带孔缝机箱的屏蔽效能仿真研究

带孔缝窗的箱体屏蔽效能仿真研究作者：杨有维代俊安何挺刘明星来源：《理论与创新》2020年第10期【摘要】屏蔽是抑制电磁干扰的有效方法之一，不仅对辐射干扰有良好的抑制效果，而且对包括静电干扰，容性耦合和感性耦合在内的传导干扰也具有明显的抑制效果，是实现电子设备的电磁兼容特性的重要手段之一。

影响屏蔽体屏蔽效能的主要因素包括屏蔽体上的散热孔阵、缝隙和观测窗口，本文然后利用电磁仿真软件对具有一般特點的屏蔽箱体进行了建模和仿真计算，计算了屏蔽体谐振效应对屏蔽效能的影响，定量分析了屏蔽体散热孔阵、缝隙和观察窗口对屏蔽效能的比例关系，并计算了屏蔽效能随关键参数变化的规律。

【关键词】屏蔽箱体;全局屏蔽效能;谐振ABSTRACT： Shielding is one of the efficient methods to suppress electromagnetic interference. As a key approach to achieve electromagnetic compatibility， it has obvious resistibility not only to the radiated interference， but also to the electronic statistic discharge， capacitive and inductive coupling. The main factors that affect the shielding effectiveness include cooling hole array， slot and the observation window on the shielding enclosure. In this paper， a shielding box with general characteristic was modeled in the electromagnetic simulation software. The resonance of the box and its effect were analyzed， and one key parameter of hole array， slot and window is analyzed quantitatively for its influence to the shielding effectiveness.KEYWORDS：Shielding box; global shielding effectiveness （GSE）; resonance引言由于各种工业设施带来的电磁干扰日益严重，对电子产品的可靠性提出了更高的要求。

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。

孔洞对于机箱屏蔽效能的影响何新文;解国领;吴迪【摘要】通风孔是影响机箱电磁屏蔽效能和通风能力的重要因素，在保证通风能力的前提下提高机箱屏蔽效能是结构设计中的关键环节。

针对工程实际中通风孔设计不合理导致机箱屏蔽效能不达标，在研究孔洞的形状、尺寸、深度和空占比等因素对机箱屏蔽效能的影响的基础上，提出了通风孔屏蔽设计方法，以提高设备屏蔽效能。

在CST软件中建立机箱模型，分析机箱屏蔽效能，并利用CST软件分别分析机箱上有不同形状、不同直径和不同深度的孔洞时机箱的屏蔽效能。

在考虑机箱通风性能的基础上，分别仿真孔洞空占比为40％、60％和80％时机箱的屏蔽效能。

根据软件的仿真结果确定尺寸和深度为影响机箱屏蔽效能的主要因素，并提出了通风孔屏蔽设计的建议。

%Ventilation holes greatly influence cabinet shielding effectiveness and ventilation capability, and improving cabinet shielding effectiveness is the key of structure design. Considering that improper design of ventilation holes will make the cabinet shielding effectiveness fail to meet the requirement,a shielding design method of ventilation holes is proposed by studying the influence of holes’ shape,size,depth and duty ratio on cabinet shielding effectiveness.A model is set up and the cabinet shielding effectiveness is analyzed by CST.The shielding effectiveness of cabinet with holes of different shapes,diameters and depths are analyzed by CST too. Considering the ventilation capability of cabinet,the shielding effectiveness of cabinet with 40% duty ratio,60% duty ratio and 80%duty ratio are analyzed.The main factors influencing the shielding effectiveness of cabinet are size and depth of holes according tothe a⁃nalysis results.The recommendation for ventilation holes characteristics in shielding design is provided.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2016(046)005【总页数】4页(P99-102)【关键词】通风散热孔;电磁仿真;空占比;屏蔽效能【作者】何新文;解国领;吴迪【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TH122引用格式：何新文，解国领，吴迪.孔洞对于机箱屏蔽效能的影响［J］.无线电工程，2016，46（5）：99-102.随着科学技术的发展，电子设备越来越具有小型化、高集成度的趋势，这样就造成了设备热流密度高、内部电磁环境复杂的特点。

