關于電磁屏蔽柜屏蔽效能的測量方法

陳洪峰

銘派科技集團有限公司 山東 青島 266000

引言

目前，隨著電子設備和通信技術的不斷發展，電磁輻射對設備和系統的影響變得越來越重要。電磁輻射可能導致設備干擾、信息泄露以及對人員健康的潛在威脅。為了減少這些問題，電磁屏蔽柜被廣泛使用，以阻止電磁輻射的泄漏或進入。

電磁屏蔽柜的屏蔽效能是評估其性能的關鍵因素。測量電磁屏蔽柜的屏蔽效能可以幫助確定其是否符合特定的電磁兼容性（EMC）標準。因此，開發準確的屏蔽效能測量方法對于確保電磁屏蔽柜的性能至關重要。

1 測量原理

電磁屏蔽柜的屏蔽效能是指其阻止電磁輻射傳播的能力。測量這種效能的基本原理是比較柜內和柜外的電磁場強度。理想情況下，電磁屏蔽柜內部的電磁場應該遠遠低于外部。電磁屏蔽柜的屏蔽效能測量原理是電磁兼容性（EMC）領域的核心概念之一。以下是關于測量原理的詳細介紹。

1.1 電磁輻射和干擾

電磁輻射是由電流和電荷的移動引起的電磁波傳播。在電子設備和通信系統中，這種輻射是不可避免的，因為設備內部的電流和信號變化會行程電磁場。這種輻射可以干擾周圍的設備和系統，甚至對人員健康造成潛在威脅。因此，對電磁輻射的控制和管理至關重要。

1.2 屏蔽原理

電磁屏蔽柜的設計原理是為了減少或阻止電磁輻射。通過使用導電材料（通常是金屬）構建柜體，形成一個外部電磁場無法輕易穿透的屏蔽壁。在這個過程中，電磁輻射被反射、吸收或散射，從而將其能量轉化為其他形式或減弱[1]。

1.3 測量方法

為了評估電磁屏蔽柜的性能，我們使用電磁場測量設備，如電磁場傳感器。需要通過傳感器分別先后測量電磁屏蔽柜內部和外部的電磁場強度。通過比較這兩個測量值，我們可以計算出電磁屏蔽柜的屏蔽效能。

1.4 理想情況下的電磁場

在理想情況下，電磁屏蔽柜內部的電磁場應該遠遠低于外部電磁場。這對于確保設備的正常運行、數據的安全傳輸以及電磁兼容性都至關重要。

2 關鍵參數

2.1 透射損耗

透射損耗是指電磁波在穿越電磁屏蔽柜壁時喪失的能量。它以分貝（dB）為單位，可用于量化電磁屏蔽柜的屏蔽效能。透射損耗是衡量電磁屏蔽柜屏蔽效能的關鍵參數之一。透射損耗的深入理解對于評估電磁屏蔽柜的性能至關重要，以下是更詳細的介紹。

2.1.1 透射損耗的計算。透射損耗是通過比較電磁波進入電磁屏蔽柜前后的電磁場強度來計算的。透射損耗的計算公式如下：透射損耗（dB）=10*log10(電磁場強度進入電磁屏蔽柜前/電磁場強度在電磁屏蔽柜內)這個公式將兩個電磁場強度的比值取對數，然后乘以10，以得到以分貝為單位的透射損耗值。

2.1.2 透射損耗的物理意義。透射損耗反映了電磁波在穿越電磁屏蔽柜壁時的衰減程度。如果透射損耗很高，意味著電磁屏蔽柜能夠有效地阻止電磁波的進入。相反，如果透射損耗很低，電磁波將更容易穿越電磁屏蔽柜，導致泄漏和干擾問題。

2.1.3 透射損耗與頻率的關系。透射損耗通常與電磁波的頻率有關。不同頻率的電磁波對于電磁屏蔽材料和結構的透射損耗可能不同。因此，通常需要在不同頻率下進行透射損耗的測量，以全面了解電磁屏蔽柜的性能。

2.1.4 損耗的實際應用。透射損耗的測量可以幫助評估電磁屏蔽柜的性能，確保其在特定頻率范圍內能夠有效地阻止電磁波的傳播。這對于保護敏感設備、維護數據安全以及滿足電磁兼容性要求非常重要。

2.2 反射損耗

反射損耗是指電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的能量。它同樣以分貝為單位，反映了電磁波被柜壁反射的程度，用來評估電磁屏蔽柜的屏蔽性能。以下是更詳細的關于反射損耗的介紹：

