電磁屏蔽方艙的設計

崔麥苗，魯鋒濤，何天洋，秦蕾

（中國航天科工集團第六研究院210所，陜西西安710065）

電磁屏蔽方艙的設計

崔麥苗，魯鋒濤，何天洋，秦蕾

（中國航天科工集團第六研究院210所，陜西西安710065）

介紹了電磁屏蔽方艙的重要性，分析了方艙電磁屏蔽的機理，指出了電磁屏蔽方艙對方艙及內部設備的要求，解讀提高方艙屏蔽效能所采取的措施，為方艙的電磁屏蔽設計提供參考。

電磁；屏蔽；方艙；設計

隨著電子技術飛速的發展，越來越多的電子設備被廣泛地應用在我軍裝備的各個領域，并在維護國家安全中起著越來越重要的作用，電磁干擾與反電磁干擾也成了現代戰爭中極其重要的對抗形式。電磁屏蔽方艙是一種用來有效屏蔽電磁干擾和電磁脈沖的方艙，確保艙內作戰功能設備不被電磁干擾和破壞，使其發揮正常的作戰功能，因此，對電磁屏蔽方艙的研究就成了一個重要的專題，而研究的關鍵步驟就是掌握屏蔽方艙的電磁屏蔽機理，合理的進行電磁屏蔽性能設計。

1 方艙電磁屏蔽的機理

方艙電磁屏蔽主要解決的問題就是門、窗、孔、口、蓋、縫隙等的電氣連續性。門與門框周邊間隙的調整，實際是在調整門與門框之間的導電材料對門與門框的接觸程度。縫隙處增加螺釘或鉚釘的數量，縮短了縫隙的長度，防止了天線效應的產生。其它窗、孔、口、蓋電磁屏蔽效能的提高，也是通過安裝縫隙的辦法來實現。

2 電磁屏蔽方艙

2.1 電磁屏蔽對方艙要求

方艙由六面體組成，組裝過程中形成了十二條縫隙，根據使用要求，方艙還開有門、窗、孔、口等，為了改善艙內工作環境，艙內需要加裝空調設備。門、窗、孔、口的面積雖然大，但是設計人員在解決門、窗、孔、口處電磁泄漏的辦法是縫隙的處理，如方艙六塊大板之間的縫隙，門與門框之間的縫隙以及波導板和采光窗的安裝都屬縫隙處理，電磁屏蔽方艙在生產過程中只要把所涉及到的縫隙處理好，即消除了縫隙產生的天線效應，其屏蔽效能就滿足國軍標GJB6109-2007的要求[1]。

2.2 電磁屏蔽對方艙內設備要求

2.2.1 外購設備

對電磁屏蔽方艙而言，艙內外購的設備大多數是電氣產品，這些電氣產品必須滿足電磁兼容性要求。也就是說這些電氣產品是指在不損失有用信號所包含的信息條件下，信息和干擾具有共存的能力。

2.2.2 自己設計加工的儀器設備

由于儀器設備是自己設計加工的，因此，設計師就應該從抑制電磁騷擾的三個基本方法（屏蔽、濾波、接地）著手，即抑制電磁騷擾沿空間的傳播，切短輻射騷擾的傳播途徑。電磁騷擾沿空間的傳播是以電磁波的方式進行的，可分為近場和遠場。若屏蔽體離騷擾源的距離為d=1 m，根據判別條件：

d=λ/2π=1 m

可求出相對應的臨界頻率為：f。=47.7 MHz

當f＞f。時為遠場平面波，當f＜f。時是近場，近場又可分為電場和磁場兩種情況：當騷擾源是高電壓、小電流時，其輻射場主要表現為電場；當騷擾源具有低電壓、大電流時，其輻射場主要表現為磁場。

當d＞λ/2π時，騷擾源的輻射場為遠場平面波，當d＜λ/2π時，騷擾源的輻射場為近場[4]。屏蔽的實質就是將關鍵電路用屏蔽體包圍起來。屏蔽的原理則是通過屏蔽體的吸收損耗和反射損耗以及接地的要求來實現屏蔽。應當注意的是電場的屏蔽體和磁場的屏蔽體其材質不同，電場的屏蔽是采用導電率高的金屬材料做屏蔽體加接地，磁場的屏蔽是采用導磁率高的金屬材料做屏蔽體。

設計師設計產品時，既要滿足產品先進的技術指標要求，又需兼顧通風、散熱、防沖擊、振動、密封和傳動等要求；同時還要結構簡單、重量輕、體積小、工作可靠、使用維護方便。

電氣產品屏蔽設計時，能將“屏蔽、濾波、接地”三者配合得當，可使屏蔽起到事半功倍的效果。

2.3 電磁兼容

電磁兼容性是指在不損失有用信號所包含的信息條件下，信息和干擾共存的能力。如何實現電磁兼容，可從形成電磁干擾的后果出發，由電磁騷擾源發射的電磁能量，經耦合途徑傳送到敏感設備，這一過程為電磁干擾效應。因此，形成電磁干擾后果必須具備三個基本要素：電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設備。2.3.1電磁騷擾源定義

任何形式的自然現象或電能裝置所發射的電磁能量，能使共享同一環境的人或其它生物受到傷害，使設備、分系統或系統遭受電磁干擾效應從而導致性能降級或失效，這種自然現象或電能裝置即稱為電磁騷擾源[2]。

