多芯电缆屏蔽效能原理及其仿真分析软件

第３期徐亮：缝隙对屏蔽效能的影响分析１７９４装配面的缝隙处理方法若要提高设备机箱的屏蔽效能，需要减小机箱缝隙长度和孔洞直径。

可以通过在装配面处加导电网‘１１和减小装配面螺钉的间距Ⅲ来缩减机箱缝隙长度，见图６。

箱体上不得不开启的孔洞，需要采用合适的波导滤波器进行隔离。

５结论图图（ａ）ｍｅｔｈｏｄ１（ｂ）ｍｅｔｈｏｄ２（ｃ）ｍｅｔｈｏｄ３（ｄ）ｓｐａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂｏｌｔｓＦｉｇ．６Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆａｓｓｅｍｂｌｙｆａｒｃｅ图６装配面屏蔽方式示意通过仿真计算，分析了不同长度的缝隙与箱体屏蔽效能的关系。

缝隙越短，金属机箱的屏蔽效能越高。

由于机箱与外设、其它设备有很多互连线，导致机箱有很多开口，这些开口形成大小不一的缝隙。

减小装配面螺钉的间距。

在装配面处加导电网，箱体进出口使用波导，并在产品设计过程中电路板合理布线和接地，综合运用电磁兼容设计思想，所设计产品的金属机箱屏蔽效能会大大的提高，产品的电磁兼容性能也会有较大的改善。

参考文献：【ｌ】蔡仁钢．电磁兼容原理、设计和预测技术【Ｍ】．北京：北京航天航空大学出版社，１９９７．【２】周启明，李小伟，黄聪顺，等．多芯电缆屏蔽效能的脉冲电流注入法测量【Ｊ】．信息与电子工程，２００７，５（２）：１５０—１５３．【３】ＡｎｄｒｅｗＣＭａｒｖｉｎ，ＪｏｈｎＦＤａｗｓｏｎ，ＳｉｍｏｎＷａｒｄ，ｅｔａ１．ＡＰｒｏｐｏｓｅｄＮｅｗＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＳｈｉｅｌｄｉｎｇＥｆｆｅｃｔｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｃｌｏｓｕｒｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，２００４，４６（３）：４５９－４６８．【４】邓小斌，侯朝祯．有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析［Ｊ】．强激光与粒子束，２００４，１６（３）：３４１—３４４．【５】ＵｓｔｕｎｅｒＦ，ＡｋｓｅａＡ，ＡｒａｚＩ，ｅｔａ１．Ａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｓｈｉｅｌｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｓｍａｌｌｅｎｃｌｏｓｕｒｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＥＭＣＩｎｔ．Ｓｙｒｕｐ．，２００１，２：７０８－７ｌ２．【６】ＦＬＯＥＭＣ产品手册［ＥＢ／ＯＬ］．【２００８—０３—１５］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｌｏｍｅｒｉｃｓ．ｃｏｒｎ．ｅｎ／ｐｒｏｄｕｅｔ／ｅｍｃ．ａｓｐ．【７】戈鲁（ＧｕｒｕＢｓ），赫兹若格论鲁（ＨｎｓｅｙｉｎＨＲ）．电磁场与电磁波【Ｍ】．２版．周克定，等译．北京：机械工业出版社，２００６．【８】刘鹏程，邱扬．电磁兼容原理及技术［ＭＩ．北京：高等教育出版社，１９９３．作者简介：徐亮（１９６８一），男，四川省简阳市人，工程师，２００１年毕业于电子科技大学测试计量技术及仪器专业，硕士，主要从事电磁兼容测试技术研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｌｉａｎ９８５３１＠ｓｉｎａ．ｏｏｍ．缝隙对屏蔽效能的影响分析作者：徐亮， XU Liang作者单位：中国工程物理研究院,电子工程研究所,四川,绵阳,621900刊名：信息与电子工程英文刊名：INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING年，卷(期)：2008,6(3)被引用次数：8次1.刘鹏程;邱扬电磁兼容原理及技术 19932.戈鲁;赫兹若格论鲁;周克定电磁场与电磁波 20063.FLOEMC产品手册 2008tuner F;Akses A;Araz I A method for evaluating the shielding effectiveness of small enclosures 20015.邓小斌;侯朝祯有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析[期刊论文]-强激光与粒子束 2004(03)6.Andrew C Marvin;John F Dawson;Simon Ward A Proposed New Definition and Measurement of the Shielding Effectof Equipment Enclosures[外文期刊] 2004(03)7.周启明;李小伟;黄聪顺多芯电缆屏蔽效能的脉冲电流注入法测量[期刊论文]-信息与电子工程 2007(02)8.蔡仁钢电磁兼容原理、设计和预测技术 19971.李文斌.何雄辉.李光辉.Li Wenbin.He Xionghui.Li Guanghui有孔金属导体板屏蔽特性的分析[期刊论文]-仪器仪表学报2005,26(10)2.王业飞.王群.唐章宏.李司洋缝隙对屏蔽效能影响的分析及改善[会议论文]-20093.卢怡.闻映红.LU Yi.WEN Ying-hong双侧开孔矩形金属腔体的屏蔽效能仿真分析[期刊论文]-铁路计算机应用2011,20(5)4.汪柳平.高攸纲.沈远茂.阮方鸣.WANG Liu-ping.GAO You-gang.SHEN Yuan-mao.RUAN Fang-ming装有PCB有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析[期刊论文]-电波科学学报2008,23(4)5.王晓蔚.任士焱.杨华云.吴波.WANG Xiao-wei.REN Shi-yan.YANG Hua-yun.WU Bo磁屏蔽效能的有限元分析[期刊论文]-计量学报2006,27(4)6.田东.陈少昌.Tian Dong.Chen Shaochang孔缝矩形腔屏蔽效能仿真分析[期刊论文]-舰船电子工程2009,29(11)7.高璞.郝建红.高永华.Gao Pu.Hao Jianhong.Gao Yonghua基于FEKO仿真评估PCB布局对机箱屏蔽效能的影响[期刊论文]-安全与电磁兼容2010(3)8.邓小斌.侯朝桢有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析[期刊论文]-强激光与粒子束2004,16(3)1.卢红标.程怡豪.严东晋.邱艳宇.陈彬爆炸震动下钢板屏蔽室动力特性及屏蔽效能实验[期刊论文]-解放军理工大学学报（自然科学版） 2012(4)2.卢怡.闻映红双侧开孔矩形金属腔体的屏蔽效能仿真分析[期刊论文]-铁路计算机应用 2011(5)3.郭浩.闫京海.周波.张少林射频仿真试验系统电磁泄露分析[期刊论文]-舰船电子工程 2011(4)4.丁飞.向春清.杨威低频电磁屏蔽工程设计研究[期刊论文]-信息通信 2011(6)5.向春清.丁飞低频电磁屏蔽效能研究[期刊论文]-舰船电子工程 2011(11)6.熊文毅Ku频段接收前端的高本振抑制设计[期刊论文]-电讯技术 2011(7)7.徐亮仿真分析在时钟电路电磁兼容设计中的应用[期刊论文]-信息与电子工程 2009(3)8.徐亮PCB板上不同屏蔽方式对屏蔽效能的影响[期刊论文]-安全与电磁兼容 2009(3)9.徐亮Pigtail的电磁辐射分析及测试[期刊论文]-国外电子测量技术 2009(10)本文链接：/Periodical_xxydzgc200803004.aspx。

