屏蔽效能的计算

万方数据　万方数据第３１卷第２期高峰等：弹体磁屏蔽效能的计算与仿真１４３得纵向截面的磁屏蔽效能。

当地＝５０时，象＝·＋等＝－＋警＝７．２５当地＝１０００时，瓮…等＝·＋半北６综合可得，在弹丸纵截面菇町，７．２５罐ｂ蜥可见，即使弹体各处厚度相同，弹体横截面和纵截面内的磁屏蔽效能也不相同，弹体材料为钢时对地磁场的屏蔽效能最高可达１２６左右，意味着衰减系数可达９９％左右，即弹体内的磁场强度只有地磁场本身的ｌ％左右，为了把地磁传感器的信号放大到适合ＡＤ采样的范围，要额外把放大倍数增加１００倍左右。

由于地磁场是一种极弱的磁场，不考虑弹体屏蔽时，选用的单片机Ｃ８０５１１７０２１的ＡＤ转换位数为１２位，通常取放大倍数为３００～１０００倍，再在此基础上放大１００倍的话会引起电路放大倍数过高带来的电路自激和振荡，这是要避免的。

措施之一就是提高ＡＤ采样模块的分辨率，例如Ｃ８０５１Ｆ３５０的ＡＤ转换位数为２４位，这就大大减少了放大电路的负担，无需很大的放大倍数就使钢质弹体内地磁探测系统也能敏感到地磁信号并具有较高的分辨率‘１３弹体磁屏蔽效能的仿真分析ＡＮＳＹＳ是目前非常流行的有限元分析商业软件包，可进行结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析和多物理场分析，是惟一真正实现多场耦合的ＣＡＥ软件¨３１。

使用ＡＮＳＹＳ的Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ模块可进行电磁场分析，在计算弹体的磁屏蔽效能时，首先算出没有弹体屏蔽时的磁场强度磁巩（或感应强度玩），然后算出在磁场中置人弹体后其内腔的磁场强度磁风（或感应强度吼），两者的比值即为弹体的磁屏蔽效能。

３．１ＡＮＳＹＳ实体建模有限元分析的最终目的是建立实际问题的数学模型，它是物理原型的数学体现。

广义而言，模型应包括所有的节点、元素、材料特性、边界条件等，以及所有反应物理系统的特征。

在ＡＮＳＹＳ中，建立模型的含义要窄得多，仅指建立空间模型，而结合所研究的具体问题，仅讨论实体建模（ＳｏｌｉｄＭｏｄｅｌｉｎｇ，即先画出模型的几何形状，然后指示ＡＮＳＹＳ程序自动对几何实体进行网格划分，产生节点和单元，可控制程序生成单元的大小和形状），而不涉及直接生成有限元模型（ＤｉｒｅｃｔＭｏｄｅｌｉｎｇ，即“手动”定义每个节点的位置和每个单元的连接，可采用一些简便操作，如节点和单元的复制、对称投影等）¨３’１４１。

