机柜布局对方舱屏蔽效能影响的研究

机柜布局对方舱屏蔽效能影响的研究
刘君华;柯仲明
【摘要】电磁屏蔽方舱作为机动式指挥系统的车载运行环境,内有多种电子设备。

为了保障舱内的电磁环境满足电子设备正常工作的需要,方舱必须具有良好的电磁
屏蔽性能。

方舱内的机柜布局是影响电磁屏蔽方舱屏蔽效能的一个重要因素。

通过对电磁屏蔽方舱屏蔽效能的测试分析和CST仿真分析,定量分析了机柜布局对电磁屏蔽方舱屏蔽效能的影响,并对机柜的布局提出合理建议。

分析结果表明机柜的反
射作用会使屏蔽效能降低,而机柜的遮挡作用能使屏蔽效能提高。

%As a motor-vehicle operating environment,there are lots of electronic aids in the electromagnetic shielding shelter.To make sure the electronic aids can work normally in the electromagnetic environment of the electromagnetic shielding shelter,the good electromagnetic shielding property of the electromagnetic shielding shelter is necessary.And the instrument cabinet＇s position is one of the most important factors which have effect on the shielding effectiveness of the electromagnetic shelter.Based on the analysis of the test and the simulation by software CST,this paper introduces the effect of the instrument cabinet＇s position on the shielding effectiveness of the electromagnetic shielding shelter and put forward some appropriate suggestion of the instrument cabinet＇s position.The result shows that the reflecting ability of the instrument cabinet will reduce the shielding effectiveness of the shelter,while the shielding ability of the Instrument cabinet will increase the shielding effectiveness of the shelter.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2011(000)010
【总页数】4页(P31-34)
【关键词】电磁屏蔽方舱;屏蔽效能;CST
【作者】刘君华;柯仲明
【作者单位】西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大
学机电工程学院,陕西西安710071
【正文语种】中文
【中图分类】TM937
0 引言
电磁屏蔽方舱以其良好的防护能力、密封性能，运输灵活性等优势广泛地应用于武器系统、直呼中心、技术勤务以及野战医疗等方面，而电磁屏蔽又为方舱顺利完成任务提供了保障，所以增加和提高方舱的电磁屏蔽性能是很有必要的。

电磁屏蔽方舱在做屏蔽效能测试的时候会遇到两个问题。

第一个问题，如果对空舱进行屏蔽效能测试，则不能反应安装各种设备后的屏蔽效能，因为安装了各种电子设备后，内部空间发生变化，特别是金属机柜会对方舱的屏蔽效能产生影响。

第二个问题，如果对安装完各种设备后的方舱进行屏蔽效能测试，则无法进行标准测试，因为安装完各种电子设备后方舱内部空间狭小，无法在标准测试位置放入测试天线，需要改变天线位置以方便测试，导致测试结果和标准测试存在一定的差异性。

本文就是针对这两个问题，基于测试和CST仿真对机柜对方舱屏蔽效能的影响进行了
分析，并给出了机柜的建议布局。

1 屏蔽效能测试分析
屏蔽效能是指电磁波的入射下无屏蔽体时空间某点的电场强度（或磁场强度）与在同样电磁波的入射下有屏蔽体时该点电场强度（或磁场强度）的比值，一般采用分贝（dB）的形式来表示：
1.1 测试方法
为了研究机柜对电磁屏蔽方舱屏蔽效能的影响，对某型电磁屏蔽方舱做了如下两个试验。

首先，对空舱的屏蔽效能进行测试。

然后对方舱内有金属机柜的情况进行测试，测试示意图如图1所示。

图1 屏蔽效能测试示意图
其中：
(a)波导通风窗尺寸：120mm×150mm；
(b)机柜尺寸：1850mm×900mm×430mm。

(c)方舱尺寸：5000mm×3500mm×2500mm。

(d)机柜距波导通风窗距离：800mm
测试时天线按GJB6785-2009《军用电子设备方舱屏蔽效能测试方法》的规定安放，如表1所示。

表1 天线测试距离测量频段d1d2d3 9KHz——20MHz 0.6+t 0.3 0.3 20 MHz——18GHz 2.0+t 1.7 0.3注：：参考测量时发射天线与接收天线之间的距离，并且=++ t；：发射天线到方舱表面的距离；：接收天线到方舱表面的距离；t ：方舱的壁厚。

