機箱通風孔屏蔽效能仿真研究

朱薇　陳業剛　時強

摘要：隨著系統時鐘的頻率不斷提高，目前許多產品的內部工作頻率已經達到了數十吉赫茲。為了改善產品的電磁屏蔽性能，大多數產品使用了金屬機箱來屏蔽。考慮到散熱性能，金屬機箱上必須要有一些通風孔。該文用全波仿真軟件CST仿真分析了在1～10GHz頻率范圍內，機箱面板上不同形狀通風孔的屏蔽性能。比較了相同出風面積下，不同孔洞形狀對屏蔽效能的影響。從而可以在滿足通風散熱的要求下，快捷地設計出電磁屏蔽性能較好的通風孔形狀。

關鍵詞：全波仿真軟件CST 通風孔 屏蔽效能

中圖分類號：TM937 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0049-02

隨著科學技術的迅速發展，各種電子、電氣、信息設備的數量和種類越來越多，性能越來越先進，其使用場合和數量密度也越來越高。這就使得電子設備工作時，常受到各種電磁干擾，包括自身干擾和來自其他設備的干擾，同時也對其他設備產生干擾。在這種情況下，要保證設備在各種復雜的電磁環境中正常工作，則在結構設計階段就必須認真考慮電磁兼容性設計。如果忽視了這一問題，在新產品使用時，干擾問題就會暴露出來。因此，及早地解決電磁干擾問題是機箱結構設計時必須考慮的重要環節。由于機箱內部電子器件需要與外部設備連接以及通風散熱，屏蔽機箱不可避免地開有孔洞，如果孔洞的大小和形狀不合理就會造成嚴重的電磁能量泄漏。機箱機柜作為電子設備中工作單元，電子部件的載體，其電磁屏蔽效能（SE-Shielding Effectiveness）的高低對電子設備的正常運行有重大的影響。因此，機箱屏蔽效能的測試分析也變得越來越重要。通過仿真軟件獲得機箱的屏蔽效能相對實際測試來說是一種既簡便快捷又節約成本的有效途徑。更重要的是，軟件還能夠提供優化機箱屏蔽效能的思路和相對直觀的洞察力。

1.機箱通風孔模型設計

電磁屏蔽指的是使用金屬外殼來抑制或削弱電場和磁場。通常采用屏蔽效能定量分析和表示。其中，電場屏蔽效能，其定義如下：

SE=2010g（E1/E2）

式中：E1為入射平面波的電場強度；E2為機箱內部耦合電場的強度。

該文研究對象為相同通風孔面積，金屬機箱面板上的方孔，圓孔，正六邊形孔的屏蔽效能。方孔邊長為1 cm，圓孔半徑為0.56cm，正六邊形邊長為0.62cm，厚度為1.2mm，結構示意圖如圖1所示。

2.模擬結果及討論

在全波電磁仿真軟件CST中建模并仿真該機箱面板結構的屏蔽效能。用平面波來激勵，邊界條件為周期邊界條件，仿真頻率為1～10GHz。

圖2為屏蔽效能的仿真模擬結果。由圖2可以看出，正六邊形孔機箱面板的屏蔽效能最好，其次是圓孔機箱面板，最差的是方孔機箱面板。

圖2結果是使用CST撒波工作室仿真得到的。CST微波工作室是基于FDlD（時域有限積分法）電磁場求解算法的仿真器，適合仿真電大尺寸寬帶頻譜結果。HFSS是基于FEM（有限元法）電磁場求解算法的仿真器，適合仿真電小尺寸三維復雜結果。

為了驗證仿真的正確性和仿真軟件之間的一致性。用HFSS仿真同樣結構的方孔機箱面板，屏蔽效能模擬結果如圖3所示。

由圖3可見，CST和HFSS的仿真結果的一致性很好。在設計機箱面板的通風孔結構時，機械工程師希望通風孔盡量多、盡量大來滿足機箱散熱的要求，EMC工程師則希望通風孔盡量小，來減少電磁輻射，滿足電磁兼容測試的要求。為了達到最優結果，我們希望在通風孔尺寸相同的情況下，優化通風孔的形狀，使得在相同的通風面積下電磁泄漏最少。在機箱量產前，使用電磁仿真工具來模擬機箱通風孔結構的屏蔽效能，找出最優機箱通風孔結構，是一種快速、便捷降低成本的方法。

3.結語

該文用全波仿真軟件CST模擬了不同形狀機箱面板通風孔結構的屏蔽效能。結果顯示在通風面積相同的情況下，正六邊形通風孔機箱面板的屏蔽效能最好。并使用仿真軟件HFSS仿真了相同形狀機箱面板的屏蔽效能，模擬結果一致。在機箱量產前，使用電磁仿真工具來模擬機箱通風孔結構的屏蔽效能，找出最優機箱通風孔結構是一種很快速、便捷、降低成本的方法。