屏蔽部件的屏蔽效能测试实验指导书一、实验目的理解屏蔽的分类，加强对屏蔽效能概念理解，掌握屏蔽效能测试原理及方法。

二、实验原理屏蔽效能是同一地点无屏蔽存在时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比。

（一）屏蔽效能计算方法后前P PSE lg 10=()12SE A A dB =－其中：SE 为屏蔽效能，P 前和A 1为自由空间校准接收功率值，P 后和A 2为屏蔽后接收到的接收功率值。

测量原理图如图1所示。

图1屏蔽效能测试原理图 （二）屏效测试使用天线测试频段 频率范围 标准测试天线 低频段100Hz~30MHz环形天线三、实验仪器1.电磁屏蔽室（含屏效测试窗口）2信号源SP1642B，信号源MG3694A；3.测试天线组：KSTM-1013环形天线，KSTM-2213对称振子天线，KSTH-0508微波喇叭天线（各一对）；4. 安捷伦N9020A微波频谱分析仪；5.测试电缆1#、2#、3#及附件；6.被试屏蔽材料样件。

四、实验内容及步骤实验内容：（一）磁场屏效测试（1）测试频点：250 kHz 、1MHz、30MHz（4）加屏蔽体后的测试。

（二）电场屏效测试（1）测试频点：300MHz、1GHz 。

（3）自由空间测试。

（4）加屏蔽体后的测试。

（三）平面波屏效测试（1）测试频点：4GHz、6GHz 。

（4）加屏蔽体后的测试。

测试具体步骤（以磁场频效测试为例）：1．按原理图连接测试系统，经检查系统连接正常后，将信号发生器的电源插头插入220V电源，按下“电源”开关，将信号源预热30分钟；2．自由空间测试，将信号源输出频率依次调为实验内容中的测试频点，输出功率为+20dBm；在每个频率点下，在频谱仪中读出接收到的相应频率点处的功率电平幅度dBm值记为A1；3．加屏蔽体后的测试，保持信号源输出功率不变，通过频谱仪读出有屏蔽时接收到的相应频率点处的功率电平dBm值记为A2；注：应保证受试屏蔽样件与屏蔽室测试窗口安装法兰的电连续，尤其注意安装螺栓的均匀紧固，减小安装孔缝对测试结果的影响。

