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带孔缝机箱的屏蔽效能仿真研究

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带孔缝窗的箱体屏蔽效能仿真研究

带孔缝窗的箱体屏蔽效能仿真研究

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。

机箱通风孔屏蔽效能仿真研究

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。

带孔缝金属箱体电磁屏蔽效能的研究

带孔缝金属箱体电磁屏蔽效能的研究

《电子设计工程》2021 年第 13 期
式中，w、h、l 分别为矩形箱体的宽、高、长（m）；
m、n 分 别 为 矩 形 箱 体 内 沿 宽 、高 、长 方 向 的 半 驻 波
个 数 ；μ、ε 分 别 为 箱 内 介 质 的 磁 导 率 和 介 电 常 数
（H/m 、F/m）。
2 仿真模型的建立
建立金属箱体屏蔽效能的仿真分析模型，基本步
前文屏蔽效能的计算公式（1），求解得出箱体各种设
置条件下的屏蔽效能 SE 值。
图 2 为金属箱体仿真模型。
3 金属箱体的屏蔽效能分析
结合电磁学理论及式（3）的分析可知，屏蔽效能
与箱体材质、孔缝结构、箱体内外介质及电磁波频率
有关，下面分析改变箱体材质、壁厚、孔缝结构及箱
体双层屏蔽对 SE 值的影响。
3.1
4）设置边界条件，为得到唯一确定的解，同时确
保模型的完整性，需要在箱体以外空间建立吸收边
界条件，将箱体包裹，以模拟开放的自由空间。
5）网格划分时，采用自适应网格剖分技术，可根
据设置误差标准，精确、有效地生成网格，实现分析对
图 3 不同材质下屏蔽效能对比曲线
象的离散化。为得到更精细的网格，此处设置求解
综上，金属板电磁屏蔽作用可用下式表示：
能和磁场屏蔽效能，表 1 为屏蔽效能与场强衰减的
1
要分为 3 个部分，即反射损耗 R、吸收损耗 A、多次反
（1）
按照机理的不同，屏蔽效能可分为电场屏蔽效
屏蔽前场强/(V/m)
由上述分析可知，电磁波经过屏蔽后的损耗主
正因子（B），其量值小于 1。
ì
æ E0 ö
ïSE dB = 20 lg ç E ÷
第 29 卷

带缝隙腔体电磁屏蔽特性的数值模拟研究(2)

带缝隙腔体电磁屏蔽特性的数值模拟研究(2)

腔体的谐振方式, 使得在 1 6 GH z 以上 , 水平极化 的谐振点个数较垂直极化有所减少 , 这对设计中避 开谐振点是有利的. 2. 2 平面波入射角度 由于垂直极化时腔体屏蔽特性较差 , 下面研究 垂直极化平面波以不同角度入射时腔体屏蔽效能 . 由于对称性, 入射角度在 0~ 90 与 90~ 180 内对应 点的值 相等 , 因 而研 究 范围 为 0 ~ 90 , 结果 如 图 4 所示.
( 电子科技大学 机械电子工 程学院 , 四川 成都 611731) 摘 要 : 电子设备因散热需要 , 其腔体表面会存在大量孔 缝 , 而孔缝 又是造成 电磁泄 露的重 要途径 , 其中 更以缝 隙
的影响最为严重 . 由此 , 以带缝隙的金 属矩形 腔体为 对象 , 应用时 域传 输线矩 阵法 ( t ransmission line mat rix meth o d, T L M ) , 研究了平面波的极化方式及入射角 , 缝隙的长度、 数 量、 位 置、 间距 及方位 等对腔 体屏蔽 特性的 影响 , 得 到了 影响腔体屏蔽特性的主要因素 . 其中 , 平面波的极化方式、 缝隙 的长度和方位会对腔体 的屏蔽效 能和谐振点 产 生显著的影响 , 在屏蔽设计中 , 应尽量避免干扰源的电场方向与缝隙长边垂直及缝隙过长 . 关键词 : 缝隙 ; 传输线矩阵法 ; 平面波 ; 电磁屏蔽特性 ; 屏蔽效能 ; 谐振点 中图分类号 : T P 391 9 文献标志码 : A 文章编号 : 1006 754X( 2011) 03 0197 07
[ 3]
收稿日期 : 2010 06 25. 基金项目 : 十一五 总装预先研究基金资助项目 ( Y G060101C) . 作者简介 : 吴 贤 ( 1986 ) , 男 , 四川绵阳人 , 硕士生 , 从事电磁兼容性设计与仿真研究 , E mail: w xankele@ 163. com. 通信联系人 : 杜平安 , 教授 , 博士生导师 , E mail: duping an@ uestc. edu. cn.