山西电子技术2011年第4期应用实践收稿日期：2011－05－06作者简介：周志近（1978-），男，江苏南京人，讲师，研究方向：电磁兼容设计、线路板设计。

文章编号：1674-4578（2011）04-0037-02屏蔽机箱设计分析周志近（南京信息职业技术学院，江苏南京210046）摘要：一个好的机箱对于避免或减小电磁干扰、电磁辐射等具有重要作用，为此主要就设计屏蔽机箱时应全面考虑的问题进行了详细分析，并给出了一些实际建议。

关键词：屏蔽机箱；孔缝；导电衬垫；截止波导管中图分类号：TM867文献标识码：A0引言为了满足社会需求，现今的电子产品在设计时都注重重量轻、体积小、厚度薄、功能强四大特征，这势必引起电磁干扰、电磁辐射等现象，从而导致产品性能不稳定，因而现代高速数字电子元器件的快速数字传输和边沿速度常常需要使用屏蔽来满足EMI 规范和其他设计要求，不同产品的屏蔽和EMI 防护要求也是不同的。

屏蔽的目的，一是利用金属屏蔽体将元器件、线路、连接器或整个电路系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；另一方面用金属屏蔽体对接收电路、敏感器件、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元器件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量、反射能量和抵消能量的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能［1］。

因此为了保护PCB 系统的电磁干扰，通常采用屏蔽机箱进行电磁屏蔽。

在实际工程应用中，由于客观原因的存在，机箱存在以下缺陷，在屏蔽机箱设计时，需要加以考虑：（1）机箱的表面需要开孔以及缝隙，为PCB 系统提供散热等；（2）机箱有许多用于设计目标（信号的出入）的贯穿槽；（3）电缆上的共模电流；（4）机箱材料；（5）导电衬垫材料的性能。

下面就屏蔽机箱设计时需要考虑的各种因素做详细分析并依据工作经验给出一些实际性数据。

1机箱材料的选择设计理想的屏蔽机箱应该是由金属或喷涂导电材料的面板组成的金属笼。

通信机房电磁屏蔽效能量化设计仿真分析摘要移动通信基站机房内部交换机、服务器等电子信息系统面临着移动通信天线近距离的电磁辐射威胁，存在一定的电磁安全隐患。

针对机房基本结构特点，通过对可能存在的机房缝隙孔口耦合和贯通线缆耦合两种途径进行了仿真计算，量化了机房电磁屏蔽建设的基本原则，为移动通信基站机房的电磁屏蔽参数化设计和实施提供了理论依据。

关键词机房，电磁屏蔽，仿真11 移动通信机房屏蔽指标论证（1）手机信号频率范围三大运营商手机信号频率覆盖频率范围为885MHz~2655MHz(1)。

具体使用频率如表1所示。

表 1 手机信号频率2242 2 34234（2）手机接受灵敏度信号强度直接影响通话质量，一般手机设计制定如表2所示的接收灵敏度。

表 2 手机接收灵敏度（3）屏蔽设计指标要求屏蔽手机信号就是要把空间中的手机信号进行屏蔽隔离，使得信号功率低于手机最低的接受灵敏度。

换句话说，假设该区域手机接收到的信号良好约-85dBm，要求对该区域进行屏蔽设计后使得手机接收到的信号低于-115dBm，从而无法通话，提示不在服务区。

因此，屏蔽设计指标应在885-2655MHz频率范围内大于30dB为宜。

2屏蔽设计需要考虑的因素根据机房结构特点，对其进行屏蔽设计需考虑手机信号在孔口缝隙处的耦合以及在线缆上的场线耦合两个要素(2)。

（1）缝隙孔洞对手机信号的耦合缝隙耦合的关键参数：缝隙长度L，缝隙深度D，缝隙宽度W(3)，测试点位置距离门缝h。

具体如图 1所示。

图 1 缝隙耦合参数示意①测试距离h对屏蔽效能的影响图 2 测试距离对屏蔽效能的影响仿真结果如图2所示。

测试距离h影响很小，距离缝隙0.5m处和4m处相差约10dB。

设定h=1m。

②缝隙长度L对屏蔽效能的影响（测试位置h=1m）在h=1m，D=20mm，W=5mm情况下，L分别取7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、25mm、30mm、150m、1500mm进行了仿真。

