幾種箱體材料對加固計算機電磁兼容性能的影響

江蘇自動化研究所 蘇 旭

幾種箱體材料對加固計算機電磁兼容性能的影響

江蘇自動化研究所 蘇 旭

介紹了幾種箱體材料對加固計算機電磁兼容性能的影響。本文通過理論計算和實際測試結果證明，采用擁有高電導率和高磁導率的材料可以對提高加固計算機的電磁屏蔽效能起到很好效果。低碳鋼鍍鎳是一種比較理想的鈑金件箱體屏蔽材料。

材料；加固計算機；電磁兼容

一、引言

隨著加固計算機在軍事領域上越來越廣泛的應用，在電氣性能和環境適應性不斷提高的同時，電磁兼容性能也越來越受重視。目前幾乎所有產品均對加固計算機的電磁兼容性能有強制性要求。在進行產品設計時，結構材料的選擇是決定產品電磁兼容性能的關鍵因素之一。筆者在承擔某國防項目的一種低輻射初級加固計算機設計任務時，由于應用背景的特殊性，其電磁兼容性能要求比普通加固計算機嚴格得多，其輻射發射要求基本與環境背景一致。為了達成這一目標，筆者在設計時使用了幾種不同的箱體材料，并通過理論計算和實際測試得出了箱體材料對加固計算機電磁兼容性能存在巨大影響，最終選擇了最為合適的材料。

二、低輻射初級加固計算機的結構特點

筆者所設計的這款加固計算機采用4U工控機箱（機箱尺寸比標準4U工控機箱略小），整機采用開放式結構形式，采用風冷方式散熱，機箱尺寸：長×寬×高 420mm×424mm×178mm。機箱箱體使用鈑金件加工。為了保證計算機的電磁兼容性能，在進行結構設計時采取了以下措施：

1）機箱的進風口和出風口使用蜂窩式屏蔽通風波導窗；

2）機箱上所有永久性縫隙均使用焊接的方式連接起來，并且焊點間距小于1英寸；

3）機箱上的活動結合處，如機箱側蓋板、后蓋板與箱體間的縫隙處安裝鈹銅簧片，通過鈹銅簧片增加兩者的接觸面積，改善電磁屏蔽性能；

4）機箱正面的外設區和調試區，設計有小門，門與箱體間通過鈹銅簧片或者導電布襯墊，降低小門處的電磁泄露。

三、幾種箱體材料電磁特性的比較

1.電磁屏蔽概念及計算

電磁屏蔽是指使用屏蔽體抑制電磁波沿著空間的傳播，即切斷電磁波的傳播途徑。電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量：

（E1為穿過屏蔽體之前的場強，E2為穿過屏蔽體之后的場強）

對于實心材料，屏蔽效能由吸收損耗A、反射損耗R以及電磁波在屏蔽體內多次反射引起附加的電磁泄漏B三個因素決定：

其中吸收損耗A的計算方法如下：

（E0為入射電磁波場強，E1為剩余電磁波場強，t為材料厚度，δ為材料趨膚深度，f的單位為MHz，μr為相對磁導率，σr為相對電導率）

反射損耗R的計算方法如下：

（Zw對于遠場輻射為377Ω，對于近場輻射則與源阻抗有關）

由于電磁波在屏蔽體內多次反射引起的附加電磁泄漏B的計算方法如下：

由以上計算可以看出，對于吸收損耗，屏蔽材料越厚，吸收損耗越大；屏蔽材料的磁導率越高，吸收損耗越大；屏蔽材料的電導率越高，吸收損耗越大。

對于反射損耗，同樣也是屏蔽材料的磁導率越高，反射損耗越大；屏蔽材料的電導率越高，反射損耗越大。

圖1 使用不銹鋼蓋板的RE102測試曲線

圖2 使用低碳鋼蓋板的RE102測試曲線

圖3 使用低碳鋼鍍鎳蓋板的RE102測試曲線

表1 幾種常用鈑金件電特性及結構特性比較

而對于附加電磁泄漏B，則主要與趨膚深度和屏蔽材料的厚度有關。

2.機箱屏蔽材料的選擇

由以上計算可以看出，要想取得好的屏蔽效果，最好選用同時具有高導磁性能和高導電性能的屏蔽材料，屏蔽材料的厚度也是越厚越好。但是受成本、重量和體積的限制，鈑金件機箱材料的厚度一般不會超過2mm。這樣的厚度肯定會降低低頻磁場的屏蔽效能。為了改善低頻磁場的屏蔽效能，應該采用磁導率較高的材料，以增加吸收損耗。但是磁導率高的材料通常電導率不是很好，這會降低反射損耗，從而降低對電場的屏蔽效能。為了解決這一矛盾，同時對磁場和電場進行有效的屏蔽，最好的辦法是采用鍍涂方法在高磁導率（或高電導率）材料的表面增加一層高電導率（或高磁導率）材料。對于加固計算機箱體使用，常見的鈑金件材料有電導率、磁導率均較低但具有強度高、防繡等優點的不銹鋼以及磁導率較低但電導率較高的低碳鋼，而使用低碳鋼鍍鎳則會使箱體材料的磁導率和電導率都比較理想。

四、不同材料電磁屏蔽效能的測試結果

為了驗證各種機箱箱體材料的屏蔽效果，筆者在研制原理樣機時分別使用不銹鋼、低碳鋼和低碳鋼鍍鎳材料制作了3種機箱蓋板，在其他條件不變的情況下分別使用以上3種機箱蓋板安裝，按GJB151A-97的RE102項目進行了測試，測試取得的屏蔽效果如圖1、圖2、圖3所示。可見，使用不銹鋼的屏蔽效果最差，低碳鋼次之，低碳鋼鍍鎳最好，已達到接近環境噪聲的水平。

五、結束語

由理論計算和實際測試都可以證明，采用同時擁有高電導率和高磁導率的材料可以對提高加固計算機電磁兼容性能起到很好效果。因此，在常用的鈑金件材料中，低碳鋼鍍鎳是一種比較理想的材料。

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[3]張翼,程俊.某型號加固計算機的電磁兼容性設計[J].兵工自動化,2008(10):1-2.

The article discusses the influence of several shelf-materials on rugged computer’s EMC performance. Throuhg thearetical calculations and actual test results，this paper proves that useing the material with high-electrical conductivity and highmagnetic conductivity will improve the eff i ciency of electromagnetism shielding effetiveness.Nickel-piated low-cabon steel is a relatively ideal shielding material，using for sheet metal box.

蘇旭，男，江蘇自動化研究所助理工程師，主要從事機械制造工藝技術研究。