某電磁屏蔽方艙的設計與應用

馮鵬升，崔 遼，吳洪喜，郭晉斌，孫智勇，牛凱強

（1.山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046000；2.火箭軍裝備部駐長治地區軍事代表室，山西 長治 046000）

眾所周知，任何電子設備都要在一定的電磁環境下才能正常工作，當其周圍的電磁輻射超過一定的閾值甚至處于十分惡劣的電磁環境中時，該電子設備將失去使用功能。一旦其屏蔽和加固條件受到破壞，就將面臨嚴重后果[1]。

中國電子科技集團和婷[2]等人從實踐和應用的角度分析了蒙皮的開孔處理對提高電磁屏蔽性能的作用；范禮輝[3]等人針對某方艙電站的電磁屏蔽進行設計，并取得了一些研究成果；但研究成果多見于滿足40dB 的屏蔽效能。因此設計一種滿足60dB 屏蔽效能的方艙，具有十分重要的意義。

以某電磁屏蔽方艙為研究對象，從屏蔽位置來劃分，主要有內屏蔽、外屏蔽和內外雙層屏蔽三種形式。通常情況下，方艙大板采用夾芯板結構，考慮到方艙的制造工藝、電磁屏蔽效能以及經濟性等原因，一般采用內屏蔽結構，而大板連接處、方艙的通風窗、電源接口窗、線孔和推拉門等孔口均為開孔斷開處，若無法保證形成電連續體，則會導致電磁泄漏。因此各個連接處的屏蔽設計對于整個方艙的屏蔽實現就顯得尤為重要。

1 電磁屏蔽

1.1 電磁屏蔽原理

電磁屏蔽一方面屏蔽外部的電磁能量對內部設備的輻射，另一方面也以相同的屏蔽量屏蔽內部設備的電磁能量向外部泄漏，方艙的電磁屏蔽主要是控制輻射能量傳播。電磁屏蔽分為電場屏蔽、磁場屏蔽以及電磁場屏蔽。

1.1.1 電場屏蔽

當干擾源以電壓形式產生對外干擾時，電子設備與干擾源之間就存在容性電場耦合，采取電場屏蔽是最直接有效的抗干擾方法。同時電場耦合干擾的嚴重程度與頻率相關，頻率升高，干擾變強。因此，頻率越高，越有屏蔽的必要性。

1.1.2 磁場屏蔽

當干擾源是以電流形式產生對外干擾時，電流產生的磁場會通過互感耦合對附近信號產生干擾，采取磁場屏蔽是對此類干擾最直接有效的方法。此類干擾頻率不同，屏蔽的原理也不一樣，主要分為高頻與低頻干擾源，屏蔽處理時需區別對待。

1.1.3 電磁場屏蔽

磁場分為高頻磁場與低頻磁場，高頻磁場的屏蔽實際上就是電磁場的屏蔽，電磁場的頻率越高，越容易被金屬所吸收，也就衰減的越快；反之，金屬的導磁、導電能力越強，則吸收電磁場的效果就越好。

1.2 電磁屏蔽效能等級

根據GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》中規定，電磁屏蔽等級共分為3 類，詳見表1。方艙良好的質量和可靠性將會保障艙內電子設備正常工作，因此，加強方艙的電磁屏蔽設計就成為方艙設計、研制中的突出問題。本文將從工程實踐應用角度分析方艙Ⅰ類屏蔽等級的電磁屏蔽技術。

表1 電磁屏蔽效能等級表

2 方艙孔口處屏蔽設計

若整個方艙全部電連續，必須要確保各接觸點之間的電接觸。電接觸的方式一共有三種：一是鉚接，優點是工藝簡單易行，缺點是會造成新的電磁泄漏點；二是釬焊，優點是強度高、導電性能優越，缺點是控制變形等工藝較難掌握；三是導電膠，優點是一般可以實現較好的電連續性，缺點是整體費用較貴，導電性會隨時間降低。

綜合分析以上三種方式，鉚接雖然會造成新的電磁泄漏點，但也只是針對高頻場會有影響，只要計算選取合適的鉚釘間距，就可以保證其屏蔽效能。故整個屏蔽方艙的連接多用鉚接，對于局部不能采用鉚接的地方，則采用螺栓連接。