2.2.1 反射損耗的計算。反射損耗是通過測量電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的能量來計算的。反射損耗的計算公式如下：反射損耗（dB）=10*log10(電磁場強度反射/電磁場強度入射)這個公式將反射波和入射波的電磁場強度的比值取對數，然后乘以10，以得到以分貝為單位的反射損耗值。

2.2.2 反射損耗的物理意義。反射損耗反映了電磁波在穿越電磁屏蔽柜表面時所發生的反射程度。如果反射損耗很高，這意味著電磁屏蔽柜的表面能夠有效地反射大部分入射電磁波的能量，從而減少了電磁波進入柜內的可能性。相反，如果反射損耗很低，表面將較少地反射電磁波，導致波束穿過表面并可能引起干擾等問題。

2.2.3 反射損耗與表面材料的關系。反射損耗通常與電磁屏蔽柜表面的材料和涂層有關。不同的材料和涂層具有不同的反射特性。優質的屏蔽材料和設計可以提高反射損耗，進一步增強電磁屏蔽柜的性能。

2.2.4 實際應用。反射損耗的測量對于評估電磁屏蔽柜的性能至關重要，特別是在強烈電磁輻射或需要高度保密性的應用中。通過測量反射損耗，可以確保電磁屏蔽柜能夠有效地反射電磁波，從而保護敏感設備和數據免受外部干擾。

2.3 最小屏蔽頻率

最小屏蔽頻率是電磁屏蔽柜性能的一個重要參數，它指的是電磁屏蔽柜開始有效屏蔽電磁輻射的最低頻率范圍。下面進一步探討這一參數的相關內容。

2.3.1 屏蔽材料特性。電磁屏蔽材料目前向著薄、輕、寬、高的方向發展，復合材料已逐漸取代單一材料成為電磁屏蔽研究的主要方向。以機械復合材料為基礎，研究高導電材料+高導磁2層復合材料與高導電材料+高導電材料+高導磁材料3層復合材料電磁屏蔽效能的差別。研究結果表明，2層復合材料高導電材料一側增加1層高導電材料對電磁屏蔽性能的提高非常有限[2]。

2.3.2 電磁波頻率和波長。電磁波的頻率和波長是最小屏蔽頻率的決定因素之一。較低頻率的電磁波具有較長的波長，因此它們在穿越屏蔽材料時可能需要更好的屏蔽性能才能被有效阻擋。因此，在設計電磁屏蔽柜時，需要考慮所需屏蔽的電磁波頻率范圍。

2.3.3 測量最小屏蔽頻率。為了確定電磁屏蔽柜的最小屏蔽頻率，通常需要進行實驗室測試。這些測試包括逐漸升高電磁波的頻率，然后測量在每個頻率下的透射損耗和反射損耗。通過分析數據，可以確定電磁屏蔽柜的最小屏蔽頻率。

2.3.4 應用和設計考慮。了解最小屏蔽頻率對于電磁屏蔽柜的應用和設計至關重要。在高頻率應用中，需要更好的屏蔽性能，因此可能需要選擇適用于高頻范圍的屏蔽材料和設計。

3 實驗方法

3.1 透射損耗測量

在一定頻率范圍內，使用電磁輻射源在電磁屏蔽柜外部輻射，然后在柜內測量電磁場強度。通過比較輸入和輸出的場強度，可以計算透射損耗。透射損耗測量是評估電磁屏蔽柜性能的一項關鍵測試。以下是關于透射損耗測量的更詳細說明：

3.1.1 測量原理。透射損耗測量的基本原理是通過比較電磁場的強度在電磁屏蔽柜內外的變化來評估屏蔽效能。測試開始時，使用電磁輻射源在一定頻率范圍內輻射電磁波。這些電磁波被照射到電磁屏蔽柜的外部表面。然后，在電磁屏蔽柜內部，使用電磁場傳感器或測量設備來測量電磁場的強度。

3.1.2 計算透射損耗。透射損耗的計算基于電磁場的強度比較。具體而言，透射損耗可以使用以下公式計算：透射損耗（dB）=10*log10(電磁場強度外部/電磁場強度內部)這個公式將電磁場強度的比值取對數，然后乘以10，以得到以分貝為單位的透射損耗值。透射損耗值越高，表示電磁屏蔽柜在特定頻率下的屏蔽效能越好。