孔洞对于机箱屏蔽效能的影响

孔洞对于机箱屏蔽效能的影响

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。

屏蔽机箱设计分析

屏蔽机箱设计分析

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。

孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析模型

张亚 普 等 ：孔 缝 箱 体 屏 蔽 效 能 电磁 拓 扑 分 析 模 型
ｌ １ ＋ｆ 。
０ １
０
１＋ Ｓ１ １
Ｏ
０
０ ０
０
０ １
０ ｆ
—
Ｓ ２ １
０ ０ ０
０
０
×
Ｓ ｌ ２
０ Ｏ
０ １ ０ ｌ
［ ｌ ’ ， ‘ （ ￡ ， 们 ， ／ ， ； 一 － ４ ｌ － － ｅ ０ ， 埘 ， ／ ， ｉ ） Ｉ Ｊ ｌ ｝ （ Ｉ ｘ） ＾Ｊ ］ ｌ ｝ ＞
一 …
Ｉ
（ ｌ ７ ， ） ’
…
ｍ ＝
０
ｘ Ａ 一 — 铬 干
Ｃ ｏ ｒ ｅ （ ＴＭ ）ｉ ３ —２ ｌ ２ Ｏ＠ ３ ． ３ ＧＨｚ ３ ． ２ ９ ＧＨｚ Ｃ Ｐ Ｕ， ２ Ｇ 内存 ， Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ ＸＰ系 统 ， Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ７ ． ８ ， Ｃ Ｓ Ｔ ２ ０ １ １ 。
表 １ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ
。 ｎ 一１ ２ ￣ ７ ７ １ ｔ ， ｎ ≠０
一
（ ９）
训
一
字 ＋ （ １ ） ｄ ＋ 粤 ｄｖ ＋ （ １ ） ＋ 警
，
（ １ Ｏ）
６
”
一
（ １１ ）
２ 仿 真 验 证
本文基于 Ｃ Ｓ Ｔ仿真数据， 设 计 ４组 实 验 模 型 ， 对 ＥＭＴ算 法 进行仿 真 验证 。模 型 参 数见 表 １ 。仿 真 条 件 ： 辐 照 电磁 波 为 平 面波 ， 垂直 孔缝 平面 入射 ， 沿 ｚ轴极 化 。仿 真 环境 ： Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ （ Ｒ ）

通信机房电磁屏蔽效能量化设计仿真分析

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。

带孔缝机箱的屏蔽效能仿真研究


采用上面所给出的方法求解，然后看其进度是否满足要求，如不
满足，进一步细化剖分，再次进行求解，直到达到给定的精度。
屏蔽效能 SE （Shielding Effectiveness） 有时也称屏蔽损
耗、屏蔽衰减、屏蔽效果，是指未加屏蔽时某一测点的场强与加
屏蔽后同一测点的场强之比，以 dB 为单位［2］。 其电场屏蔽效能
HFSS 设计了 Radiation Boundary（辐射边界）对 无 限 的 自 由 空
间进行模拟。 在辐射边界表面，二阶辐射边界条件为：
（荦×E）tan
＝jk0
Etan
－
j k0
荦tan ×（荦tan ×Etan
）＋ j k0
荦tan
（荦tan·Etan
姨－1 。
（0，0，0）建 立 300mm×120mm×300mm 的 屏 蔽 机 箱 ，同 时 在 机
箱 Y0Z 平 面 上 开 孔 ， 还 要 建 立 一 个 600mm×240mm×600mm
的 Air 空气体，将 Air 设置为辐射边界。 现实中电磁波的传播是
无界的， 而计算机仿真时只能对有限空间进行仿真分析， 因此
图 6 不同圆孔数目下的屏蔽效能 3 结束语
屏蔽机箱由于通风、散热等需要，其表面需要做开孔设计， 真正影响屏蔽机箱屏蔽效能的因素有两个： 一是屏蔽机箱表面 是否是导电连续的；二是是否有导体直接穿过屏蔽机箱。 从以上 不同开孔情况的电场屏蔽效能曲线中可以看出， 孔缝的大小和 形状直接影响着屏蔽机箱的屏蔽效能， 特别是在谐振频率处屏 蔽效能最差；在相同面积的圆形和长方形孔缝中，圆形孔缝的电 场屏蔽效能最高，在机箱设计时最好采用圆形孔缝作为通风孔； 在开孔面积相同情况下，采用孔阵比单孔的屏蔽效能要高很多。