电缆屏蔽计算公式
电缆屏蔽计算公式是一种用于计算电缆屏蔽效果的方法。

在电缆传输中，电缆外部的干扰会对信号的传输质量产生不良影响，因此需要通过屏蔽来保护电缆，减少干扰的影响。

电缆的屏蔽效果可以通过屏蔽系数来描述，屏蔽系数越高，表示屏蔽效果越好。

屏蔽因子=(1+4πσ/ωε)^-1
其中，σ为屏蔽材料的导电率，ω为工作频率，ε为电缆绝缘材料的介电常数。

屏蔽因子越高，表示外屏蔽的效果越好。

电缆的内屏蔽采用铜丝编织、铜箔、铝箔等方式，其屏蔽效果可以通过衰减因子来描述。

根据电场理论，内屏蔽的衰减因子与屏蔽材料的传导率、电缆内径、屏蔽厚度等因素有关。

具体计算公式如下：
衰减因子=(1+4πσ/ωε)^-1
其中，σ为屏蔽材料的导电率，ω为工作频率，ε为电缆绝缘材料的介电常数。

衰减因子越高，表示内屏蔽的效果越好。

在实际应用中，电缆常常同时具有外屏蔽和内屏蔽，屏蔽效果由两者共同决定。

总屏蔽效果可以通过屏蔽系数来描述，屏蔽系数被定义为外屏蔽因子与内屏蔽因子的乘积。

具体计算公式如下：
屏蔽系数=外屏蔽因子×内屏蔽因子
屏蔽系数越高，表示总屏蔽的效果越好。

需要注意的是，以上公式是根据理论推导得出的近似公式，实际应用中还需要考虑电缆的具体结构、工作环境等因素，以及各种因素之间的相互影响。

因此，在实际应用中需要根据具体情况进行修正和调整，确保计
算结果的准确性。

此外，还需要结合实测数据进行验证，以保证计算结果的可靠性。

磁场强度的测量和屏蔽效率的计算C.1 一般原则C.1.1 磁场强度指标（1） GB/T2887和GB50174中规定，电子计算机机房内磁场干扰环境场强不应大于800A/m。

注：本磁场强度是指在电流流过时产生的磁场强度，由于电流元IΔs产生的磁场强度可按下式计算：H = IΔs/4πr2 （C.1）距直线导体r处的磁场强度可按下式计算：H = I/2πr （C.2）磁场强度的单位用A/m表示，1A/m相当于自由空间的磁感应强度为1.26μT。

T（特斯拉）为磁通密度B的单位。

Gs是旧的磁场强度的高斯CGS单位，新旧换算中，1Gs约为79.5775A/m，即2.4Gs 约为：191A/m，0.07Gs约为5.57A/m。

（2） GB/T17626.9中规定，可按下表规定的等级进行脉冲磁场试验：（3） GB/T2887中规定，在存放媒体的场所，对已记录的磁带，其环境磁场强度应小于3200A/m；对未记录的磁带，其环境磁场强度应小于4000A/m。

C.1.2 信息系统电子设备的磁场强度要求1971年美国通用研究公司R.D希尔的仿真试验通过建立模式得出：由于雷击电磁脉冲的干扰，对当时的计算机而言，在无屏蔽状态下，当环境磁场强度大于0.07G S时，计算机会误动作；当环境磁场强度大于2.4G S时，设备会发生永久性损坏。

按新旧单位换算，2.4 G S约为191A/m，此值较C.1.1的（1）中800A/m低，较表C.1中3等高，较4等低。

注：IEC62305-4（81/238/CDV）文件中给出在适于首次雷击的磁场（25K H2）时的1000-300-100A/m值及适用于后续雷击的磁场（1MH2）时的100-30-10A/m指标。

C.1.3 磁场强度测量一般方法（1）雷电流发生器法IEC 62305-4提出的一个用于评估被屏蔽的建筑物内部磁场强度而作的低电平雷电电流试验的建议。

（2）浸入法GB/T17626.9规定了在工业设施和发电厂、中压和高压变电所的在运行条件下的设备对脉冲磁场骚扰的抗扰度要求，指出其适用于评价处于脉冲磁场中的家用、商业和工业用电气和电子设备的性能。

EMC实验报告学号：******** 班级：04101101姓名：***EMC 屏蔽效能的测试报告一、实验原理：1. GB12190-1990 高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法：指测试过程中，除了与特定设施有关的频率之外，为考核屏蔽室屏蔽效能而选取的典型测试频率范围，分以下三个频段(见表1)。

表11）在20-300MHz 频段内由于天线尺寸和屏蔽室的谐振效应，使测量结果常常会因测试方法的微小变动产生极不正常的变化，所以在该频段内未推荐测试方法。

如确有必要侧试，本标准的小环法或频段II 测试方法可供参考。

2)侮个频段仅测一个频率点，用以粗略估计屏蔽室的屏蔽效能。

屏蔽效能的表示：在频段I ，屏蔽效能由右式表示:SE=20log12E E→→，在频段II ，屏蔽效能由右式表示:SE=20log12HH →→，在频段III ，屏蔽效能根据指示器方式的用右式表示:SE=10log 12P P 。