屏蔽线的原理屏蔽线是一种用于阻止或减小电磁干扰的装置，常用于电气设备、通信电缆以及电子产品中。

其原理主要包括屏蔽效应、电场屏蔽和磁场屏蔽。

1. 屏蔽效应：当电磁波传播到屏蔽面时，由于屏蔽面上存在自由电荷，自由电荷会在电磁场的作用下移动，产生反向的电场，从而抑制原电磁波的传播。

这种反向电场与原电磁波叠加后，使得电磁波在屏蔽面上的传播受到限制，从而实现屏蔽效果。

2. 电场屏蔽：电场屏蔽是指屏蔽面上的自由电荷在电磁场作用下，产生反向电场抵消原电磁波的电场分布，从而减小电场的干扰效应。

电磁波的电场分布会在屏蔽表面处感应产生自由电荷，并在电场作用下移动，从而产生反向电场。

通过在屏蔽设计中加入足够的自由电荷，可以使得电磁波在屏蔽表面处的电场被消除或减小。

3. 磁场屏蔽：磁场屏蔽是指屏蔽面上的电流产生反向磁场与原电磁波的磁场叠加，抵消原电磁波的磁场分布，从而减小磁场的干扰效应。

当电磁波通过屏蔽面时，屏蔽面上的电流会在磁场的作用下产生反向磁场，形成屏蔽面的磁场与原电磁波的磁场叠加。

屏蔽面上的电流大小和方向可以根据电磁波频率、材料特性和屏蔽设计进行调节，以实现对电磁波的磁场屏蔽效果。

4. 屏蔽材料：屏蔽材料是实现屏蔽效果的重要因素，通常采用具有良好导电性和导磁性的材料。

在电场屏蔽中，金属是最常用的材料，如铜、铝等，它们能够有效地吸收电场能量。

在磁场屏蔽中，软磁材料是常用的选择，如铁、镍等，它们能够有效吸收磁场能量。

综上所述，屏蔽线通过屏蔽效应、电场屏蔽和磁场屏蔽实现对电磁波的阻止或减小电磁干扰的作用。

屏蔽线的设计需要考虑到电磁波的频率、材料特性以及实际的应用场景，以达到理想的屏蔽效果。

屏蔽效能等级的划分qZh 安规与电磁兼容网一般结构件的屏蔽效能分为以下六个等级，各级屏蔽效能指标规定如下：E级：30-230 MHz 20 dB 230-1000 MHz 10 dBqZh安规与电磁兼容网D 级：30-230 MHz 30 dB 230-1000 MHz 20 dBqZh安规与电磁兼容网C级：30-230 MHz 40 dB 230-1000 MHz 30 dBqZh安规与电磁兼容网B 级：30-230 MHz 50 dB 230-1000 MHz 40 dBqZh安规与电磁兼容网A 级：30-230 MHz 60 dB 230-1000 MHz 50 dBT级：比A级高10dB或者以上，和/或对低频磁场、1GHz以上平面波屏蔽效能有特殊需求qZh安规与电磁兼容网屏蔽效能等级由高至低分别为：T级?A 级?B级?C 级?D级?E级。

一般统称T级和A级为高等级屏蔽效能，B级和C级为中等级屏蔽效能，D级和E级为低等级屏蔽效能。

一般结构件只需要注明需要达到哪一级即可，但是选用T级时需要注明具体的指标要求和其他特殊要求机柜通风孔的电磁屏蔽设计机柜通风孔的电磁屏蔽设计各权威机构或专家对电磁兼容都有自己的见解，互相略有不同。

通俗的说电磁兼容（EMC）是设备或分系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

解决电磁兼容应该站在系统的角度，全面地看待问题。

电磁兼容涉及电路设计、PCB布线、电缆设计、系统布局、结构设计等多方面问题，甚至与软件设计都有关系。

2、解决EMC问题的手段当设备中“电磁干扰源—耦合路径—敏感部件”三要素同时存在时，才会出现EMI问题。

EMC设计就是针对三要素中的一个或几个，采取某些技术措施，限制或消除其影响，从而得到兼容性好、成本和重量可接受的设计。

从理论上讲，单板是所有EMI问题的源头，即电磁干扰源”是EMC设计的重中之重。

应该花费90%的精力放在单板设计上面。

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。

高压超高压电缆的多物理场仿真与建模技术高压和超高压电缆的多物理场仿真与建模技术是电力系统领域中一个重要的研究课题。

随着电网的建设和升级，高压和超高压电缆的使用越来越广泛，因此，对其性能和安全可靠性进行仿真与建模分析具有重要意义。

高压和超高压电缆是输送电能的重要设备，其工作环境复杂，涉及到多个物理场的相互作用。

常见的物理场包括电场、磁场、温度场和机械场。

这些物理场相互影响，对电缆的性能产生重要影响，因此，进行多物理场仿真与建模分析可以帮助我们更好地理解电缆的工作原理和性能特性。

在进行高压和超高压电缆的多物理场仿真与建模技术研究时，首先需要获取电缆的几何参数和电磁特性。

通过测量或者采集电缆的实际数据，可以建立电缆的几何模型和材料模型。

几何模型包括电缆的截面形状、尺寸和层次结构等信息，而材料模型包括电缆的导体、绝缘层、屏蔽层和护套等材料的导电性、磁性和热性能等参数。

基于电缆的几何模型和材料模型，可以利用有限元方法进行多物理场的仿真模拟。

有限元方法是一种常用的数值计算方法，通过将复杂的物理问题离散化为有限个单元，建立离散的数学模型，然后利用计算机进行求解。

在电缆仿真中，可以将电缆划分为多个单元，每个单元代表一个小区域，在每个单元上建立电场、磁场、温度场和机械场的数学模型，然后通过求解方程组，得到各个物理场的分布情况。

