基于HFSS的金屬箱體屏蔽效能的研究

邱詩浩

摘 要

隨著現代電子科學技術的發展，電子設備的數量及種類不斷增加，使得電磁環境日趨復雜，電子設備的電磁兼容性能就越來越重要。在電子電器設備的金屬機箱設計中，由于需要考慮散熱、通風和組裝等問題，不同形狀的縫隙是不可避免的，本文通過電磁仿真軟件Ansoft HFSS，對金屬機箱上不同形狀的縫隙對機箱屏蔽效能造成的影響進行了詳細分析，并得出了結論。

【關鍵詞】電磁兼容 屏蔽效能 HFSS

1 引言

電氣和電子工程師協會（IEEE）對電磁兼容（EMC）的定義是：設備或系統在其電磁環境下能正常工作，并且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。為了保證設備不受外界復雜電磁環境的干擾，并盡可能的不對其他設備造成干擾，一般采用金屬機箱對敏感設備進行屏蔽，但是，由于設備的散熱、觀測和調試需要等因素的存在，機箱上的縫隙是不可避免的，外界的電磁干擾通過這些縫隙耦合到機箱內部，造成電路中敏感器件的波動，影響設備正常工作。電磁屏蔽效能（Electromagnetic Shielding Effectiveness，簡稱SE） 是一種電磁指標，被用以度量電磁屏蔽作用的強弱，它的定義是：在電磁場中同一地點無屏蔽存在時的電場強度與加屏蔽體后的電場強度之比，用SE表示：

其中，E0是空間中試驗點在不采取任何屏蔽措施時的電場強度，Es是同一試驗點在經過屏蔽體衰減后的電場強度，SE越大，屏蔽效果越好。本文通過使用Ansoft HFSS仿真軟件，建立了金屬機箱等效模型，對不同情形下的電子設備機箱進行了屏蔽效應分析，總結了提高機箱屏蔽效能的改進措施。

2 HFSS模型的建立

Ansoft HFSS作為是一款基于有限元法（FEM）的三維結構電磁場仿真軟件，被業界廣為認可，在本文中用以研究多種因素和屏蔽效能的關系。如圖1，研究選用厚度為0.5mm的鋁制箱體，箱體的幾何尺寸為300×200×100mm，激勵則使用平面波源，將入射波設為沿X軸負方向垂直入射，電場測試點位于箱體中心。

3 屏蔽效能研究

為了研究金屬機箱上的縫隙形狀和大小與屏蔽效能之間的關系，我們選擇在固定尺寸的機箱上構造不同的縫隙，通過比較來研究它們的優劣。

3.1 矩形縫隙長寬比例和屏蔽效能的關系

實驗選取矩形縫隙，為了使通風性能一致，保持矩形縫隙的面積不變，改變箱體上的矩形縫隙的長寬比例，分別研究80×1.25mm、50×2mm和10×10mm時的屏蔽效能變化，結果如圖2所示，10×10mm時的屏蔽效能最好，50×2mm時其次，80×1.25mm時最差。這表明，在其他條件不變的情況下，矩形縫隙長寬比例和屏蔽效能呈負相關。

3.2 縫隙個數和屏蔽效能的關系

實驗選取不同個數的圓形小孔陣，保持總開孔面積不變，改變小孔的數量，分別研究4個、9個和16個圓形小孔的屏蔽效能變化，結果如圖3所示，16小孔的屏蔽效能最好，9個小孔其次，4個小孔最差。這表明，在開孔面積一定的情況下，個增加開孔個數，減小單個小孔的尺寸有利于提高屏蔽效能。

3.3 縫隙形狀和屏蔽效能的關系

實驗選取不同形狀的小孔，保持小孔的面積不變，改變小孔的形狀，分別研究正方形、六邊形和圓形時的屏蔽效能變化，結果如圖4所示，圓形小孔的屏蔽效能最好，六邊形稍差，正方形最差。這表明，盡量使用圓形小孔能提高箱體屏蔽效能。

4 結論

本文通過電磁仿真軟件Ansoft HFSS，對金屬機箱上不同形狀的縫隙對機箱屏蔽效能的影響進行了詳細分析，并得出了結論：對于面積固定的矩形縫隙，長寬比例越小，屏蔽效能越好；不同形狀的小孔中，形狀圓滑的小孔屏蔽效能較好；多個小孔比單個大孔屏蔽效能好。因此，在敏感設備機箱外殼的設計中，建議盡量采用長寬比例較小的矩形縫隙，通風孔形狀盡量圓滑，并且盡量避免大面積開孔，有利于提高機箱的屏蔽效應，避免電磁干擾。

參考文獻

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