2. 测量的一般要求一般要求a.在正式侧量之前可对屏蔽室进行初测，找出性能差的门、接缝和安装不良的电源滤波器及通风孔，以便正式测量之前子以修补。

对于新建的屏蔽室，尤其有必要进行初测;b.在测试之前，应把金属设备或带金属的设备搬走，如桌子、椅子、柜子和不用的仪器等;c.屏蔽室的电源滤波器及室内电源线只给检测仪器及照明供电;d.在测试中，所有的射频电缆、电源和其他平时要求进人屏蔽室的设施均应按正常位置放置;e.电磁环境应满足GB 3907的要求，检测仪器本身应满足抗干扰要求，f.为了不致发生生理危害，应采取专门的预防措施，这对频段Ⅲ的测量尤为重要;9.测量中，对各种导线、电缆的进出口、门、观察口及板与板之间的接缝应特别注意;h.有些测试方法要求在不同的位置、不同的极化条件下对某一结构要素作多次测量，i.测试报告应记录可接近的屏蔽壁数目、受试屏蔽壁的数目，以及局部测试区的数目和位置。

3.测试用天线本标准对不同频段的测试天线规定如下:a.频段I:环形天线，b.频段I:偶极子天线，c.频段III:微波喇叭及其等效天线。

屏蔽效能的计算用途与材料一，电磁屏蔽效能电磁屏蔽是解决电子设备电磁兼容问题的重要手段之一，大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决，特别是随着电路工作的频率日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。

电子设备的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处，一般的在结构设计师如果没有考虑屏蔽问题，很难满足电磁兼容性要求。

所以再设计电子产品时，必须从一开始就考虑电磁屏蔽问题。

电磁屏蔽主要是用来放置高频电磁场的影响，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。

基本原理是才艺欧诺个低电阻值得导体材料，利用电磁波在屏蔽体表面的反射以及在到体内部的吸收和传输过程中的损耗而产生屏蔽作用。

电磁屏蔽的目的就是抑制电磁噪声的传播，使处在电磁环境中的仪器在避免电磁干扰的同时也不产生电磁干扰，通常采用导电性导磁性较好的材料把所需屏蔽的区域与外部隔离开来。

屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的，屏蔽效能定义为：电磁场中同一地点没有屏蔽存在时电磁场强度E1与有效屏蔽时的电磁场强度E2的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。

用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一甚至百万分之一，因此通常用分贝来表述屏蔽效能。

一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60B，屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100dB。

100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。

二，屏蔽材料选择(1)金属铁磁材料适用于低频(f<300Hz)磁场的磁屏蔽。

较常用的有纯铁、铁硅合金（即硅钢等）、铁镍软磁合金（即坡莫合金）等。

相对磁导率μr越高，屏蔽效果越好；层数越多，屏蔽也越好。

(2)非金属磁性材料——铁氧体磁性材料该材料在高频时具有较高的磁导率，电导率较大，且具有较高的介电性能，已广泛应用于高频弱电领域。

(3)良导体材料适用于高频电磁场、低频电场以及静电场的屏蔽。

高频电磁场及低频电场的屏蔽应选用高电导率良导体（如铜、铝等）。

电缆屏蔽金属网屏蔽效能的工程计算前言：众所周知，电缆屏蔽层包括金属屏蔽和非金属屏蔽两种形式，采用哪一种屏蔽形式取决于电缆的种类。

电力电缆为了屏蔽和均化电场，承载故障电流，通常采用金属屏蔽形式。

而在国家标准GB/T12706《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件》中仅规定：“金属屏蔽应由一根或多根金属带、金属编织、金属丝的同心层或金属丝与金属带的组合结构组成。

”“铜带屏蔽由一层重叠绕包的软铜带组成，也可采用双层软铜带间隙绕包。

”“单芯电缆铜带标称厚度≥0.12mm，三芯电缆铜带标称厚度≥0.10mm。

”“铜丝屏蔽由疏绕的软铜线组成，其表面应用反向绕包的铜丝或铜带扎紧，相邻铜丝的平均间隙应不大于4mm。

”金属带或金属丝屏蔽主要是在发生短路的情况下，在一定时间内承担一部分故障电流，避免绝缘在过高的电流影响下产生热击穿。

前提是金属屏蔽必须有牢靠的接地措施，金属屏蔽的几何截面积应能满足相应的电气要求。

当电压等级低于35kV或导体标称截面积小于500mm2时，国家标准GB/T 12706没有明确规定金属带或金属丝屏蔽的使用范围，国内在没有特殊要求时均采用铜带屏蔽结构；DIN VED 0276和AS/NZS 1429.1要求电缆的金属屏蔽应采用铜丝屏蔽结构，并对铜丝屏蔽的几何截面积或电气要求进行规定。

