基于HFSS的金属箱体屏蔽效能的研究

基于HFSS的金属箱体屏蔽效能的研究作者：邱诗浩来源：《电子技术与软件工程》2017年第08期摘要随着现代电子科学技术的发展，电子设备的数量及种类不断增加，使得电磁环境日趋复杂，电子设备的电磁兼容性能就越来越重要。

在电子电器设备的金属机箱设计中，由于需要考虑散热、通风和组装等问题，不同形状的缝隙是不可避免的，本文通过电磁仿真软件Ansoft HFSS，对金属机箱上不同形状的缝隙对机箱屏蔽效能造成的影响进行了详细分析，并得出了结论。

【关键词】电磁兼容屏蔽效能 HFSS1 引言电气和电子工程师协会（IEEE）对电磁兼容（EMC）的定义是：设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

为了保证设备不受外界复杂电磁环境的干扰，并尽可能的不对其他设备造成干扰，一般采用金属机箱对敏感设备进行屏蔽，但是，由于设备的散热、观测和调试需要等因素的存在，机箱上的缝隙是不可避免的，外界的电磁干扰通过这些缝隙耦合到机箱内部，造成电路中敏感器件的波动，影响设备正常工作。

电磁屏蔽效能（Electromagnetic Shielding Effectiveness，简称SE）是一种电磁指标，被用以度量电磁屏蔽作用的强弱，它的定义是：在电磁场中同一地点无屏蔽存在时的电场强度与加屏蔽体后的电场强度之比，用SE表示：其中，E0是空间中试验点在不采取任何屏蔽措施时的电场强度，Es是同一试验点在经过屏蔽体衰减后的电场强度，SE越大，屏蔽效果越好。

本文通过使用Ansoft HFSS仿真软件，建立了金属机箱等效模型，对不同情形下的电子设备机箱进行了屏蔽效应分析，总结了提高机箱屏蔽效能的改进措施。

2 HFSS模型的建立Ansoft HFSS作为是一款基于有限元法（FEM）的三维结构电磁场仿真软件，被业界广为认可，在本文中用以研究多种因素和屏蔽效能的关系。

如图1，研究选用厚度为0.5mm的铝制箱体，箱体的几何尺寸为300×200×100mm，激励则使用平面波源，将入射波设为沿X轴负方向垂直入射，电场测试点位于箱体中心。

H F S S电磁屏蔽电磁兼容设计实验-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN目录第一章屏蔽体的设计理念1.1屏蔽的概念及基本原理 (3)1.2屏蔽体的基本问题和分析方法 (4)1.3设计屏蔽体的基本参数设定 (4)第二章屏蔽体的建模过程2.1创建屏蔽体的单位模型及缝隙模型 (5)2.2创建屏蔽体的外空气体及其设置 (7)2.3创建同轴屏蔽罩及同轴芯 (11)2.4设置屏蔽体的激励及指定激励端口 (14)2.5创建电阻及空气腔 (15)2.6创建辐射边界 (21)第三章屏蔽体性能的仿真分析及其结果3.1设置添加对屏蔽体的分析功能并分析模型 (23)3.2计算屏蔽体的数据及创建分析报告 (26)3.3保存屏蔽体工程并保存其分析报告 (30)第一章屏蔽体的设计理念1.1屏蔽体的概念及基本原理屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁干扰的有效方法之一。

所谓电磁屏蔽，就是用导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁干扰源限制在一定的范围内，使干扰源从屏蔽体的一面耦合或当其辐射到另一面时受到的抑制或衰减。

屏蔽的目的是采用屏蔽体包围电磁干扰源，以抑制电磁干扰源对其周围空间存在的接收器的干扰；或采用屏蔽体包围接收器，以避免干扰源对其干扰。

电磁屏蔽一般是指高频交变电磁屏蔽，因为在交变场中，电场和磁场总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，电磁干扰一般出现在近场区。

