采光窗結構設計的電磁屏蔽特性研究

和　婷，湯紅霞，唐曉偉，朱利華

(中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

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采光窗結構設計的電磁屏蔽特性研究

和婷，湯紅霞，唐曉偉，朱利華

(中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007)

隨著對方艙電磁屏蔽性能要求越來越高，高屏蔽性能的采光窗成為方艙屏蔽的關鍵要素之一。通過分析影響采光窗屏蔽性能的因素，研究總結屏蔽采光窗的設計原則，來滿足高屏蔽效能的需求，并參照GJB 6785—2009對采光窗進行了屏蔽測試，采光窗的結構設計完全滿足方艙和系統的電磁屏蔽要求。

采光窗；電磁屏蔽；特性

隨著微波技術的快速發展，現代戰爭中的戰場電磁環境日益復雜，電磁屏蔽方艙成為防止己方電磁信息泄漏，保護己方人員和信息設備免受電磁波干擾和輻射危害的重要工具[1]。方艙的門、采光窗和轉接孔口[2]是影響方艙高屏蔽效能的主要因素，而采光窗的屏蔽設計一直是方艙電磁屏蔽設計的難點和重要環節。

1　采光窗的結構和屏蔽特性

方艙的采光窗主要用于方艙的采光和透氣，從結構上可以分為固定式采光窗和開啟式采光窗；從屏蔽要求可分為屏蔽采光窗和非屏蔽采光窗。采光窗的采光性和屏蔽性能是一對矛盾，當要求屏蔽效能<40 dB時，方艙可開設采光窗。其中屏蔽固定式采光窗相對屏蔽開啟式采光窗而言，屏蔽設計較為簡單。本文針對開啟式采光窗的進行屏蔽特性研究。采光窗的結構示意圖如圖1所示。

圖1　采光窗的結構示意圖

采光窗主要由窗框和窗板組成，窗板又由雙層金屬蒙皮、壓框、屏蔽玻璃和框架組成。其屏蔽泄漏取決于窗框與窗板的導電連續性、窗板中屏蔽玻璃與窗板的導電連續性以及屏蔽玻璃的屏蔽性能。

1)窗框與窗板的導電連續性。為保證窗框與窗板的導電連續，首先對窗框與窗板的骨架和蒙皮進行了導電處理，其次窗框與窗板的骨架與蒙皮連接采用了鉚釘鉚接，最后用屏蔽絲網橡膠襯墊將窗框與窗板連接。

2)窗板與屏蔽玻璃的導電連續性。為保證窗板與屏蔽玻璃的導電連續，首先將屏蔽玻璃的屏蔽絲網與框架用導電壓條連接，然后再用壓框將屏蔽玻璃的屏蔽絲網與內蒙皮連接，同時框架又與蒙皮通過鉚釘鉚接，進一步保證點連續性。

3)屏蔽玻璃的屏蔽性能。屏蔽玻璃的屏蔽性能主要取決于屏蔽絲網的目數，屏蔽性與透光度是矛盾的，較高的屏蔽性能是以降低透光度為代價的。綜合考慮屏蔽性能與透光性能，一般屏蔽絲網的目數≤100目，并采用雙層呈45°疊放。

2　采光窗的屏蔽設計

2.1金屬蒙皮材料及厚度的設計

理想的屏蔽材料應該具備高電導率和高導磁率，而實際情況是同時具有高電導率和磁導率的材料并不存在。銅、鋁具有優良的導電性，但磁導率卻非常低；而鐵鎳合金的磁導率很高，但導電性能卻一般[3]。當電磁頻率和材料厚度確定時，材料的電導率越高，屏蔽效能越高；材料的磁導率越高，屏蔽效能越高。因此，進行方艙電磁屏蔽設計時，選用的材料電導率和磁導率越高，該材料的電磁屏蔽性能越好。另外。由于趨膚深度的影響，材料越厚吸收損耗越大，屏蔽效能越好。

電磁波在金屬傳播過程中會有衰減過程，當電磁波場強衰減到表面原值的1/e或37%時所穿透的距離稱為趨膚深度。金屬的趨膚深度δ計算公式如下：

(1)式中，f是電磁波的頻率，單位為Hz；σr是材料相對電導率，單位為S/m；μr是材料相對磁導率，單位為H/m。

趨膚深度是設計過程中選擇屏蔽材料的理論依據。常用金屬的趨膚深度見表1。

表1　常用金屬的趨膚深度

當屏蔽層厚度為δ時，場強將衰減為入射的36.8%；當屏蔽層厚度為2.3δ時，場強衰減為原來的109%。本文屏蔽采光窗的頻率為100 kHz～10 GHz，當頻率>100 kHz時，選擇1.2～1.5 mm的雙層鋁板作為窗框和窗板的蒙皮即可。為了避免鋁發生氧化造成屏蔽效能下降，應對鋁板進行Al/Ct·Ocd處理[4]。