主要原因为国内电缆大多采用经小电阻接地方式，采用铜带屏蔽即可满足承载故障电流的要求；国外电缆大多采用直接接地方式，需采用铜丝屏蔽才可满足承载故障电流的要求。

那么，怎样计算铜带和铜丝屏蔽结构可承载的故障电流呢？在计算过程中又应注意哪些问题呢？允许故障电流的计算在进行计算前，需对以下符号的含义加以说明：A—考虑到四周或邻近材料的热性能常熟，(mm2/s)1/2；B—考虑到四周或邻近材料的热性能常熟，mm2/s；F—不完善的热接触因数；I—短路期间允许故障电流的有效值，A；IAD—短路期间，在绝热基础上计算的故障电流，A；K—载流体材料常数；M—热接触因数，S-1/2；S—载流体几何截面，mm2；n—包带层数或单线根数；d—单丝直径，mm；t—短路持续时间，s；w—带宽，mm；β—0℃时电阻温度系数的倒数，K；δ—金属护套、屏蔽层或铠装层厚度，mm；ε—考虑热量损失在临近层的因数；θf—终止温度，℃；θi—起始温度，℃；ρ3—金属护套、屏蔽层或铠装层四周媒介热阻，K.m/W；ζ1—屏蔽层、金属护套或铠装层比热，J/K.m3；ζ2、ζ3—屏蔽层、金属护套或铠装层四周媒介比热，J/K.m3。

电路法计算屏蔽效能一般来说，有三种方法可以用来计算屏蔽体屏蔽效能：1．传输线方法2．电路方法3．波导法传输线方法是以平面电磁波通过一个薄片或者无限延伸的薄片的传播方程和传输线方程之间的差异为基础。

最初，这种方法适用于外壳的尺寸比波长大得多，屏蔽壳和源之间的距离相对很大的情况下。

后来，有人将此法应用到源和屏蔽壳距离很近或者波长比屏蔽壳的尺寸大的情况，但是这种情况下的结果不太可靠，经常出现过估计。

尤其是当考虑低频区域内的金属薄屏蔽壳的屏蔽效果时，由于此时屏蔽壳的尺寸比波长要小，源的距离比较大。

电路方法同理论解的结果很吻合，无论是在稳态还是暂态激励的情况下。

电路方法的一个重要方面就是它考虑屏蔽外壳的整体几何尺寸。

例如：在低频情况下，用电路方法表明一个屏蔽壳对平面波的屏蔽效能不仅是壳壁材料和壁厚度的函数，也是屏蔽壳整体尺寸的函数。

另一方面，同电路方法和其他方法相比较，传输线方法仅仅考虑屏蔽壳的材料和壁厚度，这通常会导致平面波的屏蔽效能计算偏大。

电路方法有低频和高频近似公式。

对于典型的薄壁型屏蔽外壳置于低频交流磁场比如elf频带或者更高频带，使用低频近似公式是比较合理的。

1．低频屏蔽问题的定性分析通常，有必要考虑任意类型的电磁波施加在屏蔽壳的情况，但是，为了简化处理，仅仅考虑平面波作为入射波。

当屏蔽壳的结构尺寸远远小于波长的时候，入射波基本是散射的。

电场的高阻抗作用和磁场的低阻抗作用将分别对待，。

在屏蔽壳表面上的电场和磁场分布将根据散射理论或者简单的准静态场原理来处理。

一旦外部场的分布求得，内部场的解就能计算出来。

如图一，静电场施加在一个盒子上，外部场认为是均匀的。

盒子表面感应的电荷和电场线如图所示：每一根场线均起止于一个感应电荷。

由于在盒子的内部没有未中和的电荷，因此电场不能透入到盒子内部。

让电场随时间而变化，将会有能量耦合进屏蔽层内部。

电荷将会重新分布，造成电流在盒子的上边缘和下边沿之间流动。

电流流动引起盒子上下部分之间的电压降。

屏蔽效能的计算用途与材料一，电磁屏蔽效能电磁屏蔽是解决电子设备电磁兼容问题的重要手段之一，大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决，特别是随着电路工作的频率日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。