近场随着干扰源的性质不同，电场和磁场的大小有很大差别。

高电压小电流干扰源以电场为主，磁场干扰可以忽略不计。

这时就只可以考虑电场屏蔽；低电压高电流干扰源以磁场干扰为主，电场干扰可以忽略不计，这时就只可以考虑磁场屏蔽。

随着频率增高，电磁辐射能力增强，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰。

远场中的电场干扰和磁场干扰都不可以忽略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即为电磁屏蔽。

高频时即使在设备内部也可能出现远场干扰，需要进行电磁屏蔽。

如前所述，采用导电材料制作的且接地良好的屏蔽体，就能同时起到电场屏蔽和磁场屏蔽的作用。

在HFSS（High-Frequency Structure Simulator）中，屏蔽效能是指一个屏蔽结构对
电磁波的阻挡或吸收程度。

HFSS是一种用于高频电磁场仿真的工具，通常用于分
析微波、毫米波等射频和微波领域的电磁问题。

在HFSS中，你可以通过编辑不同
的参数和属性来调整屏蔽结构，并使用S参数、功率传输等数据来评估屏蔽效能。

在HFSS中，屏蔽效能的计算通常与传输线理论相关，并涉及到电磁波的传播和反射。

以下是屏蔽效能的一般公式，用于评估一个屏蔽结构的性能：
SE=20⋅log10(E i
E t
)
其中：
•SE是屏蔽效能（单位：分贝，dB）。

•E i是入射电场强度。

•E t是透射电场强度。

这个公式表示屏蔽效能是入射电场和透射电场之比的对数（以分贝为单位）。

通常，屏蔽效能越高，表示屏蔽结构对电磁波的阻挡能力越强。

请注意，实际应用中，屏蔽效能的计算可能涉及到复杂的电磁场分析和传输线理论，具体的公式和参数可能会因仿真模型和问题的复杂性而有所不同。

在使用HFSS进
行仿真时，你可以参考HFSS的文档、教程或相关资料，以获得更具体和准确的屏
蔽效能计算方法。

金属栅极屏蔽电磁辐射的效果研究随着现代科技的迅速发展，许多电子产品和电子设备的普及使用，电磁辐射也随之大量释放，因而引起了社会的高度关注，因为它可能导致电磁干扰，影响人体健康和人体健康，甚至引起环境污染。

金属栅极屏蔽技术就是为了解决这一问题而发明的。

本文将详细介绍金属栅极屏蔽技术，以及它在屏蔽电磁辐射方面的性能和效果。

金属栅极屏蔽技术是一种用金属的把电磁辐射反射回源点的技术，它包括具有振荡器、屏蔽物体、高频带通滤波器和金属栅网的多个零部件。

金属栅极的兆欧表示了它的高频带宽，它的屏蔽效果会根据金属栅极的结构和尺寸进行调整，并且金属栅极可以连接绝缘材料，因此可以有效地抑制高频辐射通过绝缘材料外传播而对周围造成的干扰。

金属栅极屏蔽技术有很多优势，首先它可以有效地实现电磁辐射的屏蔽；其次，它可以根据用户的不同需求，进行金属栅极网的定制，以增强屏蔽效果；另外，它可以有效抑制电磁辐射的传播，从而解决传统技术无法解决的问题。

此外，为了更好地评估金属栅极屏蔽电磁辐射的效果，本文还进行了试验研究。

在这项研究中，我们试图将金属栅极屏蔽技术应用于实际环境中，并对金属栅极屏蔽电磁辐射的效果进行测试和评价。

金属栅极屏蔽技术采用了一系列严格的控制测量技术，来测量金属栅极屏蔽电磁辐射的效果。

结果表明，金属栅极屏蔽效果良好，实际的屏蔽效果达到了90％以上，表明金属栅极屏蔽技术可以有效地解决传统技术无法解决的问题。

根据以上结果，可以发现金属栅极屏蔽技术对于有效地屏蔽电磁辐射，以及防止电磁干扰，保护人体健康和环境起到了积极的作用。

由于金属栅极屏蔽技术具有有效抑制电磁辐射传播的特性，因此它在电子设备、卫星通信、电力系统等方面有广泛的应用前景。

总而言之，金属栅极屏蔽技术是一种能够有效地抑制电磁辐射的技术，它不仅对于保护生态环境也有着重要的意义，而且在防止电磁干扰的同时，还可以有效地屏蔽电磁辐射，从而减少电子设备和电子产品对人体健康的不良影响。

第一章屏蔽体的设计理念1.1 屏蔽的概念及基本原理 (3)1.2 屏蔽体的基本问题和分析方法 (4)1.3 设计屏蔽体的基本参数设定 (4)第二章屏蔽体的建模过程2.1创建屏蔽体的单位模型及缝隙模型 (5)2.2创建屏蔽体的外空气体及其设置 (7)2.3创建同轴屏蔽罩及同轴芯 (11)2.4设置屏蔽体的激励及指定激励端口 (14)2.5创建电阻及空气腔 (15)2.6创建辐射边界 (21)第三章屏蔽体性能的仿真分析及其结果3.1 设置添加对屏蔽体的分析功能并分析模型233.2 计算屏蔽体的数据及创建分析报告263.3 保存屏蔽体工程并保存其分析报告30第一章屏蔽体的设计理念1.1 屏蔽体的概念及基本原理屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁干扰的有效方法之一。