电子设备不同孔洞屏蔽效果研究


１
引言
随着电子技术的不断发展和应用，电子设备
本文运用基于传输线矩阵法的分析计算软件 ＦＬＯＥＭＣ对典型电子设备进行建模仿真，分析了 孔洞对电子设备的电磁屏蔽效能影响，并对孔洞 的电磁屏蔽设计提出了建设意见。
工作频率的不断提高，电磁干扰、电磁辐射发射 日趋严重，电子设备的电磁兼容性设计就显得越 来越重要。机箱作为电子设备的保护和支撑平 台，其电磁兼容设计尤为重要。机箱屏蔽腔是用 来减小电磁干扰的一种有效方法，而机箱上为散 热、通风、连接、操作等实际需要所开设的孔 洞，破坏了屏蔽壳体的电连续性，使得电磁波耦 合进入腔内，影响到屏蔽壳体的屏蔽效能，直接 影响电子设备的正常工作。特别是当干扰源为高 功率微波脉冲时，甚至可能烧毁电子器件…。因 此，研究开孔的形状、数量、大小及排列，对电 子设备的屏蔽效能各有什么样的影响，就显得格 外重要。 对机箱上有孔缝的电子设备屏蔽效能的数值 求解方法，前人己做了很多，所采用的研究方法 也多种多样睁３｜。主要的数值求解方法可分为时 域和频域两大类。频域法主要有矩量法、有限差 分方法等。频域技术发展得比较早，也比较成 熟。时域法主要有时域差分技术，时域法的引入 是基于计算效率的考虑。从求解方程的形式看， 可以分为积分方程法和微分方程法。
列为一个全局矩阵Ｓ。，且将所有未知电压排列 为矢量，就可得出下式：
Ｆ”＝Ｓ。・吃
其中反射脉冲又成为相邻节点下一时刻新的 入射脉冲，即：
孔洞面积对机箱屏蔽性能的影响
根据以上条件，采用ＦＬＯＥＭＣ软件对孔边
ｖＴ，”＝Ｃ・吃
式中，Ｃ为描述脉冲在节点问传输的连接矩 阵。ＴＬＭ算法就是一直重复上述两个步骤直至 波随传播过程衰减消失，每个时刻的电场和磁场
Ｕｎｉｔ
分量可直接由各节点的电压和电流获得。 该方法最终被扩展到三维空间。为求解电磁 场中的所有分量，需构建新的ＴＬＭ单元，它由３ 个并联合３个串联节点构成。并联和串联节点沿 坐标方向交替出现，相互间隔Ａｌ／２。并联节点 的电压对应于电场，而串联节点的电流对应于磁 场。由于计算不同场分量的节点需间隔Ａ１／２ （会导致半个时间步长的延时），相应的网络称 为扩大节点（Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｎｏｄｅ，ＥｘｐＮ）网络。为 克服这种网络方法的明显缺点（比如复杂的图 示，边界模型难以得到，即由此带来的计算错 误），提出了对称压缩节点（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ
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图 5 不同开孔形状下的屏蔽效能 2．6 孔缝数目对机箱屏蔽效能的影响
通过上面的结论， 这里将选择不同圆孔数目进行机箱屏蔽 效能的仿真。 同样，每一种情况下的开孔面积仍为 6000mm2，仿 真分析结果如图 6 所示。 从仿真曲线图中可以看出，具有更多且 更小的孔缝会改善机箱的屏蔽效能。 因此，在设计机箱时，应用 更多的小的孔缝来代替大的孔缝设计。
来被广泛应用到电磁场问题求解中。 有限元法（FEM）是近似求
解数理边值的一种数值技术， 它将求解域看成是由许多称为有
限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，
然后推导求解这个求解域总的满足条件，从而得到问题的解。 有
限元的一个关键步骤是建立离散单元的小矩阵， 只要得到了离
散单元的小矩阵，就可以将其填充到全域矩阵中［1］。 在利用变分
图 2 屏蔽效能实测值与仿真值 正确性和精确度，可以利用此软件进行更深层次的研究。 2．3 孔缝大小对机箱屏蔽效能的影响