电子设备的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处，一般的在结构设计师如果没有考虑屏蔽问题，很难满足电磁兼容性要求。

所以再设计电子产品时，必须从一开始就考虑电磁屏蔽问题。

电磁屏蔽主要是用来放置高频电磁场的影响，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。

基本原理是才艺欧诺个低电阻值得导体材料，利用电磁波在屏蔽体表面的反射以及在到体内部的吸收和传输过程中的损耗而产生屏蔽作用。

电磁屏蔽的目的就是抑制电磁噪声的传播，使处在电磁环境中的仪器在避免电磁干扰的同时也不产生电磁干扰，通常采用导电性导磁性较好的材料把所需屏蔽的区域与外部隔离开来。

屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的，屏蔽效能定义为：电磁场中同一地点没有屏蔽存在时电磁场强度E1 与有效屏蔽时的电磁场强度E2 的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。

用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一甚至百万分之一，因此通常用分贝来表述屏蔽效能。

一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB 以下，军用设备机箱的屏IOOdB 以上的屏蔽效能一般要达到60B,屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到10OdBO蔽体是很难制造的，成本也很高。

二，屏蔽材料选择(1) 金属铁磁材料适用于低频(f<300Hz) 磁场的磁屏蔽。

较常用的有纯铁、铁硅合金 (即硅钢等)、铁镍软磁合金(即坡莫合金 ) 等。

相对磁导率μr 越高，屏蔽效果越好；层数越多，屏蔽也越好。

(2) 非金属磁性材料——铁氧体磁性材料该材料在高频时具有较高的磁导率，电导率较大，且具有较高的介电性能，已广泛应用于高频弱电领域。

(3) 良导体材料适用于高频电磁场、低频电场以及静电场的屏蔽。

穿孔金属板的屏蔽效能穿孔金属板屏蔽效能的计算至今还没有很完整的计算公式。

这里介绍一种考虑因素较为全面的计算公式，它既适用于穿孔金属板，又适用于金属网的屏蔽效能计算。

当孔眼尺寸远小于电磁波波长时，屏蔽效能表达式为SE dB =A a +R a +B a +K 1+K 2+K 3(1)式中A a ——孔眼中的传输衰减(dB )；R a ——孔眼的单次反射损耗(dB )；B a ——多次反射修正项(dB )；K 1——与孔眼个数有关的修正项(dB )；K 2——由集肤深度不同而引入的低频修正项(dB )；K 3——由相邻孔间相互耦合而引入的修正项(dB )。

式(1)中前三项分别对应于实心型屏蔽体的屏蔽效能计算式中的吸收损耗、反射损耗和多次反射修正系数，后三项则是针对非实心型屏蔽引入的修正项。

a.A a 项当入射波频率低于孔的截止频率f c (按矩形或圆形波导孔截止频率计算)时，则可按下述两式计算：矩形孔A a =27.3t /w (dB )(2)圆形孔A a =32t /D (dB )(3)式中t ——孔的深度(cm )；w ——与电场垂直的矩形孔宽边长度(cm )；D ——圆形孔的直径(cm )。

b.R a 项取决于孔的形状和入射波的波阻抗，其值由下式确定：N N R 4)1(lg 202a +=(dB )(4)式中N ——孔眼特性阻抗与入射波阻抗之比值；N =w /(πr )适用于低阻抗磁场的矩形孔；N =D /(3.682r )适用于低阻抗磁场的圆形孔；N =j6.69⨯10-5fw 适用于平面波场的矩形孔；N =j5.79⨯10-5fD 适用于平面波场的圆形孔；r ——干扰源到屏蔽体的距离(cm )；f ——频率(MHz )。

c.B a 项当A a <10dB 时，多次反射修正项仍可利用上述比值Ｎ按下式决定：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯+--≈-10/22a a 10)1()1(1lg 20A N N B (dB )(5)d.K 1项当干扰源到屏蔽体的距离远大于孔眼间距时，孔眼个数修正项由下式确定：K 1=-10lg (a n ) (dB )(6)式中a ——每一孔眼的表面积(cm 2)；n ——每平方厘米内的孔眼数目。