截止波导在电磁屏蔽中的应用

截止波导在电磁屏蔽中的应用摘要：电磁屏蔽效能取决于屏蔽体薄弱环节，只有屏蔽体的各个组成部分都能达到屏蔽效能要求，才能满足屏蔽体的整体屏蔽要求。在工程实践中，由于功能要求，电子设备的屏蔽体会留有各种各样的孔洞或缝隙，如通风散热孔等，解决这些问题最有效的方法就是截止波导。关键词：电磁屏蔽截止波导屏蔽效能1引言随着电子设备及系统向轻量、小体积、大功率密度、高频、高效率等方面发展，电磁兼容性问题日益突出，电子设备及系统在电磁环境中的适应能力成为重要考核指标。电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一，而屏蔽体上孔缝的处理又是电磁屏蔽的重中之重，因而，截止波导在电子设备及系统应用日益广泛。本文主要讨论截止波导的工作原理、设计计算及工程应用，寻求一种解决电磁屏蔽问题切实有效的方法。2工作原理截止波导是一种具有高通滤波器的特性的管状金属结构。其允许截止频率以上的信号通过，而截止频率以下的信号则被阻止或衰减。利用这个特性，根据电磁干扰信号的频率，设计截止波导，使电磁干扰信号的频率在截止波导的截止区内（如图1所示），对电磁干扰信号产生很大的衰减，从而达到电磁屏蔽的作用。因为集肤效应，截止波导的管状金属结构壁厚可以很小，总开孔面积相应增加。因此，截止波导既满足通风散热要求，又能满足电磁屏蔽性能要求，是解决通风散热和屏蔽矛盾的优先选择。损耗1截止区截止频率f0频率3设计计算截止波导的截面有圆形、正方形、六角形和矩形等。3.1截止频率计算圆形波导的截止频率fo=仃.6x109/D(1)式中：f截止频率(Hz);D-圆形截面的直径(cm)。六角形波导的截止频率fo=15x1O9/W(2)式中：f0截止频率(Hz);W六角形截面外接圆直径(cm)。矩形波导的截止频率fo=15x1O9/L(3)3.2 式中：f0截止频率(Hz);L-矩形截面对角线长度(cm)截止波导的屏蔽效能截止波导屏蔽效能(SE)主要为截止波导的吸收损耗(A)与孔洞的反射损耗(R)之和。SE=A+R+B+K1+K2+K3(4)式中：A孔的吸收损耗(dB)R孔的反射损耗(dB)B孔的多次反射损耗(dB)K1孔数目修正系数K2低频穿透修正系数K3孔间耦合修正系数-921/2A=1.823xfoxTx1O-1-(f/f0)(dB)(5)式中：f0-截止频率(Hz);f-电磁干扰信号的频率(Hz)；T-截止波导的长度(cm)。当fVVf0时，截止波导的吸收损耗A可进行以下简化计算：圆形波导：心32T/D(6)六角形波导：227.3T/W(7)矩形波导：27.3T/L(8)进行截止波导设计和选用时，一般要求T3DT3WT3L;3.3 f0=(510)f设计流程截止波导设计流程主要是公式（1）（8）的应用，通用截止波导类产品选用可参考使用。确定需要屏蔽的电磁干扰信号的最高频率f电磁干扰信号的最高频率可以在设备及系统的技术条件中约束，也可以通过实际测试获得。3.3.1 确定孔缝泄漏是否满足屏蔽要求截止波导在成本上高于普通屏蔽措施，在高频、高功率密度的电子设备或系统中，当采用一般屏蔽措施不能满足屏蔽性能要求或影响某些功能，如通风散热等，可采用截止波导。或在航天、军工等领域，对电磁屏蔽要求极高的场合。根据屏蔽要求，确定截止波导应满足的屏蔽效能。确定截止波导的截面形状截止波导的截面形状应根据机械加工能力、模具确定。在满足屏蔽性能和电子设备的功能要求前提下，应简单、加工制造工艺性良好，并适合批量生产。确定波导的截止频率f0波导的截止频率应根据电磁干扰信号的最高频率来确定，应满足：fVVfo，一般取fo=（510）f。3.3.2 计算截止波导的截面尺寸根据确定的截面形状，利用公式（1）（3）推导截止波导的截面尺寸（D、W或L）。3.3.3 确定截止波导的长度T根据截止波导应满足的屏蔽效能（A）要求，利用公式（5）（8）计算截止波导的长度T。当fVVfo时，可利用公式（6）（8）进行估算。一般T3DT3WT3L,根据实际情况，对335计算的截止波导的截面尺寸进行校核，选择合适的T/D、T/W或T/L值。4截止波导的工程应用4.1截止波导产品简介蜂窝形通风板在屏蔽设计中，蜂窝形通风板（简称蜂窝板）是使用较为广泛的截止波导之一。蜂窝板是将大量的截止波导通过焊接（钎焊）方式组合在一起，形成截止波导阵列（如图2所示）。截止波导阵列的每一个六边形单元都是一个截止波导，用于提高屏蔽效能。蜂窝板主要用于通风散热和电磁屏蔽要求较高的场合。图2多孔金属板多孔金属板（如图3所示）是在金属屏蔽板上用许多小孔代替大直径的孔，以提高金属屏蔽板的屏蔽效能。多孔金属板具有屏蔽性能稳定、结构与工艺简单、成本低等优点，主要用于通风散热和电磁屏蔽要求不高的场合。也可以通过增加金属板厚度，提高多孔金属板的电磁屏蔽效能。图34.2截止波导工程应用注意事项421截止波导对于频率在截止频率以上的电磁干扰信号没有任何衰减作用。因此，波导的截止频率至少是所屏蔽电磁干扰信号频率的5倍以上。422截止波导管内不应有任何金属材料穿过，如电缆、金属铠装光缆等，否则导致严重的电磁泄漏。截止波导的安装法兰面与屏蔽体结合面应360。导电连接。组成蜂窝板的每个截止波导间必须是可靠导电连接，并且不允许有缝隙。必要时，可采用金属涂（镀）层以保证每个蜂窝周边形成连续导电层。避免因缝隙造成蜂窝板屏蔽性能下降。4.3工程应用某高频开关电源，前面板通风孔为5X30（mm长圆孔阵列组合（如图4所示）。按GJB152A实验方法、GJB151A击军地面要求进行EMC试验，RE102超标（如图5所示）；RS103试验时，故障灯亮，负载灯忽高忽低闪烁。涯整EK事nwnmanM三三nnBurin期-WELMN)1)-f.r.c-cccc-ctcIillODHDanan整改时，前面板通风孔采用5X5（mm波导窗（如图6所示）,RE102通过，工作正常，输出稳定（如图7所示）。F口口口口口口-sisKISTK00口口口口口口口口口口口口aHDOaD口口口口口口口5总结对可靠性、电磁兼容性和环境适应性要求较高的电子设备及系统，特别是在航天、军工等领域，截止波导在解决屏蔽体薄弱环节的屏蔽问题上具有良好的性价比。屏蔽失效往往出在细节上，在截止波导设计和工程应用的过程中，应从原理上了解，通过计算求证，利用试验验证，并在工程应用中总结经验，确保电子设备及系统功能要求和电磁兼容要求参考文献2007。1. 高攸钢，屏蔽与接地，北京邮电大学出版社，2004。2. 郝晓冬，乔恩明，电源系统电磁兼容设计与应用，中国电力出版社，区健昌，电子设备的电磁兼容性设计，电子工业出版社，2003。3. 钱振宇,电磁兼容技术,同济大学出版社,2001GJB/Z25-91电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南