在进行高压和超高压电缆的多物理场仿真时，需要考虑以下几个关键问题。

首先是边界条件的确定。

边界条件是仿真模型中的一个重要参数，它直接影响到仿真结果的准确性和可靠性。

边界条件包括电缆的输入电压、导体的接地方式、周围介质的温度和湿度等参数。

其次是材料参数的确定。

材料参数是多物理场仿真模型中的重要参数，其准确性直接影响到仿真结果的可靠性和可重复性。

最后是仿真结果的分析和评估。

通过对仿真结果的分析和评估，可以对电缆的性能进行预测和改进。

高压和超高压电缆的多物理场仿真与建模技术在电力系统的设计和运行中发挥着重要作用。

关于编织型电缆结构对屏蔽性能影响的数据化分析摘要本文简要介绍三同轴管中管法测试屏蔽性能的原理，利用三同轴管中管测试方法对不同电缆结构的屏蔽性能进行测试，分析了电缆结构对屏蔽衰减及转移阻抗的影响，得出了结论编织层数越多，屏蔽衰减越好；第三层第四层屏蔽层主要影响低频转移阻抗和屏蔽衰减。

关键字编织型电缆；屏蔽衰减；转移阻抗；三同轴管中管法前言随着电子技术的高速发展，电缆作为传输信号的媒介，还可以向外辐射信号或者受到外界的信号干扰，造成信号失真。

随着频率越来越高，对电缆及组件的屏蔽性能要求也越来越高。

而对屏蔽衰减起关键作用的就是电缆的屏蔽层，一般多为铜、铝管外导体或编织外导体结构，CATV中经常用到编织型外导体。

不同类型的外导体对屏蔽性能也有较大的影响，本文研究编织型外导体的不同结构对最终屏蔽性能的影响。

1 测试电缆与测试方法1.1 编织型电缆结构简介同轴编织电缆结构由内导体、绝缘介质、屏蔽层、护套构成，信号在内导体与屏蔽层之间传输。

编织线一般按照屏蔽层结构分为标准屏蔽、三层屏蔽和四层屏蔽。

1.2 屏蔽性能测试原理屏蔽性能测试方法目前主要有三同轴法、线注入法、吸收钳法、GTEM小室法[1]。

三同轴可以同时测试组件的转移阻抗及屏蔽衰减，动态范围广，测试极限可达到-120dB。

本文采用的是三同轴测试方法中的管中管法测试[2]。

对于一些射频连接器或短的电缆组件，三同轴方法测试截止频率会很高，测试屏蔽效率只能增加电缆组件长度来测试[3]。

因此根据IEC62153-4-7中规定了扩展的三同轴法——管中管法测量可测试不同长度的屏蔽效率。

管中管法是通过采用金属延长管来调整被试组合件的电长度，使被试组合件的电长度变长，在低频率范围，也可以测量屏蔽衰减[4-5]。

屏蔽效能在国际上也有等级之分，根据EN50117标准定义，屏蔽效能等级中最高等级为class a++，具体指标屏蔽衰减>105dB @30-1000MHz ，屏蔽衰减>95dB@1000-2000MHz，屏蔽衰减>85dB@2000-3000MHz2 结果与分析将四层屏蔽电缆、三层屏蔽电缆、标准屏蔽电缆按照同样的方式与匹配接头进行组装，电缆均量取1.5m，接头均采用F头，组装完成后，将三种样品放入三同轴测试系统中分别进行测试，测试频率为5MHz-3000MHz。

工 程 技 术随着电子设备小型化、高度集成化的发展,一方面面临着产品所处的电磁环境越来越复杂、越来越恶化;另一方面又面临产品设计性能要求越来越灵敏、越来越精密、越来越智能化、数字化。

就数字化时代而言,产品设计时进行电磁兼容设计尤显重要。

电磁兼容设计涉及多方面的内容,而屏蔽技术是抑制产品EMI最常用的方法之一,用于防止辐射性EMI侵入设备或从设备中泄露。

在电磁敏感设备或电磁发射源设备中设计案例中,双层屏蔽层的设计是经常采用的措施之一,但不当的设计带来了产品设计尺寸和重量的增加,有时是得不偿失,甚至是错误的。

1 屏蔽体盖板的屏蔽效能分析屏蔽就是利用一个封闭的壳体(屏蔽体)阻止或减少电磁能量传输的一种措施。

屏蔽体的屏蔽性能用屏蔽效能来衡量。

以某电子设备盒体而言,由于产品内部印制板组件及元器件安装、电气连接电缆的进出等需要,不可避免的存在孔洞及箱体与盖板间的接缝等。

这些孔缝泄漏,均造成屏蔽体屏蔽效能的降低。

根据平板屏蔽效能S e=A+R+B= (1)通过合理选择盖板和腔体表面处理方法,保证屏蔽体具有良好的导电性能,盖板吸收损耗在f＝1MHz时,用0.5mm的铝板已经能达到40dB以上的吸收损耗,选择材料及其厚度将主要考虑结构的安装和机械强度、刚度和三防特性。