保持机箱的尺寸大小不变，将孔缝的大小进行调整，孔缝 分 别 调 整 为 sl＝100mm、sw＝30mm，sl＝200mm、sw＝30mm 这 两种情况，仿真结果如图 3 所示，由曲线图中可以看出，在同一 频率上，随着孔缝的增大，屏蔽效能是减小的；同一孔缝曲线上， 随着频率的增加，屏蔽效能也是减小，这是因为越接近孔缝 E 场 电平越高。 还可以看到在 0．7GHz 左右的时候 出 现 了 负 的 屏 蔽 效能，此时出现了谐振，即电场得到增强。
Abstract This paper studies the problem of apertures coupling by using the Ansoft HFSS softw－are in EMC design,and described the basic principles of finite element method．Meanwhile,co－mparing simulation results with the measured value of log－periodic antenna,it verified the reliability of this finite element method．Through changing the factors of shape and size of apertures and other factors,the simulation results of shielding effectiveness would be come out in different circu － mstances,and direct the circuit board layout of the inside enclosure． Keywords:apertures coupling,shielding effectiveness,HFSS
原理和离散化方法建立有限元矩阵方程后， 求解以节点值为未
知数的矩阵方程。 将方程写为：
Ax＝b
（1）
式中，系数矩阵 A 是一个 n*n 方阵，x 是带求解的未知量，
b 表 示 已 知 量 。 为 了 在 最 短 的 时 间 内 取 得 最 大 的 精 度 ，Ansoft
HFSS 采取了自适应迭代算 法 ，该 算 法 一 开 始 选 用 较 粗 的 剖 分 ，
度为 0．1，扫频范围设置为 0．01～1GHz，步进为 0．03GHz。
图 1 屏蔽机箱 2．2 机箱屏蔽效能的影响分析
首 先 对 sl＝100mm、sw＝5mm 的 孔 缝 机 箱 进 行 仿 真 分 析 ， 并与实测值进行比较，验证仿真软件的正确性和精确度。 在后处 理过程中，屏蔽效能的仿真曲线如图 2 实线所示，虚线是用对数 周期天线进行的实测值， 可以看出仿真值和实测值有很好的相 关性，因为源放置在阻尼很差的屏蔽室内，实测值的屏蔽效能曲 线出现抖动是必然的。 通过实测值，很好的验证了此软件仿真的
《工业控制计算机》2012 年第 25 卷第 3 期
107
2．5 孔缝形状对机箱屏蔽效能的影响 不同形状的孔缝会对机箱屏蔽效能产生巨大的差异，下面
将采用长方形和圆形孔隙进行仿真分析， 每一种情况下的孔缝 面 积 都 是 3000mm2，其 它 条 件 保 持 不 变 ，计 算 的 结 果 如 图 5 所 示。 从曲线图中可以看出，相同孔缝面积下，圆形孔比长方形孔 的屏蔽效能高 10dB 左右。 因此，在选择开孔的时候应尽量选择 圆形的开孔形式。
SE 的表达式为：
SE＝20lg E0 ／ Ei 式中，E0 是在没有屏蔽体时某一测试点 A 处的电场强度，Ei 是在加入屏蔽体后统一测试点 A 处的电场强度。
2 屏蔽机箱实体建模及仿真分析
2．1 屏蔽机箱的实体建模
以实际屏蔽机箱为研究对象， 创建与实际机箱几何尺寸相
同的模型，电场中的模型如图 1 所示：以机箱中心点为坐标原点
近年来，由于电子元器件高度集成化、小型化，使得电子设
备对电磁干扰的敏感性增加，如何提高机箱的抗干扰性能，即机
箱的屏蔽效能， 因此如何提高带孔缝机箱的屏蔽效能已成为重
要的研究课题。
1 有限元法及屏蔽效能的介绍
随着计算机技术的迅速发展， 在工程领域中， 有限元分析
