：

其中a為門縫寬度，λ為波長，f為頻率，k=2πf/c為傳播常數(shù)，Z0=120π為自由空間波阻抗，c為光速。加入導(dǎo)電襯墊后，與前述類似，入射電磁波在門外表面感應(yīng)出面電流J外透入門縫的J外受到所加導(dǎo)電襯墊（簧片或金屬絲網(wǎng)）的短路。以加入一層簧片和一層金屬絲網(wǎng)的屏蔽門為例分析，其等效電路圖如圖4所示。

設(shè)簧片和絲網(wǎng)的轉(zhuǎn)移阻抗分別為ZgT1和ZgT2，可知AB(在門上)→CD(在門框上)共有4條通路：門與門框?qū)щ娨r墊外點(diǎn)間縫隙(Z縫1)、簧片(ZgT1)、金屬絲網(wǎng)(ZgT2)、門與門框?qū)щ娨r墊內(nèi)點(diǎn)間縫隙(Z縫2)。則AB→CD間的并聯(lián)阻抗為：

實際的屏蔽門往往加有多層不同類型的襯墊，將其推廣到n層襯墊，則在AB→CD間并入n個ZgT，則并聯(lián)阻抗ZBD的廣義表達(dá)式為：

其中n為導(dǎo)電襯墊的層數(shù)，由于Z1gTi，可得ZB DZ縫，因而有V’BD=ZBDJ外<

三、仿真分析

根據(jù)上節(jié)分析，對某型號通信車進(jìn)行編程計算進(jìn)行仿真分析，屏蔽門的門縫寬0.4mm，簧片為97-500型指形簧片。圖5所示為不同層數(shù)簧片門的屏蔽效能；圖6所示為兩層絲網(wǎng)不同配接面材料屏蔽門屏效對比圖；圖7所示為襯墊分別為簧片和絲網(wǎng)時的屏蔽門屏效對比圖。

由圖5可知，簧片屏蔽門的屏效在60dB到90dB之間，增加簧片層數(shù)可以有效提高屏蔽門的屏效，但其屏效的增加隨簧片層數(shù)的增加越來越慢。這與實際屏蔽室多采用雙層簧片或三層簧片屏蔽門是相符的。由圖6可知，絲網(wǎng)襯墊屏蔽門在低頻時配接面材料為鋅時屏效最好，在高頻時配接面材料為鎳時屏效最好。由圖7可知，層數(shù)相同的簧片屏蔽門比絲網(wǎng)屏蔽門屏效高20~30dB，高頻時尤其明顯。兩種屏蔽門的屏效在整個頻段內(nèi)的變化不大，低頻時呈上升趨勢，高頻時呈下降趨勢。 表1和表2為兩層簧片屏蔽門和兩層絲網(wǎng)屏蔽門屏效測試結(jié)果。

對比仿真結(jié)果與測試結(jié)果可知，仿真結(jié)果與測試結(jié)果趨勢基本一致，但要高5~15dB，這是由于在屏蔽室測試時除了有屏蔽門的門縫，還有其它孔縫也會導(dǎo)致電磁泄漏，使屏效降低。仿真結(jié)果在誤差允許的范圍內(nèi)驗證了屏蔽門的模型是合理的。

四、小結(jié)

簧片屏蔽門的屏蔽效能遠(yuǎn)高于絲網(wǎng)屏蔽門，且隨簧片層數(shù)的增加而升高，但簧片層數(shù)超過3層時上升趨勢變慢。不同性能等級的屏蔽門，可以采用不同層數(shù)的導(dǎo)電襯墊。普通屏蔽室門可采用單刀雙簧插接結(jié)構(gòu)，高性能屏蔽室門可采用雙刀三簧插接或雙刀四簧插接或單刀雙簧插接加金屬絲網(wǎng)條嵌壓結(jié)構(gòu)。