電磁屏蔽艙門優化設計＊

（63891部隊 洛陽 471003）

1 引言

現代戰爭對裝載電子作戰功能設備的方艙提出了電磁屏蔽要求。高性能電磁屏蔽方艙可以對所承載的各種電子設備和操作人員提供有效的電磁防護，已成為保障武器裝備的戰斗力和生存能力的重要手段。

微波技術的發展以及電子偵察、電子對抗等技術水平的不斷提高，對方艙艙體的電磁屏蔽性能要求也越來越高。在電磁屏蔽方艙的設計中，由于方艙的主體結構以及裝配等限制原因，艙門的設計難度最大，同樣也是最為關鍵的屏蔽部件［1］。兼顧屏蔽門表面防護和方艙移動性的要求，方艙艙門從選材到設計都應該從屏蔽效能角度予以考慮。

2 屏蔽原理和屏蔽效能

2．1 電磁屏蔽

電磁屏蔽是利用金屬屏蔽體屏蔽外部環境的電磁能量對內部設備的輻射，同時也屏蔽內部設備產生的電磁能量向外部環境的泄露［2］。方艙的屏蔽設計中，主要是控制輻射傳播。

電磁屏蔽一般分為兩種類型：一類是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響；另一類是非靜電屏蔽，主要用于防止交變的電場、磁場及電磁場的影響。方艙艙體的電磁屏蔽屬于后一種類型。

電場屏蔽的實質是用接地良好的金屬屏蔽體將干擾源或者被試設備“包封”起來，從而阻斷干擾源到敏感設備之間的電場傳播路徑［3］。根據這一原理，進行電場屏蔽設計時應注意以下幾點：

1）屏蔽方艙艙體的材料盡量選用良導體，如銅、鋁、銀等材料；

2）屏蔽方艙艙體必須接地良好；

3）屏蔽體盡量減少開孔數量和減小開孔面積。

磁場屏蔽有低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽之分。

低頻磁屏蔽是利用高導磁的材料（如鐵、鎳鐵合金等）構成磁力線的低磁阻通路，均勻磁場的磁力線大部分沿屏蔽體通過，穿入屏蔽體內腔的磁力線很少。屏蔽體的磁導率越高，屏蔽材料越厚，屏蔽性能越高。

高頻磁屏蔽是利用屏蔽體的渦流作用來進行屏蔽。渦流作用是當交變電磁場通過金屬表面或有金屬材料所包圍的孔洞時，金屬材料會因感應電勢形成渦流，該渦流所產生的磁場與原來的磁場的方向相反，即渦流的磁場可以抵消部分原磁場，從而起到屏蔽作用。金屬材料的導電率愈高，產生的渦流越大，屏蔽性能越好。

根據以上磁場磁屏蔽原理，在方艙艙體屏蔽設計時應處理好以下幾個問題：

1）低頻磁場屏蔽要使用鋼板這樣導磁率高的材料，并且要達到一定厚度；

2）高頻時鐵磁材料的磁導率降低，渦流效應是屏蔽的關鍵。因此選用如銅、鋁等高導電率的材料較合適；

3）屏蔽磁場盡量使用整體構件，如果需要連接，盡量采用連續焊接的辦法。

電磁屏蔽室用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施，電磁場在通過金屬或對電磁場有衰減作用的阻擋層時，受到一定程度的衰減，即產生作用。

2．2 屏蔽效能計算

屏蔽體的屏蔽效果是由該屏蔽體對電磁場強度削弱的程度來決定，通常用電磁屏蔽效能來衡量。屏蔽效能的定義：在電磁場中同一點無屏蔽存在時的電磁場強度與加入屏蔽后的電磁場強度之比，用SE表示，根據電磁波屏蔽的物理過程，屏蔽作用主要有三個方面的機理［4］：一是由于入射波在金屬表面的反射，因為金屬的導電率比較大，因此反射將會很大，也就是入射波的很大一部分能量被反射了回來，這部分損耗稱為反射損耗；二是少量的透射波在進入金屬體內部后由于傳輸損耗很大，也將很快被衰減掉，這部分損耗稱為吸收損耗；三是電磁波在金屬內部多次反射引起的多次反射損耗。如圖1所示。

