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    幾種箱體材料對(duì)加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能的影響

    2012-06-01 06:58:06江蘇自動(dòng)化研究所
    電子世界 2012年3期
    關(guān)鍵詞:低碳鋼磁導(dǎo)率機(jī)箱

    江蘇自動(dòng)化研究所 蘇 旭

    幾種箱體材料對(duì)加固計(jì)算機(jī)電磁兼容性能的影響

    江蘇自動(dòng)化研究所 蘇 旭

    介紹了幾種箱體材料對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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(guó)防項(xiàng)目的一種低輻射初級(jí)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(cè)試得出了箱體材料對(duì)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(jí)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?。麢C(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(zhǎng)×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(dòng)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(chǎng)強(qiáng),E2為穿過屏蔽體之后的場(chǎng)強(qiáng))

    對(duì)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(chǎng)強(qiáng),E1為剩余電磁波場(chǎng)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(duì)磁導(dǎo)率,σr為相對(duì)電導(dǎo)率)

    反射損耗R的計(jì)算方法如下:

    (Zw對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)輻射為377Ω,對(duì)于近場(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)試曲線

    圖2 使用低碳鋼蓋板的RE102測(cè)試曲線

    圖3 使用低碳鋼鍍鎳蓋板的RE102測(cè)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(duì)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(huì)超過2mm。這樣的厚度肯定會(huì)降低低頻磁場(chǎng)的屏蔽效能。為了改善低頻磁場(chǎng)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(huì)降低反射損耗,從而降低對(duì)電場(chǎng)的屏蔽效能。為了解決這一矛盾,同時(shí)對(duì)磁場(chǎng)和電場(chǎng)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(duì)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(huì)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(cè)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(cè)試,測(cè)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(cè)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(duì)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。

    [1]鄭軍奇著.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

    [2]Tim Williams,Keith Armstrong.EMC for Systems and Installations [M].Newnes,2000.

    [3]張翼,程俊.某型號(hào)加固計(jì)算機(jī)的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化,2008(10):1-2.

    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(dòng)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。

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