机箱通风孔屏蔽效能仿真研究

随着科学技术的迅速发展,各种电子、电气、信息设备的数量和种类越来越多,性能越来越先进,其使用场合和数量密度也越来越高。

这就使得电子设备工作时,常受到各种电磁干扰,包括自身干扰和来自其他设备的干扰,同时也对其他设备产生干扰。

在这种情况下,要保证设备在各种复杂的电磁环境中正常工作,则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计。

如果忽视了这一问题,在新产品使用时,干扰问题就会暴露出来。

因此,及早地解决电磁干扰问题是机箱结构设计时必须考虑的重要环节。

由于
机箱内部电子器件需要与外部设备连接以及通风散热,屏蔽机箱
不可避免地开有孔洞,如果孔洞的大小和形状不合理就会造成严重的电磁能量泄漏。

机箱机柜作为电子设备中工作单元,电子部件的载体,其电磁屏蔽效能(SE-Shielding Effectiveness)的高低对电子设备的正常运行有重大的影响。

因此,机箱屏蔽效能的测试分析也变得越来越重要。

通过仿真软件获得机箱的屏蔽效能相对实际测试来说是一种既简便快捷又节约成本的有效途径。

更重要的是,软件还能够提供优化机箱屏蔽效能的思路和相对直观的
洞察力。

1 机箱通风孔模型设计
电磁屏蔽指的是使用金属外壳来抑制或削弱电场和磁场。

通常采用屏蔽效能定量分析和表示。

其中,电场屏蔽效能,其定义如下[1]:
SE=20log(E1/E2)
式中:E1为入射平面波的电场强度;E2为机箱内部耦合电场的强度。

该文研究对象为相同通风孔面积,金属机箱面板上的方孔,圆孔,正六边形孔的屏蔽效能。

方孔边长为1cm,圆孔半径为0.56cm,正六边形边长为0.62cm,厚度为1.2mm,结构示意图如图1所示。

2 模拟结果及讨论
在全波电磁仿真软件CST中建模并仿真该机箱面板结构的屏蔽效能。

用平面波来激励,边界条件为周期边界条件,仿真频率为1～10GHz。

图2为屏蔽效能的仿真模拟结果。

由图2可以看出,正六边形孔机箱面板的屏蔽效能最好,其次是圆孔机箱面板,最差的是方孔机箱面板。

DOI:10.16661/ki.1672-3791.2016.10.049
机箱通风孔屏蔽效能仿真研究
朱薇 陈业刚 时强
(上海市质量监督检验技术研究院 上海 201114)
摘 要:随着系统时钟的频率不断提高,目前许多产品的内部工作频率已经达到了数十吉赫兹。

为了改善产品的电磁屏蔽性能,大多数产品使用了金属机箱来屏蔽。

考虑到散热性能,金属机箱上必须要有一些通风孔。

该文用全波仿真软件CST仿真分析了在1～10GHz频率范围内,机箱面板上不同形状通风孔的屏蔽性能。

比较了相同出风面积下,不同孔洞形状对屏蔽效能的影响。

从而可以在满足通风散热的要求下,快捷地设计出电磁屏蔽性能较好的通风孔形状。

关键词:全波仿真软件CST 通风孔 屏蔽效能中图分类号:TM937
文献标识码
:A
文章编号
:1672-3791(2016)04(a)-0049-02
图
1
方孔、圆孔、正六边形孔机箱面版
图2 CST仿真结果
(下转51页)
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然后将每一组的零件尺寸在范围方面不断地缩小误差,最后再根据每组零件的相关要求与规定允许出现的误差范围,使用刀具准确进行调整,从而确保每组零件的尺寸都满足误差允许出现的范围,这样使加工中的原始误差有效分散,从而提升加工精度。

第二是对原始误差实施均化处理,如果加工零件的表面有较高要求,那么可以在加工过程中,将原始误差逐步分化,主要通过机械加工平均化处理被加工零件的表面误差,从而使得误差不断缩小,其依据是对具有密切关联的零件表面实施比较与检查,然后找出其中所存在的差异再修正,这样能够将原始误差实现均化的处理目的。

