姜鐵華，李 虹，張三慶

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100000）

帶有孔縫結(jié)構(gòu)殼體的電磁脈沖屏蔽性能研究

姜鐵華，李 虹，張三慶

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100000）

孔縫結(jié)構(gòu)是電磁脈沖進(jìn)入殼體內(nèi)部的主要途徑之一。本文以帶有不同形狀孔縫的殼體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)方法，對(duì)殼體內(nèi)部電場(chǎng)和磁場(chǎng)脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，并分析了不同形狀孔縫結(jié)構(gòu)對(duì)殼體電磁脈沖屏蔽性能的影響，可為金屬殼體的電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。

屏蔽性能；電磁脈沖；試驗(yàn)

雷電、靜電等產(chǎn)生的電磁脈沖，因其場(chǎng)強(qiáng)大、頻率成分高等因素對(duì)電子設(shè)備的危害十分巨大。對(duì)于封閉在殼體內(nèi)部的電子設(shè)備，電磁脈沖進(jìn)入殼體內(nèi)部的途徑主要有2種：一是通過(guò)線纜和天線的耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓；二是通過(guò)孔縫結(jié)構(gòu)的耦合，在殼體內(nèi)部形成電磁場(chǎng)分布。2種耦合方式的機(jī)理不同，孔縫耦合引入的電磁干擾分布范圍更廣，對(duì)殼體內(nèi)部電子設(shè)備構(gòu)成的威脅不容忽視，提高殼體對(duì)電磁脈沖的屏蔽性能對(duì)于提升電子設(shè)備的電磁防護(hù)能力具有重要作用。文獻(xiàn)［1］—文獻(xiàn)［3］對(duì)殼體、線纜等的電磁脈沖屏蔽效能測(cè)試方法進(jìn)行了介紹。本文以金屬圓柱殼體為試驗(yàn)對(duì)象，比較了幾種不同孔縫結(jié)構(gòu)對(duì)電磁脈沖屏蔽效果的影響，可為殼體結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。

1 殼體結(jié)構(gòu)模型

以帶有不同結(jié)構(gòu)孔縫的金屬殼體為研究對(duì)象，殼體為圓柱形狀，兩端封閉，殼體側(cè)面帶有長(zhǎng)方形孔，尺寸為350 mm×400 mm，其上用可替換擋板蓋住。金屬殼體模型如圖1所示。

為驗(yàn)證孔縫結(jié)構(gòu)對(duì)殼體屏蔽效果的影響，采用圖2所示的可替換擋板，擋板的材料和厚度與殼體模型相同。擋板上不同孔縫的形狀和尺寸見(jiàn)表1。殼體內(nèi)部電場(chǎng)和磁場(chǎng)的測(cè)量位置見(jiàn)圖3，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)P1（0，0.225，0.25）。

圖2 擋板上孔縫的形狀

圖1 金屬殼體模型結(jié)構(gòu)圖

表1 可替換擋板上的孔縫形狀和尺寸

2 殼體脈沖電磁場(chǎng)屏蔽性能試驗(yàn)研究

2.1 屏蔽性能試驗(yàn)

2.1.1 脈沖電場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)

脈沖電場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)由電場(chǎng)脈沖發(fā)生器、電場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)、電場(chǎng)測(cè)量設(shè)備等組成，可在測(cè)試區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生幅值為50 k V／m，上升沿持續(xù)時(shí)間為0.1 ms，半下降沿持續(xù)時(shí)間為10 ms的電場(chǎng)脈沖。脈沖電場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖4。

外部電場(chǎng)測(cè)量設(shè)備通過(guò)光纖與屏蔽室內(nèi)示波器相連，可由下列公式確定外部電場(chǎng)強(qiáng)度的脈沖幅值。

圖3 測(cè)點(diǎn)位置布局圖

圖4 脈沖電場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖

在外部電場(chǎng)強(qiáng)度脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)符合波形要求的情況下，則可開(kāi)始?xì)んw內(nèi)部電場(chǎng)的測(cè)量。

2.1.2 不同孔縫結(jié)構(gòu)殼體的脈沖電場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試分析

在殼體模型分別為A，B，C 3種孔縫結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行殼體模型內(nèi)部電場(chǎng)的測(cè)量。通過(guò)改變測(cè)量設(shè)備的方向，可測(cè)量不同方向上的脈沖電壓值。因電場(chǎng)強(qiáng)度主要為Z方向，X，Y方向的分量十分微弱，故此處僅給出Z方向的電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表2。其中：Umax為示波器顯示的脈沖電壓峰值；EZ為電場(chǎng)強(qiáng)度幅值；TΦ為脈沖上升沿持續(xù)時(shí)間；TC為脈沖半下降沿持續(xù)時(shí)間。