2.3.2 耦合途徑定義

傳輸電磁騷擾的通路或媒介，如導線、空氣等都是耦合途徑[2]。

2.3.3 敏感設備定義

受電磁騷擾源的作用發射電磁能量時，受電磁騷擾傷害的人或其它生物以及因電磁騷擾導致性能降級或失效的器件、設備、分系統或系統。這些器件、設備、分系統或系統既是電磁騷擾源又是敏感設備[3]。

對方艙而言，要實現電磁兼容，只能從耦合途徑著手解決。艙內空間的空氣介質與艙外空間的空氣介質隔離，窗口采用波導板，電源線、信號線通過濾波器，所有門、窗、孔、口的縫隙處理全部通過導電襯墊、帶橡膠芯的金屬絲網條、具有較好彈性的全金屬絲網條或通用鈹青銅簧片；切斷傳輸電磁騷擾的通路或媒介，即艙外電磁波向艙內傳播的通路和媒介全部切斷，而艙內的信息又能不斷地向艙外傳播。這樣的方艙可實現在不損失有用信號所包含的信息條件下，信息和干擾共存的能力。

3 屏蔽效能的提高

方艙的屏蔽效能提高應考慮以下兩個方面：金屬板的屏蔽效能和縫隙的屏蔽效能。

3.1 金屬板屏蔽效能（以單金屬板為例）

從金屬內部吸收損耗的計算公式可以看出：金屬屏蔽板內部吸收損耗與板的厚度成正比，與趨膚深度成反比。當厚度與趨膚深度一樣時，金屬內部吸收損耗等于8.68 dB.值得注意，隨著厚度的增加方艙的重量增加，生產成本提高。因此，金屬板厚度的數值，不是愈大愈好，是根據各加工單位的工藝水平而定。

3.2 縫隙屏蔽效能

3.2.1 組裝屏蔽效能

影響方艙屏蔽效能的因素之一是方艙組裝過程中形成的十二條縫隙。艙內雖然用內角形件通過鉚接的形式將六塊大板固定，但是，內角形件與大板之間同樣存在縫隙。縫隙對入射電磁場的屏蔽作用由兩部份組成：一是由于縫隙開口處的阻抗與自由空間的阻抗不同，從而引起反射損耗；二是當電磁波進入縫隙后，在縫隙內傳播時產生傳輸損耗。設計師根據電磁波的頻率范圍﹑鉚釘的直徑﹑加工的工藝性等初步估算內角形件的寬度（即縫隙的深度L）和兩鉚釘之間的距離g.如圖1所示。

圖1 內角形件

為了提高縫隙的屏蔽效能，通常采用措施如下：

（1）增加縫隙的深度L；

（2）縮小縫隙的長度g；

（3）在縫隙接合面處增加合適的導電襯墊，不僅可提高縫隙的屏蔽效能，同時還可以增加縫隙的長度g，減少了鉚接或螺接時鉚釘或螺釘的數量，可提高工作效率；

（4）對屏蔽效能要求高的方艙采用永久性接縫，即采用焊接工藝將縫隙焊接；

（5）提高接縫的加工精度，可提高縫隙的屏蔽效能。

以上措施也適合波導板的安裝。

3.2.2 門、窗、孔口屏蔽效能

門、窗、孔口屏蔽效能的實現原理基本一致，就以門為例，通常采用如下措施來提高方艙門屏蔽效能：

（1）增加門與門框的剛度以利于抵抗裝配過程中產生的應力；

（2）改進絲網狀屏蔽條的芯材制品，使絲網狀屏蔽條有良好的彈性；

（3）改進裝配工藝，確保門與門框周邊間隙均勻；

（4）通過縫隙計算，確定門與門框周邊蒙皮和型材鉚接時相鄰兩鉚釘之間的距離（如圖1中的）；

（5）為防止門型材表面氧化和鹽霧腐蝕﹑增加導電性，型材表面應化學處理。

4 結束語

方艙的電磁屏蔽性能設計是一門實踐性較強的工程技術，無論在結構設計或是工藝加工過程中，任何一個環節稍有疏忽都將會影響系統的整體電磁屏蔽效能，因此對方艙的電磁屏蔽性能設計還需進一步的深入研究和完善。

[1]GJB6109-2007.軍用方艙通用規范（國軍標規范）[S].北京：中國人民解放軍總部，2007.

[2]白同云，呂曉德.電磁兼容設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2001.

[3]呂仁清.電磁兼容性結構設計[M].北京：東南大學出版社，1990.

[4]周文盛，黃祖蔭.電子機械工程設計手冊電磁兼容性設計分冊[M].北京：電子工業出版社，1987.

Design of Electromagnetic Shielding Shelter

CUI Mai-miao，LU Feng-tao，HE Tian-yang，QIN Lei
（China Aerospace Science and Industry Group，The Sixth Research Institute 210，Xi’an Shaangxi 710065，China）

The importance of the application are introduced,analyzed the application mechanism of electromagnetic shielding，points out the electromagnetic shielding shelter to the requirement of application and internal equipment kind，reading to improve application shielding effectiveness measures taken，provide a reference for application of emc design.

electromagnetism；shield；shelter；design

3

A

：1672-545X（2017）01-0064-03

2016-10-04

崔麥苗（1981-），女，陜西渭南人，工程師，學士，研究方向為機械結構設計；魯鋒濤（1983-），男，陜西咸陽人，工程師，學士，研究方向為機械結構設計；何天洋（1982-），男，陜西渭南人，工程師，學士，研究方向為機械結構設計；秦雷（1985-），女，陜西西安人，工程師，學士，研究方向為機械結構設計。