所谓电磁屏蔽，就是用导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁干扰源限制在一定的范围内，使干扰源从屏蔽体的一面耦合或当其辐射到另一面时受到的抑制或衰减。

屏蔽的目的是采用屏蔽体包围电磁干扰源，以抑制电磁干扰源对其周围空间存在的接收器的干扰；或采用屏蔽体包围接收器，以避免干扰源对其干扰。

电磁屏蔽一般是指高频交变电磁屏蔽，因为在交变场中，电场和磁场总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，电磁干扰一般出现在近场区。

近场随着干扰源的性质不同，电场和磁场的大小有很大差别。

高电压小电流干扰源以电场为主，磁场干扰可以忽略不计。

这时就只可以考虑电场屏蔽；低电压高电流干扰源以磁场干扰为主，电场干扰可以忽略不计，这时就只可以考虑磁场屏蔽。

随着频率增高，电磁辐射能力增强，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰。

远场中的电场干扰和磁场干扰都不可以忽略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即为电磁屏蔽。

高频时即使在设备内部也可能出现远场干扰，需要进行电磁屏蔽。

如前所述，采用导电材料制作的且接地良好的屏蔽体，就能同时起到电场屏蔽和磁场屏蔽的作用。

1.2 屏蔽体的基本问题和分析方法此例讲解如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个屏蔽体模型。

金属栅极屏蔽电磁辐射的效果研究随着电子产品的不断发展，电磁辐射已经成为一个严峻的现实问题。

传统的屏蔽技术在一定程度上可以减少电磁辐射，但效果不够理想。

金属栅极屏蔽技术能够更有效地屏蔽电磁辐射，更好地保护环境及人们的健康。

今天，我们将来研究金属栅极屏蔽电磁辐射的效果。

首先，要了解金属栅极屏蔽电磁辐射的原理。

属栅极是一种有限定尺寸的金属网格，其中每个小格可以用一种特定的材料制成。

金属栅极是一种吸收型屏蔽材料，它能够将外部的电磁波吸收而不反射，从而有效降低电磁辐射的强度。

因此，金属栅极可以作为一种电磁屏蔽技术，有效降低电磁辐射量。

其次，要了解金属栅极屏蔽电磁辐射的优点。

先，由于金属栅极具有良好的电磁屏蔽效果，可以有效降低外部电磁辐射的影响，保护人们和设备的健康。

其次，金属栅极屏蔽技术可以部署在任何位置，影响范围更大，可以有效地覆盖更大的范围。

另外，金属栅极的制作成本也较低，且厚度可以很小，安装起来也比较方便。

此外，金属栅极屏蔽技术还有一定的局限性。

由于金属栅极对有线设备不太友好，因此在有线设备连接中，有可能会出现问题。

此外，由于金属栅极非常轻，因此安装起来可能会比较困难，而且还有可能被风吹起来。

最后，为了充分发挥金属栅极屏蔽电磁辐射的效果，应该采取哪些措施来确保屏蔽效果？先，应确保金属栅极的厚度合适，以及接线的质量较高，以确保金属栅极的有效性。

其次，应采用多层屏蔽技术，以更有效地屏蔽外部电磁辐射。

另外，应使用专业的屏蔽技术来有效地降低噪声干扰。

综上所述，金属栅极屏蔽技术是一种非常有效的电磁屏蔽技术，具有良好的屏蔽效果，且价格实惠。

在实际应用中，应根据实际情况采取适当的方法，以便充分发挥金属栅极屏蔽技术的效果，更好地服务于人们和环境。

以上内容是关于金属栅极屏蔽电磁辐射的效果研究。

金属栅极屏蔽技术具有良好的屏蔽效果，可以有效降低外部电磁辐射，保护人们和设备的健康。

此外，金属栅极可以部署在任何位置，影响范围更大，制作和安装成本也较低。

复杂金属腔体的屏蔽效能分析与天线耦合特性电磁脉冲作为一种瞬变电磁现象,拥有峰值场强高、上升时间短、频谱宽等特点,它对各种军用和民用的电子信息系统构成了严重威胁。

因此,对于通信网络和通信系统而言,研究其电磁兼容和电磁干扰问题刻不容缓。

完整无孔、缝的金属箱体屏蔽可有效实现电磁脉冲防护,但在实际使用中,为了连接信号线、馈电线以及用于窗口观测和散热等,常需要在完整无孔、缝的金属屏蔽腔体上开一些孔缝,而这些孔缝成了外部电磁脉冲进入屏蔽结构的通道,外部电磁脉冲进入屏蔽腔体后会在其内部产生谐振,从而对内部通信系统的正常工作造成较大影响。