这里我们将向您展示如何使用 MicroStripes 来评估一个电子设备的屏蔽效能。

该设备为一台2U的铝制机箱，其前面板有很多用来通风散热的缝，远端后面板有一块规则的通风板。

盖板和基座之间的缝隙会降低系统的屏蔽效能。

模型是通过CAD模型导入并对其做了简化，在模型中加入精简模型的缝隙来加速仿真计算。

创建一个新的项目，并导入CAD模型文件 2UChassis.sat 。

在主窗口中双击该模型，在Build 窗口中打开。

在原始的CAD 模型中，基座等部分都是使用实体建模的，为了方便使用精简模型，需要将这些部分转换成二维的形式。

点击图标打开Extract copy窗口，使用enclosure作为名字，然后点击Pick face按钮，用鼠标点击物体EncTopandSides的顶部，该操作将会抽取这个面出来作为一个新的二维物体存在。

点击显示物体控制功能图标，隐藏除enclosure以外的所有物体，关闭窗口。

点击复制命令图标，将enclosure 在矢量方向Y = -3.5上面复制一个（如下图那样操作），一个新的面将在原来的那个面下面产生，关闭复制命令窗口。

点击直线扫描命令图标，并选取enclosure的一条长边，将其沿着矢量Y = -3.5 扫描，见下图，这个操作将创建机箱的一个侧壁。

对enclosure的另外两条边（不包括前面板）执行同样的操作，关闭直线扫描窗口。

此时的设备外壳已经具有五个面，缺失前面板，随后我们再来处理前面板。

点击布尔运算图标，选择enclosure作为被操作物体（Workpiece），操作符（Operation）选为相加（Unite），然后使用Control键同时选中物体enclosure1、sheet、 sheet_1和sheet_2作为操作物体，不用选中Keep too l，点击Apply按钮然后关闭该窗口。

现在设备外壳的5个面被合并在一起了，名为enclosure。

点击物体显示控制图标，显示物体EncFront，关闭窗口。

电子设备机箱的电磁屏蔽结构设计及仿真摘要：随着现代电子技术的发展，电子设备机箱面临的电磁环境越来越复杂，加之电子装备本身的集成化、小型化的发展需求，要求机箱具有良好的抗电磁干扰能力。

机箱电磁屏蔽设计的关键，是要保证箱体的导电连续性，而实际设备因功能需求不可避免的存在缝隙和孔洞，造成了箱体的屏蔽效能降低。

如何处理这些缝隙和孔洞成为结构设计人员必须重点考虑的因素。

关键词：电子设备机箱电磁屏蔽结构设计仿真技术在电子产品结构设计的初始阶段就需考虑电磁屏蔽，以尽量避免设备不能通过电磁兼容测试而进行设计更改。

电磁仿真分析软件可以计算屏蔽体内场的分布和屏蔽效能，为前期屏蔽方案制定和后期电磁屏蔽检测提供指导依据。

1. 机箱电磁屏蔽结构设计要点1.1 箱体材料选择电子设备机箱材料的选择要综合考虑屏蔽效能、密度、工艺性、价格等多方面因素。

材料的电导率、磁导率及厚度是决定其屏蔽性能的关键因素。

铁磁材料因其高的磁导率而适用于低频（100kHz以下）磁场的屏蔽，如纯铁、合金钢等；电导率较高的材料适合高低频电磁场以及静电场的屏蔽，常用的有铝板、铜板、镀锌钢板等。

需要注意的是，同一种类材料的电导率也因牌号及供应状态的不同略有差异，设计时需综合考虑各方面因素。

1.2箱体缝隙处理方法板材拼接机箱不可避免的会在板材结合处形成不导电的缝隙，这些不导电缝隙产生了电磁泄漏。

工程上，降低缝隙阻抗的方法有：（1）提高板材拼接接触面的表面粗糙度，以提高缝隙的密合性。

这需要综合考虑制造能力、制造周期和制造成本，而箱体板非接触内表面的粗糙度可不做过高的要求，满足设备安装与使用即可。

（2）适当增加螺钉连接的数量。

两个相邻螺钉的间距决定了缝隙的理论最大长度，即螺钉布置的越密集，屏蔽效果越好。

螺钉的间距原则上应小于干扰电磁波波长的一半，工程中应兼顾装配工艺性和产品维修性等因素。

（3）在板材结合处加电磁密封圈。

通常需在接缝处设置密封沟槽，将电磁密封圈安装于沟槽内，在两板材螺接后，电磁密封圈受挤压变形充满缝隙以保证接触处的导电性。

FEKO应用9：EMC系列内容：开缝机箱屏蔽效能及内部源辐射一、模型描述1.1模型描述：图1：开缝机箱-全模型示意图1.2计算方法描述：采用矩量法-MoM+磁对称1.3计算参数：机箱内部单线：靠近开缝一端和机箱接50 ohm内阻的电压源（幅度为1mV）；另一侧与机型跨接一47 ohm电阻；计算该机箱开缝正前方3m一点的辐射电场强度（0.5GHz~1.6GHz）；计算1.53GHz时，该开缝机箱3m处的电磁辐射。