圖1 屏蔽效能計算示意圖

所以，屏蔽效能應為反射損耗（R）、吸收損耗（A）與多次反射修正系數（B）之和，即：

其中，多次反射修正項與吸收損耗有關，當吸收損耗大于10dB時，多次反射修正項可忽略。

吸收損耗A（dB）：A＝0．131t

反射損耗R（dB）：

當r?時，近區若為電場：Re＝322-10lg

多次反射修正項與吸收損耗有關，屏蔽方艙的吸收損耗大于10dB，因此，方艙屏蔽效能的計算忽略多次反射修正項。

雙層屏蔽板屏蔽效能：

一般來說，雙層屏蔽結構的屏蔽效能小于兩個單層金屬板的屏蔽效能總和［5］。

3 屏蔽艙門設計與測試

3．1 艙門的設計要素

艙門是方艙艙體電磁泄漏的主要途徑，艙門性能的高低對整個艙體的屏蔽效能的優劣舉足輕重［6］。在設計和制作中，要考慮影響屏蔽效能的因素［7］。

1）選材和鍍層處理

屏蔽艙門材料的選擇除考慮2．1中電磁屏蔽理論分析因素外，還要兼顧制作工藝和成本使用的限制，通常選用高磁導率的鋼和高電導率的銅和鋁都能實現較好的屏蔽［8］。針對艙門位置同樣有較高的電磁屏蔽要求，需采用涂覆手段。本例中方艙艙門采用雙刀指簧屏蔽門，門刀和門框均采用鋼板折彎拼焊成型，再對整體鍍銅處理。

2）簧片

對于屏蔽艙門縫隙的處理，簧片是艙門電磁屏蔽設計中最為重要的一個關鍵要素?；善牟牧?，表面質量，硬度，壓縮量以及和門體的聯接形式都會給門的屏蔽效能帶來較大影響。本例中采用鈹青銅簧片制成的雙層指形簧片結構，簧片的懸臂部分實現彈性形變，簧片與其相配合的金屬構件表面有一定接觸壓力，利用鈹青銅簧片的高彈性性能，消除門框和門之間的縫隙，達到良好的電接觸，從而實現高性能的電磁屏蔽性能。簧片的屏蔽效能如表1所示。

表1 簧片屏蔽效能

3．2 屏蔽效能測試

3．2．1 測試頻點的選擇

根據GJB6785-2009《軍用電子設備方艙屏蔽效能測試方法》中規定，選取屏蔽效能測試頻點如下：

低頻段（9kHz～20MHz）：100kHz，200kHz，15MHz

高頻頻段（300MHz～18GHz）：450MHz，

900MHz，3GHz，6GHz，10GHz，18GHz

3．2．2 測試設備及方法

根據測試頻點選擇測試設備如表2所示。屏蔽效能測試布局如圖2所示，測試時天線的測試布局要求如表3所示。

表2 不同頻率范圍所用的測試設備

表3 天線測試距離

3．2．3 屏蔽效能結果和對比

將本次艙門屏蔽效能的測試結果與文獻［9］中的測試結果進行對比。為便于對比，將兩組數據繪制圖3，從圖3的對比中可以清楚地看到，雖然由于測試設備的原因，選擇的測試頻點不盡相同，但相近頻點處的屏蔽效能明顯高于文獻［9］中的測試結果。說明本文中的屏蔽方艙艙門的設計思路是正確的，采取的措施效果也較為明顯，尤其是目前方艙屏蔽工作中的難點—低頻處屏蔽效能較好，均比文獻中的屏蔽效能高4dB～6個dB，達到國軍標中規定的一類方艙規定。

圖2 屏蔽效能測試示意圖

圖3 屏蔽效能對比圖

4 結語

方艙艙體電磁屏蔽是一門實踐性很強的工程技術，而艙門是方艙最大的開口，門與門框之間形成的縫隙，是電磁波泄漏的重要途徑［10］，因此，解決好門的電磁屏蔽對艙體是非常重要的。本文介紹了方艙艙門的屏蔽設計和制作，經過檢測和實踐驗證具有良好效果，對今后方艙電磁屏蔽設計起到很好的借鑒作用。

［1］姜靜．方艙屏蔽門的低頻磁屏蔽設計［J］．安全與電磁兼容，2005（3）：12-13．

［2］蔣勇．方艙艙體的電磁屏蔽設計［J］．安全與電磁兼容，2003（2）：42-45．

［3］Clayton R．Paul．電磁兼容導論［M］．北京：機械工業出版社，2006：635-664．

［4］蔡仁鋼．電磁兼容原理、設計和預測技術［M］．北京航空航天大學出版社，1997，11：20-25．

［5］李雷．電磁屏蔽方艙泄露要素的屏蔽特性研究［J］．2011：29-35．

［6］張鈺．電磁屏蔽技術研究進展［J］．中國傳媒大學學報自然科學版，2007，14（3）：65-69．

［7］程二威，王慶國，張滋堃．開縫屏蔽體的屏蔽效能仿真研究［J］．裝備環境工程，2008，1（5）：44-46．

［8］汪柳平，高攸綱．有孔矩形腔的屏蔽效能及其對諧振抑制研究［J］．電波科學學報，2008（3）：560-562．

［9］王學科，邱揚．某電磁屏蔽方艙的優化設計［J］．火控雷達技術，2006（3）：49-53．

［10］田東，陳少昌．孔縫矩形腔屏蔽效能仿真分析［J］．艦船電子工程，2009（11）：188-190．