目前,矩形屏蔽腔体壁上孔缝对于电磁脉冲的耦合效应研究受到众多研究人员的关注,而圆柱形屏蔽腔体的关注程度较低。

圆柱形屏蔽腔体十分常见,它的谐振频率和波导模式与矩形腔体的谐振频率和波导模式不同,对应的屏蔽效能较矩形腔体的屏蔽效能有很大不同,且更为复杂。

因此,对圆柱形屏蔽结构的屏蔽效能研究很有价值。

本文第三章对圆柱形屏蔽腔体壁上单个矩形细缝的不同开缝取向进行分析,通过改变入射脉冲角度、极化状态、细缝位置和细缝宽窄边尺寸等方面来研究其屏蔽效能。

并且考察了不同形状孔缝阵对于圆柱形腔体屏蔽效能的影响程度,根据不同电磁脉冲极化方向来比较孔阵与矩形细缝阵对屏蔽效能的影响。

得到了一些关于圆柱形腔体屏蔽效能的有用结论。

本文第四章对大尺寸组合结构屏蔽腔体的屏蔽效能做了相应分析。

通过改变入射脉冲方向和极化状态来考察大尺寸屏蔽腔体的屏蔽效能特性。

应用仿真软件CST计算了大尺寸腔体的时域电场强度分布,为了减少计算量和提高屏蔽效能的计算精度,本章还讨论了如何选用合适的窗函数对其数据作后期处理,以提高所得屏蔽效能结果的精度。

本文第五章分析了无线通信中天线的互耦和相关特性,并得到一些性能参数。

首先,以散射矩阵网络模型为基础,推导出了接收天线阵从场端口到路端口转换的有效表示方式,并提出修正因子β矩阵来更充分的考虑天线近场耦合特性以及负载效应对阵元互耦的影响,同时修正了天线单元连接负载时其输出端的输出波电压。

浅谈金属屏蔽腔体的屏蔽效能1引言现代电子技术向高频、高速和高集成化发展，不仅如此，电子、电气设备的数量、种类也不断增加，这使电子、电气设备工作环境日趋复杂。

然而，电子、电气设备正常工作时，会产生一些有用或无用的电磁能量，造成"电磁污染"，形成电磁干扰。

电磁干扰有可能使电子、电气设备或系统的工作性能发生不希望的偏差，甚至会使电子、电气设备和系统发生失灵、寿命缩短和性能永久性下降，严重时甚至可能摧毁电子、电气设备或系统，还有可能影响人的身体健康。

为了解决系统的电磁兼容问题，有必要从技术和组织两方面采取措施。

所谓技术措施，就是从分析干扰源、耦合途径和敏感设备入手，采取有效的技术手段，包括接地、搭接、布线、屏蔽、滤波和限幅等技术以及这些技术的综合使用，还有电磁干扰的分析和预测，电磁兼容设计和电磁干扰测量技术等。

通常，腔体的屏蔽能力通过屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）来衡量，它定义为没有腔体时和有腔体时的场强之比。

2 解析方法外界电磁波通过孔缝耦合进入电子设备与系统是电磁干扰（ElectromagneticInterference）产生的一条主要途径，也是电磁兼容学科研究的一个重要问题，因此有必要认真研究孔缝耦合的问题。

本文是基于M. P. Robinson等人于1996年提出的有孔矩形腔等效传输线模型，运用等效传输线原理来研究有孔矩形腔屏蔽效能的特性。

依据上面提出的等效传输线模型，选取有孔矩形屏蔽腔体的尺寸为，孔缝尺寸为，位于开孔面的中心，腔体壁厚为，观察点位于屏蔽腔体的中心。

平面电磁波垂直于有孔平面入射到金属腔体上。

采用CST软件来比较计算结果。

计算出了观测点处，采用等效传输线方法和CST仿真的电场屏蔽效能的比较。

从结果可以看出，等效传输线方法与CST 仿真结果良好吻合。

不难看出：在700MHz附近腔体出现共振现象，由谐振腔谐振频率计算公式（1）式中m、n、p分别为腔体的沿三个方向上的驻波半波数，c为光速，a、b、d分别为屏蔽腔体的长、宽和高。