在吸收损耗A>15dB时,多次反射损耗B可忽略。

在盖板具有一定厚度的条件下,电磁波在两种不同的介质界面上将产生反射损耗。

采用的铝合金盖板时,盖板周围介质为空气,所以Z1>>Z2。

故电场在屏蔽体界面1几乎被全部反射,反射损耗是电场屏蔽的主要机理。

磁场分量在屏蔽体内得到加强,在界面2处反射最强,约为2H0,磁场的屏蔽主要依靠屏蔽体材料和一定厚度屏蔽体的吸收。

2 双屏蔽层屏蔽效能的分析在要求提供较高屏蔽效能的场合,经常采用双层盖板的结构形式。

双层屏蔽盖板平行且中间夹层为空气,在两层屏蔽盖板的材料、厚度t均相同时,双层屏蔽的屏蔽效能Se为: (2)其中:α为盖板衰减常数;d为两层屏蔽层间空气厚度;η为盖板材料特征阻抗;η为空气特征阻抗;故双层屏蔽的吸收损耗和反射损耗均为单层屏蔽(厚度为t)的二倍,多次反射损耗取决于两层屏蔽层之间的距离d。

ANSYS电磁兼容仿真设计软件用途：用于电子系统电磁兼容分析,包括PCB信号完整性、电源完整性和电磁辐射协同仿真,数模混合电路的噪声分析和抑制,以及机箱系统屏蔽效能和电磁泄漏仿真,确保系统的电磁干扰和电磁兼容性能满足要求;一、购置理由1现代电子系统设计面临越来越恶劣的电磁工作环境,一方面电子系统包括了电源模块、信号处理、计算机控制、传感与机电控制、光电系统及天线与微波电路等部分,系统内部相互不发生干扰,正常工作,本身就非常困难；另一方面,在隐身、电子对抗、静放电,雷击和电磁脉冲干扰等恶劣电磁环境下,设备还需要有足够的抗干扰能力,为电路正常工作留有足够的设计裕量;为了确保xx系统的工作可靠性,设备必须通过相关的电磁兼容标准,如国军标GJB151A,GJB152A;长期以来,设备的电磁兼容设计和仿真一直缺乏必要的仿真设计手段,只能依赖于设备后期试验测试,不仅测量成本高昂,而且,如果EMI测量超标,后续的查找问题和修正问题基本上依赖于经验和猜测;而解决电磁兼容问题,也只能靠经验进行猜想和诊断,采取的措施也只能通过不断的试验进行验证,这已经成为制约我们产品进度的重要原因;;2目前我所数字电路设计的经验和手段已经有很大改善,我们在复杂PCB布线、高速仿真方面取得了很多的成果和经验,并且已经开始高速通道设计的预研;在相关PCB布线工具的帮助下,将复杂的多电源系统PCB布通,确保集成电路之间的正确连接已经基本上没有问题;但是随着应用深入,也存在一些困难,特别在模拟数字转换、高速计算与传输PCB和系统的设计中,我们不仅要保证电路板的正常工作,还要提高关键性的技术指标,例如数模转换电路的有效位数、信号传输系统的速率和误码率等,此外,还要满足整个卫星电子系统的电磁兼容/电磁干扰要求,为此,我们迫切需要建立的仿真功能包括：高速通道中,连接器,电缆等三维全波精确和建模仿真,这些结构的寄生效应对于信号的传输性能有至关重要的影响；有效的PCB电源完整性分析工具,对PCB上的电源、地等直流网络的信号质量进行仿真为提高仿真精度,需要SPICE模型,IBIS模型和S参数模型的混合仿真需要同时进行时域和频域仿真和设计,观察时域的眼图、误码率,调整预加重和均衡电路的频域参数,使得信号通道的物理特性与集成电路和收/发预加重、均衡等相配合,达到系统性能的最优有效的PCB的辐射控制与仿真手段,确保系统EMI性能达标;现在EDA市场上已经有一些SI/PI和EMI/EMC仿真设计工具,但存在多方面的局限性;我们的PCB布线工具虽然能解决一定的问题,但是,由于工具本身主要是以布线功能为主,结合规则约束进行设计的,在解决我们上述问题时存在着明显的局限,主要有：主要以等效电路法建模与仿真,仿真的结构有限制,功能不完备,如不能仿真非理想的电源/地,不能充分考虑信号线的跨越分割和转换参考平面等,对于EMI/EMC,只能做规则约束,无法进一步仿真;基本上都是以单点工具,也就是说,一个公司的工具只能满足部分设计功能,在工程应用当中,不可避免地会带来接口、仿真结果一致性等多方面问题,影响软件工具的使用效果;在高速串行通道的仿真中,由于高速串行通道的信号传输速率较高,信道中的模型多用S参数建立或由电磁场仿真工具得到,而S参数的本质是频域的,传统的工具中对于S参数的仿真功能非常有限,经常仿真不收敛或花费很长时间,无法在工程实际中准确评估整个信号通道的特性;对于PCB的辐射,只能给出原则性的规则约束,而实际设计中,很多因素相互矛盾,只能依赖经验进行取舍,无法考虑电缆、机箱等三维结构的影响,不能保证最后的设计效果;仿真结构有限制,对于机箱的屏蔽结构,不能仿真任意形状的屏蔽网结构,限制了设计思想,或者仿真时间过长,精度不足,缺乏工程实用价值;国内外众多成功经验证明,电子产品的SI/PI,EMI/EMC仿真和高速通道性能仿真,需要进行两方面的仿真——即电磁场仿真和电路仿真;电磁场仿真主要是研究结构对系统SI/PI ,EMI/EMC以及高速串行通道的影响,根据机构的物理特性几何结构和材料特性,通过电磁场计算,提取PCB、连接器、线缆等的寄生效应,生成S参数或Spice等效电路模型,或者直接得到结构的辐射特性和串扰特性,用于设计指导和性能改进;在电磁场仿真的同时,电路仿真也是必不可少的;一方面,电路仿真工具能够将非线性器件和电磁场仿真得到的结构等效电路结合到一起,通过仿真得到信号的波形和频谱,包括时钟线、数据线和电源/地平面的波形、串行通道的眼图和浴盆曲线等,直观地考察系统的SI/PI和传导EMI特性; 另一方面,对于辐射干扰来说,EMI辐射的强度不仅与结构相关通过电磁场仿真进行研究,还与参与辐射的信号频谱强度相关,频谱强度必须通过电路仿真才能得到;3由于系统电磁兼容设计牵扯到电路设计、结构设计很多细节,出于保密和知识产权保护,无法与通过外包或第三方合作方式解决;通过建立电磁兼容仿真平台进行电磁兼容设计,不仅可以提高设计可靠性和效率,也可以帮助设计师增加电磁兼容的知识和经验,提高设计能力;以往这种经验和能力仅限在一两设计的文档中,或者个别个设计师个人电脑中,无法更大范围的共享,造成大量知识和经验丢失;二、技术要求及设备选型情况1．技术要求系统电磁兼容仿真软件需要能够同时提供高性能电路仿真和电磁场仿真的软件供应商,同时,电路和电磁场仿真工具还能集成在一起,实现双向调用,为设计带来极大方便,仿真软件主要功能包括：电源完整性设计仿真仿真多层、任意形状的电源和地层,快速得到整个电源和地结构的谐振频率和谐振状态下的电压分布,用于优化退耦电容和关键性元器件的布局；仿真板上放置去耦电容的作用及布局,不仅可以计算任意的电源/地形状,还可以考虑退耦电容的寄生效应,软件可以通过多种方式定义退耦电容：并联测试RLC 等效电路、串联测试RLC等效电路或S参数文件；软件提供世界主流厂商的贴片电容元件库,可以非常方便地加入用户自定义器件模型;支持埋容层和频变材料特性；能够仿真分割的电源/地平面之间的耦合与隔离；直接得到任意电源/地平面的特性阻抗等参数,用于改进设计;信号完整性设计与参数抽取拥有完备的信号完整性仿真能力,通过电磁场方法直接得到PCB上信号线的真实传输特性,充分考虑PCB信号线的各种不连续性效应,包括信号的传输与反射、迟延,拐角、过孔效应,过孔耦合、信号线换层或跨越分割的参考平面,信号线与电源/地之间的噪声耦合等各种效应,直接得到信号线真实的S参数特性,并且可以输出S参数模型包括差分S参数模型,同时支持多种Spice等效电路模型输出,用于进一步的时域仿真;具有虚拟时域反射/传输测量功能,能够得到信号的时域传输与反射,耦合与串扰特性,用于信号完整性设计;直流压降仿真与可靠性验证能够仿真供电系统的直流特性,直观地显示整个PCB上电流的流向和电路密度、直流压降等特性,通过设置阈值,能够自动诊断PCB上的过孔和信号线,进行可靠性验证,标示出电流密度超标的过孔和信号线,避免由于局部电流过大造成的PCB失效,或者由于直流压降过大造成的工作不正常;还能降电流产生的损耗与热仿真工具工具结合仿真系统通风和散热;PCB辐射仿真能够方便地定义电压源和电流源,用于PCB的辐射特性仿真,包括进场和远场特性、得到空间辐射分布、最大辐射场强随频率变化曲线等关键性EMI/EMC数据;辐射计算时,不仅能定义理想信号源,还可以通过文本格式导入信号幅度随频率变化的频变信号源,或者通过与Designer SI 的双向数据交换,直接导入电路仿真得到的真实信号源,精确仿真PCB的真实辐射特性;多种参数模型,和多种仿真方法针对现代电路和PCB特点,提供并支持多种器件模型,包括IBIS,Spice, S参数,AMI模型等;对于高速通道常用的频域S参数模型,软件不仅支持卷积法仿真,还支持状态空间法仿真,从而确保了仿真的因果性,降低了对S参数文件数据的要求,同时又保证了求解的速度和精度,同时,可以实现了模型自动语法检查和复用,对于同一个参数模型文件,只需进行一次模型的导入,再次仿真直接调用状态空间模型,从而大大提高运行效率;多种种眼图算法现代设计的高速通道仿真,需要快速得到串行通道的误码率;软件能够读入Spice网表模型和子电路、电磁场仿真模型、测量或输入的S参数模型、文本格式的数据波形、文本格式的码流文件等,进行线性和非线性电路的时域瞬态仿真,具备收敛算法和自动时间步长功能,确保仿真的速度和精确性;具有瞬态眼图、快速眼图和眼图验证三种眼图算法,能够相互验证,支持串扰眼图,确保仿真的正确性和理论基础,得到信号波形、误码率、统计眼图、浴盆曲线、等高线眼图等结果,从而实现高速通道的快速准确仿真;系统/整机的EMI/EMC设计仿真通过精确的三维结构的电磁场仿真,得到电磁场强度分布和辐射特性,谐振模式等；从而可以准确的研究评估电子设备/系统的EMI/EMC,比如：设备的电磁泄漏,机箱机柜屏蔽效应设计,天线布局和互耦效应,辐射强度等;高速关键路径/复杂的三维高速结构的EMI/EMC/SI设计仿真对于高速关键路径,如：子电路板/背板的高速信号线、过孔,电缆、封装、连接器等,可以仿真得到S参数等,分析信号的传输,反射,匹配特性,计算辐射和色散、模式转换和材料频变效应等对信号传输的影响,并进一步设计和优化;与第三方工具流畅的接口可以方便导入各种PCB和结构设计数据,加以仿真;2. 