舰船通信设备电磁屏蔽研究

futairan

广东安规检测
有限公司提供：

小型摆管淋雨试验机

IPX5X6X7喷水试验机

1000L恒温恒湿箱

各种试验指现货

可程式恒温恒湿试验箱

水平垂直燃烧机

自动卷线器试验机

耐划痕试验机

各种灯头量规现货

灼热丝试验机现货

GB1002插头量规

IPX1-X7淋雨现货

IEC61347/UL935镇流器热试验箱

灯具防风罩

IK冲击试验机

UL498插头插座量规

VDE0620插头插座量规

稳定性试验台

家电温升测试角

针焰试验机现货

热电偶焊机现货

家电125mm试验指

E12灯头量规

无绳壶无绳电熨斗插拔寿命试验机

IEC60335试验指甲

舰船通信设备电磁屏蔽研究
摘要：本文论述了舰船复杂电磁环境产生的基本原因，简要介绍了电磁屏蔽的基本理论，其中包括电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽的屏蔽机理，并且推出了完整屏蔽题的电磁屏蔽效能的计算，最后给出了在舰船特殊环境下通信设备的电磁屏蔽的整体设计依据和关键措施，其中重点叙述了波导型通风孔的设计。
关键词：电磁兼容 电磁屏蔽 屏蔽效能 抗扰度
1 引言
电子技术的发展使得现代舰船设备电子化日益普遍，为现代舰船的生存力和战斗力带来了前所未有的提高；然而，所有电气、电子设备或系统在工作的同时一方面对于周围的电磁干扰具有一定的敏感性，另一方面它们本身叉会向周围发出电磁干扰信号，可能影响在同环境下其它电子、电器设备或系统的正常运行：舰船平台上电子设备的成倍的增加也使得舰船电磁环境进一步恶化，空间电磁能量达到或接近了一般电子设备敏感阈值：另外，电子技术本身朝高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能化、小型化、大规模集成化、复杂化、和大功率、小信号的应用等方面发展，使得它们本身向外发射的能量增加、复杂，同时抗干扰度进一步下降。因此，能否解决舰船电磁兼容性问题已成为影响舰船生存力和战斗力的重要因素之一。
2 舰船通信设备电磁环境简述
电磁环境是提出和确定线路、设备、系统电磁兼容性设计指标要求，实施电磁兼容的前提。只有首先明确和依据预期的电磁环境，确定和遵循正确的设计、研制、试验、生产、安装、使用和维修的要求和步骤，并在整个寿命期内采取充分的管理和保障措施，才能最佳地达到所希望的水平。
影响舰船电磁环境主要干扰源有：A)动力系统；B)电力系统；C)通信系统；D)导航系统；E)作战指挥系统； F)火控系统；G)电子战系统；H)附属设施。
舰船电磁环境特点：
1)干扰源多：日益增多的作战需求、复杂电磁环境下的舰船的生存力的要求使得现代舰装的电子系统设备越来越多；
2)空问有限：大量接收机和发射机等敏感体安装在本已拥挤的狭小舰体中已经增加了相互干扰的可能性：
3)上层建筑复杂：舰船上层建筑的不规则反射，阻挡，绕射，再反射等使得没有逃逸出的电磁能量互调，使得本来复杂的电磁环境变得更加的恶劣。
因此，解决电磁干扰问题至关重要，是增强现在舰船生存力和战斗力的重要因素。
舰船电磁干扰控制的可用方法：
1) 减小雷达，导航，通信等发射机功率：
2) 增强其接收机的抗干扰度：
3) 力争优化与周围结构相互影响的各种天线的辐射图：
4) 优化各系统在装舰上的安装位置；
5) 仔细研究传感器的安装，压缩传感器与电子系统之问的干扰；
6) 恰当上层建筑形状的设计，对舰船辅助设施的非金属材料的采用。
然而在电磁兼容性设计过程中，当一个已经设计好的设备需要安装在电磁环境恶劣的环境下最好的技术也就是使用屏蔽。根据电磁兼容理论，很多EMI抑制都可采用屏蔽方式来实现，通过切断电磁耦合路径来降低电磁干扰。另外，用屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处就是：不会影响电路的正常工作，故不需要对电路做任何修改。屏蔽是设备电磁兼容性设计金字塔中最后的一件法宝。
3 电磁屏蔽的原理
屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法，利用屏蔽材料的高磁导率或高电导率对电磁波进行引导或吸收和反射来避免设备电磁能量通过空间产生相互的干扰，对于辐射干扰抑制效果特别明显；根据电磁干扰场源特性的不同可分为三类：电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。
电场屏蔽主要针对的是可分解为电偶极子为主的近场的干扰源的抑制，其实质是在干扰源和敏感设备之问设置良导体，并将良导体良好接地，从而切断由干扰源发出的电力线，使电力线终止于良导体，保护了敏感设备。
对于磁场屏蔽，通常是指对直流或甚低频磁场的屏蔽，主要针对的是可分解为磁偶极子的近场的干扰源的抑制，其机理主要是依赖高磁导率材料所具有的低磁阻特性对低频磁场起磁分路作用，引导磁场主要是通过屏蔽壳体向前传播，而使屏蔽壳体内部受保护空间的磁场大大减弱。


