江蘇自動化研究所 蘇 旭

幾種箱體材料對加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能的影響

江蘇自動化研究所 蘇 旭

介紹了幾種箱體材料對加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能的影響。本文通過理論計(jì)算和實(shí)際測試結(jié)果證明，采用擁有高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率的材料可以對提高加固計(jì)算機(jī)的電磁屏蔽效能起到很好效果。低碳鋼鍍鎳是一種比較理想的鈑金件箱體屏蔽材料。

材料；加固計(jì)算機(jī)；電磁兼容

一、引言

隨著加固計(jì)算機(jī)在軍事領(lǐng)域上越來越廣泛的應(yīng)用，在電氣性能和環(huán)境適應(yīng)性不斷提高的同時(shí)，電磁兼容性能也越來越受重視。目前幾乎所有產(chǎn)品均對加固計(jì)算機(jī)的電磁兼容性能有強(qiáng)制性要求。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)材料的選擇是決定產(chǎn)品電磁兼容性能的關(guān)鍵因素之一。筆者在承擔(dān)某國防項(xiàng)目的一種低輻射初級加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，由于應(yīng)用背景的特殊性，其電磁兼容性能要求比普通加固計(jì)算機(jī)嚴(yán)格得多，其輻射發(fā)射要求基本與環(huán)境背景一致。為了達(dá)成這一目標(biāo)，筆者在設(shè)計(jì)時(shí)使用了幾種不同的箱體材料，并通過理論計(jì)算和實(shí)際測試得出了箱體材料對加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能存在巨大影響，最終選擇了最為合適的材料。

二、低輻射初級加固計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

筆者所設(shè)計(jì)的這款加固計(jì)算機(jī)采用4U工控機(jī)箱（機(jī)箱尺寸比標(biāo)準(zhǔn)4U工控機(jī)箱略小），整機(jī)采用開放式結(jié)構(gòu)形式，采用風(fēng)冷方式散熱，機(jī)箱尺寸：長×寬×高 420mm×424mm×178mm。機(jī)箱箱體使用鈑金件加工。為了保證計(jì)算機(jī)的電磁兼容性能，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施：

1）機(jī)箱的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口使用蜂窩式屏蔽通風(fēng)波導(dǎo)窗；

2）機(jī)箱上所有永久性縫隙均使用焊接的方式連接起來，并且焊點(diǎn)間距小于1英寸；

3）機(jī)箱上的活動結(jié)合處，如機(jī)箱側(cè)蓋板、后蓋板與箱體間的縫隙處安裝鈹銅簧片，通過鈹銅簧片增加兩者的接觸面積，改善電磁屏蔽性能；

4）機(jī)箱正面的外設(shè)區(qū)和調(diào)試區(qū)，設(shè)計(jì)有小門，門與箱體間通過鈹銅簧片或者導(dǎo)電布襯墊，降低小門處的電磁泄露。

三、幾種箱體材料電磁特性的比較

1.電磁屏蔽概念及計(jì)算

電磁屏蔽是指使用屏蔽體抑制電磁波沿著空間的傳播，即切斷電磁波的傳播途徑。電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量：

（E1為穿過屏蔽體之前的場強(qiáng)，E2為穿過屏蔽體之后的場強(qiáng)）

對于實(shí)心材料，屏蔽效能由吸收損耗A、反射損耗R以及電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射引起附加的電磁泄漏B三個(gè)因素決定：

其中吸收損耗A的計(jì)算方法如下：

（E0為入射電磁波場強(qiáng)，E1為剩余電磁波場強(qiáng)，t為材料厚度，δ為材料趨膚深度，f的單位為MHz，μr為相對磁導(dǎo)率，σr為相對電導(dǎo)率）

反射損耗R的計(jì)算方法如下：

（Zw對于遠(yuǎn)場輻射為377Ω，對于近場輻射則與源阻抗有關(guān)）

由于電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射引起的附加電磁泄漏B的計(jì)算方法如下：

由以上計(jì)算可以看出，對于吸收損耗，屏蔽材料越厚，吸收損耗越大；屏蔽材料的磁導(dǎo)率越高，吸收損耗越大；屏蔽材料的電導(dǎo)率越高，吸收損耗越大。

對于反射損耗，同樣也是屏蔽材料的磁導(dǎo)率越高，反射損耗越大；屏蔽材料的電導(dǎo)率越高，反射損耗越大。

圖1 使用不銹鋼蓋板的RE102測試曲線

圖2 使用低碳鋼蓋板的RE102測試曲線

圖3 使用低碳鋼鍍鎳蓋板的RE102測試曲線

表1 幾種常用鈑金件電特性及結(jié)構(gòu)特性比較

而對于附加電磁泄漏B，則主要與趨膚深度和屏蔽材料的厚度有關(guān)。

2.機(jī)箱屏蔽材料的選擇

由以上計(jì)算可以看出，要想取得好的屏蔽效果，最好選用同時(shí)具有高導(dǎo)磁性能和高導(dǎo)電性能的屏蔽材料，屏蔽材料的厚度也是越厚越好。但是受成本、重量和體積的限制，鈑金件機(jī)箱材料的厚度一般不會超過2mm。這樣的厚度肯定會降低低頻磁場的屏蔽效能。為了改善低頻磁場的屏蔽效能，應(yīng)該采用磁導(dǎo)率較高的材料，以增加吸收損耗。但是磁導(dǎo)率高的材料通常電導(dǎo)率不是很好，這會降低反射損耗，從而降低對電場的屏蔽效能。為了解決這一矛盾，同時(shí)對磁場和電場進(jìn)行有效的屏蔽，最好的辦法是采用鍍涂方法在高磁導(dǎo)率（或高電導(dǎo)率）材料的表面增加一層高電導(dǎo)率（或高磁導(dǎo)率）材料。對于加固計(jì)算機(jī)箱體使用，常見的鈑金件材料有電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率均較低但具有強(qiáng)度高、防繡等優(yōu)點(diǎn)的不銹鋼以及磁導(dǎo)率較低但電導(dǎo)率較高的低碳鋼，而使用低碳鋼鍍鎳則會使箱體材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率都比較理想。

四、不同材料電磁屏蔽效能的測試結(jié)果

為了驗(yàn)證各種機(jī)箱箱體材料的屏蔽效果，筆者在研制原理樣機(jī)時(shí)分別使用不銹鋼、低碳鋼和低碳鋼鍍鎳材料制作了3種機(jī)箱蓋板，在其他條件不變的情況下分別使用以上3種機(jī)箱蓋板安裝，按GJB151A-97的RE102項(xiàng)目進(jìn)行了測試，測試取得的屏蔽效果如圖1、圖2、圖3所示?？梢?，使用不銹鋼的屏蔽效果最差，低碳鋼次之，低碳鋼鍍鎳最好，已達(dá)到接近環(huán)境噪聲的水平。

五、結(jié)束語

由理論計(jì)算和實(shí)際測試都可以證明，采用同時(shí)擁有高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率的材料可以對提高加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能起到很好效果。因此，在常用的鈑金件材料中，低碳鋼鍍鎳是一種比較理想的材料。

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The article discusses the influence of several shelf-materials on rugged computer’s EMC performance. Throuhg thearetical calculations and actual test results，this paper proves that useing the material with high-electrical conductivity and highmagnetic conductivity will improve the eff i ciency of electromagnetism shielding effetiveness.Nickel-piated low-cabon steel is a relatively ideal shielding material，using for sheet metal box.

蘇旭，男，江蘇自動化研究所助理工程師，主要從事機(jī)械制造工藝技術(shù)研究。