2.2縫隙的處理

屏蔽采光窗不是一個完整的電連續體，在蒙皮和骨架之間、框架與窗板之間以及屏蔽玻璃與框架之間都會存在縫隙，縫隙就會破壞電連續，這些部位不僅是電磁泄漏的主要部位，同時也是設計的關鍵部位，因此，這些縫隙應著重處理一下。縫隙處屏蔽效能的估算公式[5]如下：

(2)

式中，AS是縫隙的吸收損耗，單位為dB；t是材料厚度或縫隙深度，單位為mm；l是縫隙長度，單位為mm；N是縫隙波阻抗與空間波阻抗的比值。縫隙的長度、深度以及搭接材料的厚度都會影響屏蔽效能，增加縫隙深度，減少縫隙長度以及增加材料厚度都可以提高屏蔽效能。通常理想的縫隙長度應處于(1/50～1/20)波長。在實際應用中，為了消除縫隙中的不連續點，會采用焊接或鉚接。其中，連續焊接是最有效的措施，包括熔焊和釬焊。采用鉚接方式下，鉚釘間距的大小是一個很關鍵的因素。在實踐工程中，鉚釘間距估算采用如下計算式：

(3)

因此，本文提到的縫隙，可以采用單排釘鉚接的方式，以減小縫隙的最大線性尺寸。當鉚釘間距≤60 mm時，所形成的縫隙在頻率100 kHz～10 GHz內，屏蔽效能>40 dB。

另外，在窗框和窗板之間形成的縫隙處可填充復合材料，包括橡膠導電襯墊、屏蔽絲網和簧片[6]。選用時，應根據接觸面特性、電磁波頻段和屏蔽效能要求均衡考慮。經比較，該屏蔽采光窗可選用鍍錫銅包鋼編制的4層絲網橡膠條。安裝時，應保證復合材料的受力均勻一致。為了達到最佳屏蔽效果，屏蔽絲網壓縮量應取35%。為了保證良好的電連續性，應保證搭接面的清潔度和平面度，其中油污對屏蔽效果的影響很大，因此，在安裝時應使用酒精仔細擦拭搭接金屬表面。

2.3驗證測試

參照GJB 6785—2009標準對采光窗進行屏蔽測試，該采光窗的結構設計完全滿足方艙和系統的電磁屏蔽要求。目前，該屏蔽采光窗已廣泛應用在方艙中。

3　結語

屏蔽采光窗是屏蔽方艙中的重要部件，因此，屏蔽采光窗的設計原則很重要；同時，要想發揮屏蔽采光窗優異的屏蔽性能，需要生產工藝和裝配工藝的共同配合。

[1] 芮平亮，王芳. 網絡電磁空間防御作戰能力需求分析[J]. 指揮信息系統與技術，2011，2(1)：1-5,20.

[2] 閆國慶.軍用電磁屏蔽方艙孔口工藝過程的質量控制[J]. 新技術新工藝，2015(8)：119-121.

[3] 王學科，邱揚. 某電磁屏蔽方艙優化設計[J]. 火控雷達技術，2006(1):49-52,69.

[4] 和婷，李喬. 淺析電磁屏蔽技術在電子方艙中的應用[J]. 新技術新工藝，2013(6)：121-123.

[5] 段玉康. 方艙電磁屏蔽技術研究[D]. 成都：電子科技大學，2009.

[6] 劉傳貴，張同號. 方艙電磁屏蔽問題分析及改進措施[J]. 指揮信息系統與技術，2010，1(2)：78-80.

責任編輯鄭練

Electromagnetic Shielding Characteristic Analysis of Lighting Window

HE Ting, TANG Hongxia, TANG Xiaowei, ZHU Lihua

(The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007, China)

With the increasingly demanding on the electromagnetic shelter, high shielding lighting windows become one of the key elements of the electromagnetic shelter. In order to meet the requirement of the high shielding effectiveness, firstly analyze the shielding performance that affects the lighting windows, and summarize the design principles of the shielded lighting window. Finally, referring GJB 6785-2009 testing for windows electromagnetic shielding, the lighting window fully meets the shielding requirement.

lighting window, electromagnetic shielding, characteristic

TH 122

A

和婷(1985-)，女，工程師，主要從事方艙及系統設計等方面的研究。

2016-01-08