（FEA）越来越多地用于仿真模拟，来求解真实 的 工 程 问 题 ，近 年
参考文献 ［1］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 ［2］周 志 敏 ，纪 爱 华． 电 磁 兼 容 技 术 ：屏 蔽·滤 波·接 地·浪 涌·工 程 应 用
［M］． 北 京 ：电 子 工 业 出 版 社 ，2007 ［收 稿 日 期 ：2011．12．6 ］
采用上面所给出的方法求解，然后看其进度是否满足要求，如不
满足，进一步细化剖分，再次进行求解，直到达到给定的精度。
屏蔽效能 SE （Shielding Effectiveness） 有时也称屏蔽损
耗、屏蔽衰减、屏蔽效果，是指未加屏蔽时某一测点的场强与加
屏蔽后同一测点的场强之比，以 dB 为单位［2］。 其电场屏蔽效能
图 6 不同圆孔数目下的屏蔽效能 3 结束语
屏蔽机箱由于通风、散热等需要，其表面需要做开孔设计， 真正影响屏蔽机箱屏蔽效能的因素有两个： 一是屏蔽机箱表面 是否是导电连续的；二是是否有导体直接穿过屏蔽机箱。 从以上 不同开孔情况的电场屏蔽效能曲线中可以看出， 孔缝的大小和 形状直接影响着屏蔽机箱的屏蔽效能， 特别是在谐振频率处屏 蔽效能最差；在相同面积的圆形和长方形孔缝中，圆形孔缝的电 场屏蔽效能最高，在机箱设计时最好采用圆形孔缝作为通风孔； 在开孔面积相同情况下，采用孔阵比单孔的屏蔽效能要高很多。
图 3 不同尺寸孔缝的屏蔽效能曲线
图 4 不同位置处屏蔽效能曲线 2．4 机箱内不同位置处的屏蔽效能
对于屏蔽机箱内不同位置，其屏蔽效能也不同。 取距孔缝中 心的距离分别为 d1＝60mm、d2＝150mm、d3＝240mm， 进行仿 真后，得出不同位置处的屏蔽效能曲线如图 4 所示，从图中看以 看出，屏蔽效能随着远离孔缝而得到提高，因此，在布置电路时， 应尽量将敏感电路或元器件远离孔缝放置。
（0，0，0）建 立 300mm×120mm×300mm 的 屏 蔽 平 面 上 开 孔 ， 还 要 建 立 一 个 600mm×240mm×600mm
的 Air 空气体，将 Air 设置为辐射边界。 现实中电磁波的传播是
无界的， 而计算机仿真时只能对有限空间进行仿真分析， 因此
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带孔缝机箱的屏蔽效能仿真研究
带孔缝机箱的屏蔽效能仿真研究
Study on Shielding Effectiveness Simulation of Enclosure with Apertures
李英杰 （大连交通大学电气信息学院，辽宁 大连 116028）
摘要 利用 Ansoft HFSS 软件研究了电磁兼容设计中的孔缝耦合问题，介绍了有限元法的基本原理，对比仿真 结 果 与 对 数 周期天线的测量值，验证了此有限元法的可靠性。 通过对带孔缝机箱建模，改变其孔缝的形状、面积等因素进行机箱的屏 蔽效能仿真分析，获得了不同情况下的屏蔽效能仿真结果，并指导机箱内电路板的布置。 关 键 词 ：孔 缝 耦 合 ， 屏 蔽 效 能 ，HFSS
激励源设定为平面波，沿孔缝面垂直入射，此软件有高性能
的前处理程序，能够实现 3D 模型的 全 自 动 自 适 应 网 格 剖 分 ，应
用者只需设置好自适应的步数和剖分的误差精度， 程序就能够
进行求解分析，并获得较高的计算精度；在加载、网格剖分后进
行求解，求解频 率 设 置 为 550MHz，最 大 迭 代 步 数 为 30，求 解 精
HFSS 设计了 Radiation Boundary（辐射边界）对 无 限 的 自 由 空
间进行模拟。 在辐射边界表面，二阶辐射边界条件为：
（荦×E）tan
＝jk0
Etan
－
j k0
荦tan ×（荦tan ×Etan
）＋ j k0
荦tan
（荦tan·Etan
）
其中，Etan 是表面电场的切向分量；j 为 姨－1 。