2.1 方艙大板間連接處屏蔽設計

為了使方艙成為電連續體，要確保各方艙大板之間全部電接觸，由于方艙連接處縫隙長達6m，只靠單一剛性接觸無法保證不會有電磁泄漏點，故采用具有可壓縮量的全金屬絲網屏蔽襯墊配合鍍鋅內壓條進行電磁屏蔽處理。

如圖1 所示為全金屬絲網屏蔽襯墊和鍍鋅內壓條。如圖2 所示，在鍍鋅內壓條和方艙大板之間填充全金屬絲網屏蔽襯墊，通過鉚接的形式，可確保方艙大板之間的屏蔽效能。

圖1 屏蔽襯墊和內壓條

圖2 大板間屏蔽圖

2.2 通風窗接口處屏蔽設計

艙板上的通風窗需采用截止波導，既滿足方艙內的通風量要求，又滿足整個方艙的屏蔽效能要求。通風窗的連接處依然采用全金屬絲網屏蔽襯墊，且對應位置直接配制安裝孔，安裝部位必須使用工業酒精進行擦洗清潔后再進行安裝，確保不會因為雜質而影響了導電性[4]。

如圖3 所示為通風窗的屏蔽設計，由于窗戶和襯板都是較薄的鍍鋅板和不銹鋼板，故采用清洗后的標準件進行螺栓連接，保證通風窗接口處的屏蔽效能。

圖3 通風窗接口處屏蔽圖

2.3 艙門周邊屏蔽設計

艙門是方艙上最大的孔口，門和門框之間形成的縫隙，是電磁波泄露的重要途徑[5]。為了保證門體和門框之間的電連續，需采取如下措施：

（1）門框與艙板的組合，門框與艙板之間通過全金屬絲網屏蔽襯墊進行屏蔽，通過鉚釘進行固定；

（2）門框、門體組裝時要保證其平面度符合設計要求，并確保門與門框周邊間隙的一致性，以保證門與門框四周的電連續性；

（3）如圖4 所示，艙門周邊采用三刀雙凹槽型材結構，雙槽內分別填充金屬絲網屏蔽襯墊進行屏蔽，門框內使用鈹青銅簧片背對背裝配，保證艙門關閉后周邊的電連續性，共同完成艙門周邊的屏蔽效能。

圖4 艙門周邊屏蔽圖

3 屏蔽效能測試方法

3.1 測試頻段

進行屏蔽效能測試時，方艙應處于門/窗關閉、通風波導窗蓋板打開、方艙的電源及電源濾波器處于加電工作狀態。方艙外部應設有接地點，接地電阻一般不大于10Ω。

對于頻率范圍在9kHz～18GHz 的區間段內，不同的區間段內采用不同的測試天線，詳見表2。

表2 測試頻段表

3.2 測試布置

（1）無被測試件時的場強測試（直通測試）。在方艙屏蔽效能測試之前，需對測試天線進行直通測試。采用環形天線進行直通測試時，環形天線之間間隔0.6m，分別采用垂直和水平方式進行直通測試；振子天線和喇叭天線進行直通測試時，天線之間間隔2m，分別采用垂直和水平方式進行直通測試，測試如圖5 所示。

圖5 天線直通測試

（2）有被測試件時的場強測試。在進行方艙屏蔽效能測試時，艙內測試天線和頻譜儀放置在距離艙內壁0.3m 處，艙外測試天線和信號源則需在艙外相對應位置使用。如使用環形天線進行測試，則艙外天線放置在距離艙內壁0.3m，若使用振子天線或喇叭天線，則艙外天線放置在距離艙內壁1.7m[6]。按照GJB6785-2009《軍用電子設備方艙屏蔽效能測試方法》進行方艙整體屏蔽效能測試。

（3）屏蔽計算公式。在無被測試件時的場強測試，讀取相應的數值為P1，在有被測試件時的場強測試，讀取相應的數值為P2，則屏蔽效能的計算如公式（1）所示：

4 結論

如圖6 所示，方艙的所有測試點均滿足60dB 的屏蔽效能要求。

圖6 屏蔽效能測試記錄

電磁屏蔽方艙的主要環節在于設計，而方艙孔口處屏蔽設計又是其中最重要的一環。該60dB 屏蔽方艙的設計和應用，驗證了該設計思路的可行性，可為以后同類型屏蔽方艙的設計與應用提供一定的借鑒。