第三将原始误差做出转移处理,该方法是将机械加工中产生的原始误差,从机械中比较敏感方向进行转移至不敏感方向,使得不同原始误差能够在机械零件中产生不同反应。

由于反应敏感方向有一定的差异性,而机械的这种方向敏感性对机械加工精度有重要影响,运用一定的方法将敏感方向误差转移至不敏感的方向,就可以有效地提高机械加工的精度。

2.2 对机械加工所发生的误差实施补偿
在机械加工中出现的误差,可以通过全面地分析,例如对加工工具的分析、机床的分析以及工件分析等,从而根据零件的具体要求将误差控制在一定的范围中,从而提高加工的精度。

而对机械加工出现的原始误差,可以用误差补偿法来达到减少误差的目的,主要有两种方法:第一种方法是误差补偿法,在机械加工中,通过人为地制造出一些新的误差,从而将这些新的误差补偿在工艺系统原始的误差中,这样能够有效减少机械加工中的误差产生;第二种方法是抵消误差法,其主要利用机械加工中的一种原始误差与另一种原始误差之间通过一定的方式进行部分抵消或
是全部抵消,从而提高机械加工中零件的精度。

2.3 需要优化加工的工艺
提高机械加工的工艺对于提高加工的精度具有重要的作用,因此需要加大对机械加工工艺的提升与创新加工方法[4]。

一方面可以通过引进先进的机械设备,代替老化的加工设备,因为老化的加工设备中许多的零件磨损比较严重,从而使得加工的精度也极大地降低,因此定期地更换设备是保证精度的一个方法,同时还需要对机械设备进行及时地维护与保养,从而延长机械加工设备的工作寿命;另一方面还可以在加工工艺方法方面进行研究与创新,从而全面地提高机械加工的精度。

3 结语
机械加工精度的影响因素比较多,因此需要不断地研究这些影响因素,有针对性采取措施避免不良的影响,从而提高加工精度,达到减少加工误差的发生,进而促进机械加工实现零误差的目标。

参考文献
[1]杨春晖.机床加工制造过程中的技术探析[J].数字技术与应用,
2015(9):220.
[2]付继红,冯帮军.机械装备控制加工精度的做法及相关经验总
结[J].科技创新与应用,2015(31):109.
[3]赵强.机械加工工艺的技术误差问题及对策分析[J].轻工科技,
2016(2):61-62.
[4]胡忠彪,吴秀艳,金龙,等.数控加工工艺、方法对零件加工精
度的影响[J].科技创新与应用,2014(31):109.
图2结果是使用CST微波工作室仿真得到的。

CST微波工作室是基于FDID(时域有限积分法)电磁场求解算法的仿真器,适合仿真电大尺寸宽带频谱结果。

HFSS是基于FEM(有限元法)电磁场求解算法的仿真器,适合仿真电小尺寸三维复杂结果。

为了验证仿真的正确性和仿真软件之间的一致性。

用HFSS 仿真同样结构的方孔机箱面板,屏蔽效能模拟结果如图3所示。

由图3可见,CST和HFSS的仿真结果的一致性很好。

在设计机箱面板的通风孔结构时,机械工程师希望通风孔尽量多、尽量大来满足机箱散热的要求,EMC工程师则希望通风孔尽量小,来减少电磁辐射,满足电磁兼容测试的要求。

为了达到最优结果,我
们希望在通风孔尺寸相同的情况下,优化通风孔的形状,使得在相同的通风面积下电磁泄漏最少。

在机箱量产前,使用电磁仿真工具来模拟机箱通风孔结构的屏蔽效能,找出最优机箱通风孔结构,是一种快速、便捷降低成本的方法。

3 结语
该文用全波仿真软件CST模拟了不同形状机箱面板通风孔结构的屏蔽效能。

结果显示在通风面积相同的情况下,正六边形通风孔机箱面板的屏蔽效能最好。

并使用仿真软件HFSS仿真了相
同形状机箱面板的屏蔽效能,模拟结果一致。

在机箱量产前,使用电磁仿真工具来模拟机箱通风孔结构的屏蔽效能,找出最优机箱通风孔结构是一种很快速、便捷、降低成本的方法。

参考文献
[1]Paul Clayton R.电磁兼容导论[M].2版.人民邮电出版社,
2007.
[2]曹善勇．Ansoft HFSS磁场分析与应用实例［M］．北京:中国
水利水电出版社,2010.
[3]
CST 软件公司．CST工作室套装系列丛书[M].www.cst-
,2006.
图3 CST vs HFSS仿真结果
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