電磁屏蔽方艙的設(shè)計

崔麥苗，魯鋒濤，何天洋，秦蕾

（中國航天科工集團(tuán)第六研究院210所，陜西西安710065）

電磁屏蔽方艙的設(shè)計

崔麥苗，魯鋒濤，何天洋，秦蕾

（中國航天科工集團(tuán)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(jī)理，指出了電磁屏蔽方艙對方艙及內(nèi)部設(shè)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(shè)計提供參考。

電磁；屏蔽；方艙；設(shè)計

隨著電子技術(shù)飛速的發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備被廣泛地應(yīng)用在我軍裝備的各個領(lǐng)域，并在維護(hù)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(xiàn)代戰(zhàn)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(nèi)作戰(zhàn)功能設(shè)備不被電磁干擾和破壞，使其發(fā)揮正常的作戰(zhàn)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(guān)鍵步驟就是掌握屏蔽方艙的電磁屏蔽機(jī)理，合理的進(jìn)行電磁屏蔽性能設(shè)計。

1 方艙電磁屏蔽的機(jī)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(xù)性。門與門框周邊間隙的調(diào)整，實際是在調(diào)整門與門框之間的導(dǎo)電材料對門與門框的接觸程度。縫隙處增加螺釘或鉚釘?shù)臄?shù)量，縮短了縫隙的長度，防止了天線效應(yīng)的產(chǎn)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(xiàn)。

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(jù)使用要求，方艙還開有門、窗、孔、口等，為了改善艙內(nèi)工作環(huán)境，艙內(nèi)需要加裝空調(diào)設(shè)備。門、窗、孔、口的面積雖然大，但是設(shè)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(dǎo)板和采光窗的安裝都屬縫隙處理，電磁屏蔽方艙在生產(chǎn)過程中只要把所涉及到的縫隙處理好，即消除了縫隙產(chǎn)生的天線效應(yīng)，其屏蔽效能就滿足國軍標(biāo)GJB6109-2007的要求[1]。

2.2 電磁屏蔽對方艙內(nèi)設(shè)備要求

2.2.1 外購設(shè)備

對電磁屏蔽方艙而言，艙內(nèi)外購的設(shè)備大多數(shù)是電氣產(chǎn)品，這些電氣產(chǎn)品必須滿足電磁兼容性要求。也就是說這些電氣產(chǎn)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(shè)計加工的儀器設(shè)備

由于儀器設(shè)備是自己設(shè)計加工的，因此，設(shè)計師就應(yīng)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(jìn)行的，可分為近場和遠(yuǎn)場。若屏蔽體離騷擾源的距離為d=1 m，根據(jù)判別條件：

d=λ/2π=1 m

可求出相對應(yīng)的臨界頻率為：f。=47.7 MHz

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

當(dāng)d＞λ/2π時，騷擾源的輻射場為遠(yuǎn)場平面波，當(dāng)d＜λ/2π時，騷擾源的輻射場為近場[4]。屏蔽的實質(zhì)就是將關(guān)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(xiàn)屏蔽。應(yīng)當(dāng)注意的是電場的屏蔽體和磁場的屏蔽體其材質(zhì)不同，電場的屏蔽是采用導(dǎo)電率高的金屬材料做屏蔽體加接地，磁場的屏蔽是采用導(dǎo)磁率高的金屬材料做屏蔽體。

設(shè)計師設(shè)計產(chǎn)品時，既要滿足產(chǎn)品先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)要求，又需兼顧通風(fēng)、散熱、防沖擊、振動、密封和傳動等要求；同時還要結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、工作可靠、使用維護(hù)方便。

電氣產(chǎn)品屏蔽設(shè)計時，能將“屏蔽、濾波、接地”三者配合得當(dāng)，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(xiàn)電磁兼容，可從形成電磁干擾的后果出發(fā)，由電磁騷擾源發(fā)射的電磁能量，經(jīng)耦合途徑傳送到敏感設(shè)備，這一過程為電磁干擾效應(yīng)。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(shè)備。2.3.1電磁騷擾源定義

任何形式的自然現(xiàn)象或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，使設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)遭受電磁干擾效應(yīng)從而導(dǎo)致性能降級或失效，這種自然現(xiàn)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(dǎo)線、空氣等都是耦合途徑[2]。

2.3.3 敏感設(shè)備定義

受電磁騷擾源的作用發(fā)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(dǎo)致性能降級或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。這些器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備[3]。

對方艙而言，要實現(xiàn)電磁兼容，只能從耦合途徑著手解決。艙內(nèi)空間的空氣介質(zhì)與艙外空間的空氣介質(zhì)隔離，窗口采用波導(dǎo)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(dǎo)電襯墊、帶橡膠芯的金屬絲網(wǎng)條、具有較好彈性的全金屬絲網(wǎng)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(nèi)傳播的通路和媒介全部切斷，而艙內(nèi)的信息又能不斷地向艙外傳播。這樣的方艙可實現(xiàn)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(yīng)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(nèi)部吸收損耗的計算公式可以看出：金屬屏蔽板內(nèi)部吸收損耗與板的厚度成正比，與趨膚深度成反比。當(dāng)厚度與趨膚深度一樣時，金屬內(nèi)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(chǎn)成本提高。因此，金屬板厚度的數(shù)值，不是愈大愈好，是根據(jù)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(nèi)雖然用內(nèi)角形件通過鉚接的形式將六塊大板固定，但是，內(nèi)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(dāng)電磁波進(jìn)入縫隙后，在縫隙內(nèi)傳播時產(chǎn)生傳輸損耗。設(shè)計師根據(jù)電磁波的頻率范圍﹑鉚釘?shù)闹睆僵p加工的工藝性等初步估算內(nèi)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(nèi)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(dǎo)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?shù)臄?shù)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(dǎo)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(xiàn)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(chǎn)生的應(yīng)力；

（2）改進(jìn)絲網(wǎng)狀屏蔽條的芯材制品，使絲網(wǎng)狀屏蔽條有良好的彈性；

（3）改進(jìn)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(dǎo)電性，型材表面應(yīng)化學(xué)處理。

4 結(jié)束語

方艙的電磁屏蔽性能設(shè)計是一門實踐性較強(qiáng)的工程技術(shù)，無論在結(jié)構(gòu)設(shè)計或是工藝加工過程中，任何一個環(huán)節(jié)稍有疏忽都將會影響系統(tǒng)的整體電磁屏蔽效能，因此對方艙的電磁屏蔽性能設(shè)計還需進(jìn)一步的深入研究和完善。

[1]GJB6109-2007.軍用方艙通用規(guī)范（國軍標(biāo)規(guī)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(shè)計[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[3]呂仁清.電磁兼容性結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：東南大學(xué)出版社，1990.

[4]周文盛，黃祖蔭.電子機(jī)械工程設(shè)計手冊電磁兼容性設(shè)計分冊[M].北京：電子工業(yè)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(xué)士，研究方向為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計；魯鋒濤（1983-），男，陜西咸陽人，工程師，學(xué)士，研究方向為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計；何天洋（1982-），男，陜西渭南人，工程師，學(xué)士，研究方向為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計；秦雷（1985-），女，陜西西安人，工程師，學(xué)士，研究方向為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。