表2 加載波形為0.1／10 ms的外部電場(chǎng)時(shí)，殼體模型內(nèi)部電場(chǎng)脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)測(cè)量結(jié)果

圖5 測(cè)試波形圖

圖6 測(cè)試波形圖

圖7 測(cè)試波形圖

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在加載波形為0.1／10 ms的外部電場(chǎng)時(shí)，由于孔縫結(jié)構(gòu)的耦合作用，外部電場(chǎng)進(jìn)入殼體內(nèi)部，其中縫隙結(jié)構(gòu)A耦合的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，C次之，B最小。由于孔縫的存在，對(duì)于A和C結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)部脈沖電場(chǎng)的上升沿持續(xù)時(shí)間有所減小。

2.2 殼體的脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能試驗(yàn)研究

2.2.1 脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)

脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)由磁場(chǎng)脈沖發(fā)生器、磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)、磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備等組成，可在測(cè)試區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生幅值為300 A／m，上升沿持續(xù)時(shí)間為2μs，半下降沿持續(xù)時(shí)間為50μs的磁場(chǎng)脈沖。脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖8。

圖8 脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖

外部磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備通過(guò)光纖與屏蔽室內(nèi)示波器相連，可由下列公式確定外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈沖幅值。

在外部磁場(chǎng)強(qiáng)度脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)符合波形要求的情況下，則可開(kāi)始?xì)んw內(nèi)部磁場(chǎng)的測(cè)量。

2.2.2 不同孔縫結(jié)構(gòu)殼體的脈沖磁場(chǎng)屏蔽性能測(cè)試分析

在殼體模型分別為A，B，C 3種孔縫結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行殼體模型內(nèi)部磁場(chǎng)的測(cè)量。通過(guò)改變測(cè)量設(shè)備的方向，可測(cè)量不同方向上的脈沖電壓值。因磁場(chǎng)強(qiáng)度主要為X方向，Y，Z方向的分量十分微弱，故此處僅給出X方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表3。其中：Umax為示波器顯示的脈沖電壓峰值；Hx為磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值；TΦ為脈沖上升沿持續(xù)時(shí)間；TC為脈沖半下降沿持續(xù)時(shí)間。

表3 加載波形為2／50μs的外部磁場(chǎng)時(shí)，殼體模型內(nèi)部磁場(chǎng)脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)測(cè)量結(jié)果

圖9 測(cè)試波形圖

圖10 測(cè)試波形圖

圖11 測(cè)試波形圖

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在加載波形為2／50μs的外部磁場(chǎng)時(shí)，由于孔縫結(jié)構(gòu)的耦合作用，部分外部磁場(chǎng)進(jìn)入了殼體內(nèi)部，其中縫隙結(jié)構(gòu)B耦合的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，A次之，C最小。對(duì)于3種結(jié)構(gòu)，脈沖上升沿持續(xù)時(shí)間變化較小，脈沖半下降沿持續(xù)時(shí)間相比于加載的外部磁場(chǎng)均有所增加。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文以帶有不同形狀孔縫的殼體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)在外部加載電磁脈沖的情況下，測(cè)量了殼體內(nèi)部電場(chǎng)和磁場(chǎng)脈沖的幅值－時(shí)間參數(shù)，比較了不同形狀縫隙結(jié)構(gòu)對(duì)殼體電磁脈沖屏蔽性能的影響，可為電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)提供一定參考。

［1］ 李炎新，陳 彬，石立華，等.脈沖電場(chǎng)屏蔽效能測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法［J］.強(qiáng)激光與粒子束，2006，18（6）：972-976.

［2］ 盧斌先，王澤忠，李云偉，等.金屬屏蔽盒強(qiáng)瞬態(tài)電場(chǎng)屏蔽效能實(shí)驗(yàn)［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，22（1）：7-11.

［3］ 劉順坤，陳向躍，相 輝.電纜電磁脈沖屏蔽效能的輻射法測(cè)量［J］.強(qiáng)激光與粒子束，2010，22（7）：1 583-1 586.

TN97

A

1008-1542（2011）07-0062-05

2011-06-20；責(zé)任編輯:李 穆

姜鐵華（1980-），女，黑龍江齊齊哈爾人，博士，主要從事航天系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)、仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證工作。