二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：box_with_slot_emission.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做过的任何修正。

2.1：定义长度单位：默认为m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择Centimetres(cm)；图2：长度单位设置为cm2.2：定义变量：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点，依次定义如下变量：工作频率：freq=1.53e9长度缩放系数：sf =0.01工作波长：lam = c0/freq/sf缝隙的长度：s_L=12缝隙的宽度：s_h=0.1缝隙离开机箱的距离：s_dh=0.2网格剖分：tL0=lam/10缝隙剖分：tL1=min(tL0,3*s_h)线段半径：sR0=0.08图3：变量定义2.3：模型建立：机箱模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Cuboid”，弹出“Create Cuboid”对话框：在“Geometry”标签：Base corner: (U: 0.0 ; V: 0.0 ; N: -15)Width(W)：22Depth(D)：14Height(H)：30Label：Box点击“Create”。

图4：定义机箱（不考虑厚度）选中新生成的模型“Box”，在左下角的“Details”树型浏览器中，展开“Regions”，选中“Region？”，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Region properties”对话框：图5：修改Region区域的材料为Free Space缝隙模型建立：在“Construct”菜单中，点击“Rectangle”，弹出“Create Rectangle”对话框：进入“Workplane”标签：Orgin：(X: 0.0; Y: s_dh; Z: -s_l/2)U vector: (X: 0.0; Y: 0.0; Z: 1)V vector: (X: 0.0; Y: 1.0; Z: 0)进入“Geometry”标签：Base corner: (U:0.0; V:0.0; N: 0.0)Width (W): s_LDepth(D): s_hLabel: slot点击“Create”。

• 24•金属机箱是一种广泛采用的屏蔽措施，然而，由于电子设备的散热、对外数据交换需要，机箱上会有一些开孔，从而导致电磁泄漏，对机箱的屏蔽效能产生影响。

本文采用有限元法对开孔形状、数量、位置对机箱屏蔽效能的影响进行了分析，给出了屏蔽效能的仿真曲线，得出了屏蔽效能与开孔形状、数量、位置的关系，能为设备机箱的开孔设计提供有益的参考。

引言：随着电子技术的不断发展，我们使用的各类电气设备正朝着小型化、集成化的方向迅速发展，工作时往往要发射一些有用或无用的电磁信号，各个分系统之间，不同的设备机箱之间均存在大量的电磁发射，导致设备所处的电磁环境日趋复杂。

为了减少不同设备间的电磁干扰，保护电子设备内部各种电路单元，电子设备屏蔽机箱得到了广泛应用，其对于消除各种复杂环境对设备的干扰，保证设备安全、稳定、可靠地工作起着非常重要的作用。

然而由于存在供电、散热以及与外界进行信息交换的需求，屏蔽机箱也并不是完全密封的。

开展机箱电磁屏蔽能力分析，判断机箱式设备的电磁兼容性能需要结合具体的设备的结构、组成、要件分布等因素，是一项复杂的基础工作。

本文主要侧重采用有限元法进行仿真，分析孔缝结构对机箱屏蔽效能的影响。

1 有限元法简要介绍有限元法(FEM)是应用较为广泛的电磁场数值分析方法。

1.1 有限元法基本原理有限元法的核心核心思想是“数值近似”和“离散化”，该方法把要分析的连续体假想地分割成有限个互不重叠的互连单元所组成的组合体，再在划分的单元内选择基函数，然后用这些基函数的线形组合来逼近真解。

认为每个单元的基函数组成整个计算域上的基函数，于是，所有单元上的近似解就构成了整个计算域的解。

也就是说有限元法通过单元离散化避开了微分方程直接求解的困难，把微分方程组的求解转化为线性方程组的运算，这为计算机计算提供了便捷的途径，使得复杂电磁问题的分析计算得以实现。

1.2 有限元法的基本思路对于有限元方法，其解决问题的基本思路为：1）建立积分方程。