d 1 d 2 d 3
在20MHz以上频段，如果因为现场限制无法满足表1的要求，可减小发射天线
距方舱表面的距离。

对于20 MHz～1GHz频段，不能小于 1.3 m ；对于 1～18 GHz频段，不能小于1.0 m，并应在测试报告中予以说明[1]。

本次测试为标准测试。

1.2 测试结果及分析
测试结果如图2所示。

从图2的屏蔽效能测试结果可以看出，在低频时机柜对方舱的屏蔽效能几乎没有影响，而在高频时机柜对屏蔽效能产生了大约15dB的影响。

这是因为低频时电磁波发生了绕射，而高频时反射波与入射波相互叠加。

所以低频时接收天线接收到的信号不变，而高频时接收天线接收到的信号大小波动较大。

按照电磁兼容考虑的“最恶劣环境”可以得出结论：距离通风窗1.3m处的金属机柜使得方舱在高频时的屏蔽效能下降了15dB。

图2 屏蔽效能测试结果
2 CST仿真分析
CST微波工作室TM（简称CST MWSTM）是CST公司出品的CST工作室套装软件之一，可以完成系统级电磁兼容及通用高频无源器件仿真软件，应用领域包括：天线、RCS、滤波器、平面多层结构、EMC/EMI等。

可计算任意结构任意材料电大宽带的电磁问题。

CST微波工作室TM集成有7个时域和频域全波算法：时域有限积分、频域有限积分、频域有限元、模式降阶、矩量法、多层快速多极子、本征模。

可以快速而有效地本文所提出的问题进行仿真分析。

2.1 仿真模型的建立
运用仿真分析能够很好的解决空间布局紧张对测试带来的困难。

图3为建立的仿真模型示意图。

方舱尺寸为5000 mm×3500 mm×2500 mm，金属机柜尺寸为1850 mm×900 mm×200 mm。

为了简化模型，使用140 mm×40 mm的缝隙
来观察有无机柜时的屏蔽效能的变化，机柜距缝隙距离为700 mm。

电场观测探
针置于1和2的位置，位置1和位置2距缝隙距离分别是300 mm和1000 mm。

激励源选用场强为1V/m的平面波。

2.2 仿真结果及分析
位置1处即距缝隙的300 mm处有无机柜时的屏蔽效能仿真结果如图4所示。

其中a)代表无机柜时位置1处的屏蔽效能，b)代表有机柜时位置1处的屏蔽效能。

图3 屏蔽效能仿真模型
图4 距缝隙300 mm处的屏蔽效能
从图4中可以看出在频率为30MHz～2.3GHz的范围内，方舱内有机柜时位置1
处的屏蔽效能曲线的幅度震荡较大，这是因为机柜反射产生的影响，屏蔽效能最大下降幅度达10dB。

这和测试的结果一致。

位置2处即距缝隙的1000 mm处有无机柜时的屏蔽效能仿真结果如图5所示。

其中a)代表无机柜时位置2处的屏蔽效能，b)代表有机柜时位置2处的屏蔽效能。

图5 距缝隙1000mm处的屏蔽效能
图5的仿真结果表明，在有机柜的遮挡后，30MHz～2.3GHz频率范围内距缝隙1000 mm处的屏蔽效能整体抬升了5～10dB。

3 结束语
金属机柜的布局变化会对电磁屏蔽方舱的屏蔽效能产生一定的影响，从而影响方舱内部电子设备的正常工作。

以下是通过测试和仿真得到的结果：
1）机柜的反射效果会使机柜和方舱间区域的屏蔽效能变差。

为了保护机柜内的电子设备，对机柜的屏蔽效能提出了更加苛刻的要求。

2）机柜的遮挡效果会使方舱内部的屏蔽效能有所提高。

考虑到保护机柜内电子设备和提高整舱的屏蔽效能这两个因素，建议在靠近通风窗或某些孔缝附近选用屏蔽效果较好的机柜。

参考文献
[1]GJB6785-2009,军用电子设备方舱屏蔽效能测试方法[S].国防科工委,2009.
[2]Ooi Ban Leong, Zeng Rong and Leong Mook Seng.Approximate Shielding Effectiveness Simulation Of Metallic Rectangular Enclosure With Arbitrarily Shaped Apertures. International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology Proceedings.2002,797-800.
[3]高璞,郝建红,高永华.基于FEKO仿真评估PCB布局对机箱屏蔽效能的研究[J].安全与电磁兼容,2010.
[4]邱扬,刘鹏程.电磁兼容原理及技术[M].北京:高等教育出版社,1993:108-149.
[5]陈淑凤,马蔚宇.电磁兼容实验技术[M].北京:人民邮电出版社,2002:50-60.
[6]王家礼,朱满座,路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[7]张亚周.通信方舱屏蔽效能的仿真预测[D].大连:大连理工大学,2006.
[8]任近静.机箱电磁屏蔽性能测试与仿真技术研究[D].南京:东南大学,2009.。