截止波導(dǎo)在電磁屏蔽中的應(yīng)用

1、截止波導(dǎo)在電磁屏蔽中的應(yīng)用摘 要：電磁屏蔽效能取決于屏蔽體薄弱環(huán)節(jié)，只有屏蔽體的各個(gè)組成部分都能達(dá)到屏蔽效能要求，才能滿足屏蔽體的整體屏蔽要求。在工程實(shí)踐中，由于功能要求，電子設(shè)備的屏蔽體會(huì)留有各種各樣的孔洞或縫隙，如通風(fēng)散熱孔等，解決這些問(wèn)題最有效的方法就是截止波導(dǎo)。關(guān)鍵詞：電磁屏蔽 截止波導(dǎo) 屏蔽效能 1 引言隨著電子設(shè)備及系統(tǒng)向輕量、小體積、大功率密度、高頻、高效率等方面發(fā)展，電磁兼容性問(wèn)題日益突出，電子設(shè)備及系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力成為重要考核指標(biāo)。電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一，而屏蔽體上孔縫的處理又是電磁屏蔽的重中之重，因而，截止波導(dǎo)在電子設(shè)備及系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛。本文主

2、要討論截止波導(dǎo)的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算及工程應(yīng)用，尋求一種解決電磁屏蔽問(wèn)題切實(shí)有效的方法。2 工作原理截止波導(dǎo)是一種具有高通濾波器的特性的管狀金屬結(jié)構(gòu)。其允許截止頻率以上的信號(hào)通過(guò)，而截止頻率以下的信號(hào)則被阻止或衰減。利用這個(gè)特性，根據(jù)電磁干擾信號(hào)的頻率，設(shè)計(jì)截止波導(dǎo)，使電磁干擾信號(hào)的頻率在截止波導(dǎo)的截止區(qū)內(nèi)（如圖1所示），對(duì)電磁干擾信號(hào)產(chǎn)生很大的衰減，從而達(dá)到電磁屏蔽的作用。因?yàn)榧w效應(yīng)，截止波導(dǎo)的管狀金屬結(jié)構(gòu)壁厚可以很小，總開(kāi)孔面積相應(yīng)增加。因此，截止波導(dǎo)既滿足通風(fēng)散熱要求，又能滿足電磁屏蔽性能要求，是解決通風(fēng)散熱和屏蔽矛盾的優(yōu)先選擇。圖13 設(shè)計(jì)計(jì)算 截止波導(dǎo)的截面有圓形、正方形、六角形和矩

3、形等。3.1截止頻率計(jì)算圓形波導(dǎo)的截止頻率f0=17.6x109/D （1）式中：f0-截止頻率（Hz）；D-圓形截面的直徑(cm)。六角形波導(dǎo)的截止頻率f0=15x109/W （2）式中：f0-截止頻率（Hz）；W-六角形截面外接圓直徑(cm)。3.1.3矩形波導(dǎo)的截止頻率f0=15x109/L （3）式中：f0-截止頻率（Hz）；L-矩形截面對(duì)角線長(zhǎng)度 (cm)。3.2截止波導(dǎo)的屏蔽效能截止波導(dǎo)屏蔽效能（SE）主要為截止波導(dǎo)的吸收損耗（A）與孔洞的反射損耗（R）之和。SE = ARBK1K2+K3 （4）式中：A 孔的吸收損耗 (dB)R 孔的反射損耗 (dB)B 孔的多次反射損耗 (dB

4、)K1 孔數(shù)目修正系數(shù) K2 低頻穿透修正系數(shù) K3 孔間耦合修正系數(shù) A=1.823xf0xTx10-91-(f/f0)21/2 (dB) （5）式中： f0-截止頻率（Hz）；f-電磁干擾信號(hào)的頻率（Hz）；T-截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度（cm）。當(dāng)ff0時(shí)，截止波導(dǎo)的吸收損耗A可進(jìn)行以下簡(jiǎn)化計(jì)算：圓形波導(dǎo)：A32T/D （6）六角形波導(dǎo)：A27.3T/W （7）矩形波導(dǎo)：A27.3T/L （8）進(jìn)行截止波導(dǎo)設(shè)計(jì)和選用時(shí)，一般要求:T3D、T3W、T3L；f0=(510) f3.3設(shè)計(jì)流程截止波導(dǎo)設(shè)計(jì)流程主要是公式（1）（8）的應(yīng)用，通用截止波導(dǎo)類產(chǎn)品選用可參考使用。確定需要屏蔽的電磁干擾信號(hào)的最高頻