3.1.3 頻率范圍。透射損耗測量通常需要在一定的頻率范圍內進行，因為電磁屏蔽柜的性能在不同頻率下可能會有所變化。測試可能覆蓋從極低頻率到射頻范圍的不同頻率點，以全面評估電磁屏蔽柜的性能。

3.1.4 應用。透射損耗測量對于評估電磁屏蔽柜在特定頻率下的性能非常重要。它可以幫助確定電磁屏蔽柜是否能夠有效地隔離外部電磁輻射，保護內部設備免受干擾。這對于確保電子設備的正常運行、數據的安全傳輸以及滿足電磁兼容性要求非常關鍵。

3.2 反射損耗測量

通過將電磁波從不同方向照射到電磁屏蔽柜表面，并在表面上測量反射波的場強度來測量反射損耗。反射損耗測量是電磁屏蔽柜性能評估中的關鍵測試之一。以下是關于反射損耗測量的更詳細說明：

3.2.1 測量原理。反射損耗測量的基本原理是通過將電磁波從不同方向照射到電磁屏蔽柜表面，然后在表面上測量反射波的電磁場強度。在測試過程中，使用電磁輻射源產生電磁波，將其照射到電磁屏蔽柜的表面，然后使用電磁場傳感器或測量設備來測量反射波的強度。

3.2.2 計算反射損耗。反射損耗是通過比較反射波和入射波的電磁場強度來計算的。具體而言，反射損耗可以使用以下公式計算：反射損耗（dB）=10*log10（電磁場強度反射/電磁場強度入射）這個公式將反射波和入射波的電磁場強度的比值取對數，然后乘以10，以得到以分貝為單位的反射損耗值。反射損耗值越高，表示電磁屏蔽柜的表面在特定頻率下反射能力越好。

3.2.3 不同頻率的測試。反射損耗測量通常需要在不同頻率下進行，因為電磁波的反射特性會隨著頻率的變化而變化。測試覆蓋的頻率范圍取決于應用需求，通常包括需要屏蔽的電磁波頻率范圍。

3.2.4 應用。反射損耗測量對于評估電磁屏蔽柜的性能非常關鍵，尤其是在需要高度屏蔽性能的應用中，如電子設備的EMC測試（電磁兼容性測試）。通過測量反射損耗，可以確保電磁屏蔽柜的表面能夠有效地反射外部電磁輻射，從而保護內部設備免受外部干擾。

3.3 最小屏蔽頻率測量

通過改變電磁屏蔽柜內的頻率，測量透射損耗和反射損耗，以確定最小屏蔽頻率。最小屏蔽頻率測量是一項關鍵的測試，用于確定電磁屏蔽柜的屏蔽性能在不同頻率下的臨界點。以下是關于最小屏蔽頻率測量的更詳細說明。

3.3.1 測量原理。最小屏蔽頻率測量的基本原理是通過改變電磁屏蔽柜內的電磁波頻率，并測量在不同頻率下的透射損耗和反射損耗，以確定最小屏蔽頻率。

3.3.2 透射損耗和反射損耗的測量。在測試中，需要測量不同頻率下電磁波的透射損耗和反射損耗。透射損耗測量涉及測量電磁波穿越電磁屏蔽柜壁時的能量損失，而反射損耗測量涉及測量電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的程度。

3.3.3 確定最小屏蔽頻率。最小屏蔽頻率通常是在透射損耗和反射損耗開始顯著變化的頻率點確定的。在低于這個頻率的范圍內，電磁波可能會較容易穿越電磁屏蔽柜，導致電磁輻射泄漏。

3.3.4 應用。最小屏蔽頻率測量對于電磁屏蔽柜的設計和應用非常關鍵。了解最小屏蔽頻率有助于確保電磁屏蔽柜能夠在所需頻率范圍內提供可靠的屏蔽性能，從而維護設備和系統的正常運行。

4 結束語

電磁屏蔽柜的屏蔽效能測量是確保電磁兼容性的關鍵步驟。通過測量透射損耗、反射損耗和最小屏蔽頻率等關鍵參數，可以評估電磁屏蔽柜的性能。這些測量方法可以幫助制造商和用戶確保其設備和系統在電磁環境中能夠可靠運行。在簡單介紹了屏蔽效能的幾種計算方法的基礎上，研究帶孔縫電源機箱的屏蔽效能影響因素。通過與傳輸線法的對比，采用基于有限元法（FEM）的仿真軟件HFSS對孔縫箱體進行建模仿真分析，探究孔縫的相關參數對屏蔽效能的影響規律，并據此對箱體的設計提出改進性建議[3]。