设备调研及选型情况针对电磁兼容仿真平台,我们对多家厂商的产品也进行了调研,包括美国ANSYS和Cadence公司;美国ANSYS公司是全球最大的CAE仿真软件提供商,其产品涉及领域跨电磁,流体,结构和热等多个领域;其中电磁仿真软件覆盖射频微波、PCB SI/PI/EMC、芯片设计验证、机电系统等领域;ANSYS 公司具备完备的系统电磁兼容仿真平台,包括：高速设计环境和仿真平台Designer SI包含瞬态非线性电路仿真和快速眼图、眼图验证和瞬态眼图,专门针对PCB整版全波仿真的SIwave, 高频结构仿真工具HFSS,用于机箱屏蔽设计和系统EMI/EMC仿真,优化和参数扫描模块Optimetrics,以及和EDA工具的接口Ansoftlinks for EDA, 多处理器模块等,构成基本软件平台;针对不同类型的结构,利用针对性的电磁场进行仿真合抽取,并组装到电路仿真工具Designer SI中进行瞬态仿真,得到模型、频谱和眼图,仿真的频谱还可以用于PCB的辐射分析,并进一步仿真PCB经机箱屏蔽后的辐射强度,从而全面、精确、快速地实现系统SI/PI 和EMI/EMC设计;美国Cadence公司的主要产品是全定制IC设计仿真,数模混合IC设计仿真,封装和SiP 设计仿真软件提供商,PCB仿真软件是其中很小的一部分;Cadence 能够同时提供从芯片到封装、再到PCB设计仿真的全流程工具,其PCB仿真工具Allegro SI/SQPI与PCB布板工具Allegro结合紧密,使用简单,仿真速度快;仿真得到的结果可以直接转化为设计约束,反标回PCB设计,作为布局布线的设计规则;但是,Cadence公司没有电磁场仿真工具,只有时域而没有频域分析能力;无论SI还是PI仿真,都基于电路法的时域分析;仿真精度差,对器件有源模型依赖度高;Cadence的信号完整性和电源完整性相对独立,无法反映二者之间的相互作用;缺少电磁场仿真功能;Cadence工具的特点：PCB仿真工具Allegro SI/SQPI与PCB布板工具Allegro结合紧密,时域信号完整性仿真简单易用;适合几百兆以内的高速信号完整性分析,但是缺乏电磁场仿真功能,频域仿真功能较弱;Cadence的信号完整性和电源完整性相对独立,没有协同设计能力,其电磁兼容仿真只是做设计规则检查,并不能仿真实际电路布局布线影响EMI效果;三、设备描述1、美国ANSYS公司是全球最大的CAE仿真软件提供商,其产品涉及领域跨电磁,流体,结构和热等多个领域;其中电磁仿真软件覆盖射频微波、PCB SI/PI/EMC、芯片设计验证、机电系统等领域;其中的PCB 寄生参数提取和SI/PI/EMI分析工具SIwave,高频结构仿真工具HFSS作为电磁场仿真的标准工具,是高速通道设计和系统电磁兼容设计仿真的必备软件;电磁场工具之间和不同的电磁场仿真模型之间也可以互相调用,能够大大简化和加快EMI/EMC问题的仿真和定位,给出设计指导,这是其他任何厂商所不具备的; ANSYS的电磁仿真设计软件方案,已经在国内的中兴、华为、中电14所、航天一院12所,14所,航天4院17所,航天5院501所,502所,504所,513所, Nokia中国研发中心和Rockwell、Marvell,HP、Motorola、LG、Sumsung等得到了成功应用,这些单位,既有军工研究所,还有商业企业和着名的跨国公司;2、所选产品的详细说明ANSYS的电磁仿真环境,由ANSYS工具与第三方EDA工具的接口AnsoftLinks,PCB电磁场仿真工具SIwave,三维高频结构全波电磁场仿真工具HFSS,信号完整性电路仿真分析工具Designer SI,电磁兼容自动优化模块PI Advisor组成;软件模块描述DesignerSI： ANSYS高速电路、系统仿真工具;DesignerSI将电路设计,PCB版图和三维电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环境的设计工具, 