5、率f電磁干擾信號(hào)的最高頻率可以在設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)條件中約束，也可以通過(guò)實(shí)際測(cè)試獲得。確定孔縫泄漏是否滿足屏蔽要求截止波導(dǎo)在成本上高于普通屏蔽措施，在高頻、高功率密度的電子設(shè)備或系統(tǒng)中，當(dāng)采用一般屏蔽措施不能滿足屏蔽性能要求或影響某些功能，如通風(fēng)散熱等，可采用截止波導(dǎo)?；蛟诤教臁④姽さ阮I(lǐng)域，對(duì)電磁屏蔽要求極高的場(chǎng)合。根據(jù)屏蔽要求，確定截止波導(dǎo)應(yīng)滿足的屏蔽效能。確定截止波導(dǎo)的截面形狀截止波導(dǎo)的截面形狀應(yīng)根據(jù)機(jī)械加工能力、模具確定。在滿足屏蔽性能和電子設(shè)備的功能要求前提下，應(yīng)簡(jiǎn)單、加工制造工藝性良好，并適合批量生產(chǎn)。確定波導(dǎo)的截止頻率f0波導(dǎo)的截止頻率應(yīng)根據(jù)電磁干擾信號(hào)的最高頻率來(lái)確定，應(yīng)滿足：ff

6、0，一般取f0=(510) f。計(jì)算截止波導(dǎo)的截面尺寸根據(jù)確定的截面形狀，利用公式（1）（3）推導(dǎo)截止波導(dǎo)的截面尺寸(D、W或L)。確定截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度T根據(jù)截止波導(dǎo)應(yīng)滿足的屏蔽效能(A)要求，利用公式（5）（8）計(jì)算截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度T。當(dāng)ff0時(shí)，可利用公式（6）（8）進(jìn)行估算。 一般T3D、T3W、T3L，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)計(jì)算的截止波導(dǎo)的截面尺寸進(jìn)行校核，選擇合適的T/D、T/W或T/L值。4截止波導(dǎo)的工程應(yīng)用4.1截止波導(dǎo)產(chǎn)品簡(jiǎn)介蜂窩形通風(fēng)板在屏蔽設(shè)計(jì)中，蜂窩形通風(fēng)板（簡(jiǎn)稱蜂窩板）是使用較為廣泛的截止波導(dǎo)之一。蜂窩板是將大量的截止波導(dǎo)通過(guò)焊接（釬焊）方式組合在一起，形成截止波導(dǎo)陣列（如圖2所

7、示）。截止波導(dǎo)陣列的每一個(gè)六邊形單元都是一個(gè)截止波導(dǎo)，用于提高屏蔽效能。蜂窩板主要用于通風(fēng)散熱和電磁屏蔽要求較高的場(chǎng)合。圖2多孔金屬板多孔金屬板（如圖3所示）是在金屬屏蔽板上用許多小孔代替大直徑的孔，以提高金屬屏蔽板的屏蔽效能。多孔金屬板具有屏蔽性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)與工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于通風(fēng)散熱和電磁屏蔽要求不高的場(chǎng)合。也可以通過(guò)增加金屬板厚度，提高多孔金屬板的電磁屏蔽效能。圖34.2截止波導(dǎo)工程應(yīng)用注意事項(xiàng)截止波導(dǎo)對(duì)于頻率在截止頻率以上的電磁干擾信號(hào)沒(méi)有任何衰減作用。因此，波導(dǎo)的截止頻率至少是所屏蔽電磁干擾信號(hào)頻率的5倍以上。截止波導(dǎo)管內(nèi)不應(yīng)有任何金屬材料穿過(guò)，如電纜、金屬鎧裝光纜等，

8、否則導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁泄漏。截止波導(dǎo)的安裝法蘭面與屏蔽體結(jié)合面應(yīng)360導(dǎo)電連接。組成蜂窩板的每個(gè)截止波導(dǎo)間必須是可靠導(dǎo)電連接，并且不允許有縫隙。必要時(shí)，可采用金屬涂（鍍）層以保證每個(gè)蜂窩周邊形成連續(xù)導(dǎo)電層。避免因縫隙造成蜂窩板屏蔽性能下降。4.3工程應(yīng)用某高頻開(kāi)關(guān)電源，前面板通風(fēng)孔為5X30(mm)長(zhǎng)圓孔陣列組合（如圖4所示）。按GJB152A實(shí)驗(yàn)方法、GJB151A陸軍地面要求進(jìn)行EMC試驗(yàn)，RE102超標(biāo)（如圖5所示）；RS103試驗(yàn)時(shí)，故障燈亮，負(fù)載燈忽高忽低閃爍。 圖4 圖5整改時(shí)，前面板通風(fēng)孔采用5X5(mm)波導(dǎo)窗（如圖6所示），RE102通過(guò)，工作正常，輸出穩(wěn)定（如圖7所示）。 圖6 圖75 總結(jié)對(duì)可靠性、電磁兼容性和環(huán)境適應(yīng)性要求較高的電子設(shè)備及系統(tǒng)，特別是在航天、軍工等領(lǐng)域，截止波導(dǎo)在解決屏蔽體薄弱環(huán)節(jié)的屏蔽問(wèn)題上具有良好的性價(jià)比。屏蔽失效往往出在細(xì)節(jié)上，在截止波導(dǎo)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)從原理上了解，通過(guò)計(jì)算求證，利用試驗(yàn)驗(yàn)證，并在工程應(yīng)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，確保電子設(shè)備及系統(tǒng)功能要求和電磁兼容要求。參考文獻(xiàn)1. 高攸鋼，屏蔽與接地，北京郵電大學(xué)出版社，