在高频时，电磁场辐射能力增强，易发生的是远场干扰。远场中的电场和磁场都不能忽略，此时就需要使用电磁屏蔽。电磁屏蔽机理是电磁波传播到不同波阻抗的表面时产生反射(边界两边介质波阻抗差值越大反射越强烈)，同时电磁波在良电导体中传播时产生很大的衰减，使得电磁波的一部分能量被屏蔽体吸收，使得透过屏蔽体后的电磁能量大大降低，从而产生屏蔽作用，其具体能量损耗如图1所示。









5电磁屏蔽的关键措施
设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙，而且设备运行过程中还会需要用到这些孔隙。典型屏蔽体上孔缝主要分为四类：机箱接缝、通风孔、观察孔与显示孔、连接器与机箱接缝。由于随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。实际屏蔽体上同时存在多个泄漏耦合结构(n个)，设机箱接缝、通风孔、屏蔽体壁板等各泄漏耦合结构的单独屏蔽效能(如只考虑接缝)为SEi(i=l、2、3、...、n)，则屏蔽体总的屏蔽效能

由上式可得，屏蔽体的屏蔽效能是由各个泄漏耦合结构中产生最大泄漏耦合的结构所决定，即由屏蔽最薄弱的环节所决定。因此进行屏蔽设计时，明确不同频段的泄漏耦合结构，确定最大泄漏耦合要素是其首要的设计原则。根据孔耦合理论，决定孔缝泄漏量的因素主要有两个：孔缝面积和孔缝最大线度尺寸。
对于接缝等面积不大，但其最大线度尺寸即缝长却非常大的干扰抑制措施主要有：增加弯边宽度或接缝重叠尺寸来增加缝隙深度，使用导电衬垫、导电填隙料或导电涂料，缩短螺钉间距来减少缝隙长度。
对于通风孔等大面积大线尺寸的孔泄露的抑制主要措施是使用截止波导式通风窗。由于舰船上电磁干扰的频率范围从低频到微波都存在，而截止波导式通风窗在微波频段仍有较高的屏蔽效能，且对空气阻力小，机械强度高，工作可靠。截止波导的屏蔽效能(即低于截止频率的电磁波在截止波导中传播的衰减)：

对于表头孔，显示屏，集中的按钮开关、指示灯、保险盒等的辐射抑制主要有：在其背面进行附加屏蔽(使用穿心电容进行电气连接，使用滤波器进行信号电源线的除干扰)或表面上覆盖导电玻璃。对于进出屏蔽罩的电源线，信号线，控制线等一般先进行滤波净化处理，滤波器紧靠屏蔽体内部安装在线缆进口处。
6小结
舰船电气设备要想一次性通过国军标电磁兼容试验是很难的，它涉及到很多因素。但只要在屏蔽设计时选用合适的材料并保证合适的厚度，注意到电磁泄漏最大的因素，采取必要的措施提高它的屏蔽效能，这样就能达到相应标准的要求。
参考文献：
[1]陈穷．电磁兼容性工程设计手册．北京：国防工业出版社，1999．
[2]张杰．工程塑料仪器机箱的电磁屏蔽结构设计．现代制造工程，2003(5)．
[3] 陈景艳，邹澎．机箱电磁屏蔽的理论分析．河南科技，2004(4)．
[4]陈巨龙，王军玲．舰船设各的电磁屏蔽技术．船电技术，2004(3)