将高速设计所需的电路/系统时频域仿真技术和电磁场模型提取无缝地集成到一个自动化的设计环境中,在电路设计中全面考虑PCB、线缆等的影响,,为系统协同设计与验证提供了一套最完整的系统级解决方案;DesignerSI独有的"按需求解"的技术,它使你能够根据需要选择求解器,从而实现对设计过程的变量扫描,得到满足EMI相关标准的PCB布线,电缆选型和排布方式,开孔位置和大小等规则,从而指到电路和电气设计;DesignerSI提供了多种仿真技术,包括频域和时域系统仿真器、线性电路仿真器、谐波平衡仿真器、包络仿真器、瞬态仿真器、矩量法多层平面结构电磁场仿真器等,方便对高速电路和EMI问题进行时域和频域的仿真分析;SIwave：PCB高速电路和电磁兼容仿真优化工具;SIwave基于快速有限元法的PCB电磁场全波仿真算法,彻底突破了PCB 布线工具和加工工艺的种种限制,能够提取实际三维结构、包括非理想的电源/地平面在内的全波通道参数,精确仿真信号线的真实工作特性,精确度可以达到50GHz以上;此外,SIwave还可以仿真分析整个PCB的全波效应,对于真实复杂的PCB设计,包括多层、任意形状的电源和信号线, 可快速仿真整个电源和地结构的谐振频率,用来考察PCB板上关键器件的位置和关键网络的布线路径中潜藏辐射干扰源,并模拟放置去耦电容后对谐振的作用及影响；可以通过在电源和地等直流网络上设置端口,可以考察电源供电阻抗,了解电源分配系统PDS性能,并模拟放置去耦电容后对电源阻抗的影响；考察信号线和电源或地之间的耦合,了解同步开关噪声,仿真PCB电源完整性；可以添加独立源和频率变化的受控源做扫频分析,模拟数字电源或者数字信号对于敏感信号和敏感位置以及整个PCB的影响,从而评估电路中的干扰分布；可以做近场和远场的辐射分析,考察PCB的辐射特性;SIwave的DC直流分析,可以仿真走线和平面甚至过孔上的电流分布密度和直流压降;SIwave的仿真结果可以二维或三维图形显示,并可输出Spice等效电路模型用于时域仿真和系统的频域分析;SIwave支持Windows,Linux和Solaries操作系统,支持多CPU的64位超线程计算机系统;电磁兼容自动优化模块PI-Advisor电磁兼容自动优化工具,用于PCB或SiP设计前和设计后的电源完整性优化策略,可以在PCB设计前,根据信号工作的频率和噪声要求,选取合适的电容类型和数量；在PCB设计后期,评估去耦电容的效果,并根据性能、成本、电容种类等指标自动优化PCB上的退耦电容,达到抑制噪声的目的;HFSS三维高频结构电磁场仿真器计算任意三维无源结构的高频电磁场仿真软件;它应用切向矢量有限元法求解射频、微波器件的电磁场分布,计算由于材料和辐射带来的损耗;可直接得到特征阻抗、传播系数、S 参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果;可进行器件级和系统级EMI/EMC以及系统天线布局评估,研究机箱/机柜的屏蔽效应和汽车、卫星、飞机、舰船等各种平台系统天线间的互耦影响,计算无线系统中数字和射频信号之间的相互干扰;AnsoftLinks接口软件AnsoftLinks是 Ansoft工具和其他CAD、EDA设计工具的接口;通过AnsoftLinks,可以分析包括Protel,PowerPCB,BoardStation,ExpeditionPCB,Allegro和CR-5000在内的多种PCB格式数据；也可以导入AutoCAD,Pro/E,STEP,IGES,ACIS等机械结构设计文件;软件模块特点：功能完备：我们的电子设备涵盖了高速数字电路、数模混合电路、微波射频电路,和电源与控制系统等多个专业部门;这些部分通过PCB,线缆,连接器实现互联,装配在一起;ANSYS电磁兼容仿真平台能够满足高速数字电路、数模混合电路、微波射频电路,和电源与控制系统的仿真能力,具备PCB、电路、线缆连接器、电源、机箱的建模和仿真能力;而且这些工具可以相互调用,协同仿真,满足系统的需要;集成化：电磁兼容的三要素包含了辐射源、辐射路径和被干扰体;单纯的从一个要素入手,比如降低辐射源,或者保护被干扰体,都不是最合理的办法;ANSYS电磁兼容设计的关键之一是前期的合理指标分配,在辐射源、辐射路径和被干扰体之间找到平衡,合理分配各个子系统的电磁辐射指标,以及线缆孔缝的电磁泄露或隔离度;从而在设计后期,减小设计的电磁兼容压力,避免问题在最后一刻爆发带来的风险的设计延迟;ANSYS的电磁兼容仿真设计软件还可以与ANSYS公司的结构、流体和热仿真工具集成在统一环境下,相互调用,实现多物理场耦合仿真;流程和标准化：电磁兼容仿真尽管可以减小设计反复次数,但是一次仿真,需搜集模型或者自建模型和仿真,也需要花费大量时间和精力;随着设备系列化以及设计任务的增加,建立电磁兼容设计流程势在必行;依靠规范固定的电磁兼容设计流程,不仅可以将复杂的系统电磁兼容建模仿真工作简单化,降低对设计师对仿真的畏难情绪,还可以降低每次建模仿真的工作量,复用以前的仿真结果,极大提高设计仿真效率;ANSYS基于电磁兼容仿真平台,提供一套完备的EMI设计仿真流程;四、价格ANSYS电磁兼容仿真设计平台Total: $。