關(guān)于電磁屏蔽柜屏蔽效能的測(cè)量方法

陳洪峰

銘派科技集團(tuán)有限公司 山東 青島 266000

引言

目前，隨著電子設(shè)備和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁輻射對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的影響變得越來越重要。電磁輻射可能導(dǎo)致設(shè)備干擾、信息泄露以及對(duì)人員健康的潛在威脅。為了減少這些問題，電磁屏蔽柜被廣泛使用，以阻止電磁輻射的泄漏或進(jìn)入。

電磁屏蔽柜的屏蔽效能是評(píng)估其性能的關(guān)鍵因素。測(cè)量電磁屏蔽柜的屏蔽效能可以幫助確定其是否符合特定的電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)。因此，開發(fā)準(zhǔn)確的屏蔽效能測(cè)量方法對(duì)于確保電磁屏蔽柜的性能至關(guān)重要。

1 測(cè)量原理

電磁屏蔽柜的屏蔽效能是指其阻止電磁輻射傳播的能力。測(cè)量這種效能的基本原理是比較柜內(nèi)和柜外的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。理想情況下，電磁屏蔽柜內(nèi)部的電磁場(chǎng)應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外部。電磁屏蔽柜的屏蔽效能測(cè)量原理是電磁兼容性（EMC）領(lǐng)域的核心概念之一。以下是關(guān)于測(cè)量原理的詳細(xì)介紹。

1.1 電磁輻射和干擾

電磁輻射是由電流和電荷的移動(dòng)引起的電磁波傳播。在電子設(shè)備和通信系統(tǒng)中，這種輻射是不可避免的，因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部的電流和信號(hào)變化會(huì)行程電磁場(chǎng)。這種輻射可以干擾周圍的設(shè)備和系統(tǒng)，甚至對(duì)人員健康造成潛在威脅。因此，對(duì)電磁輻射的控制和管理至關(guān)重要。

1.2 屏蔽原理

電磁屏蔽柜的設(shè)計(jì)原理是為了減少或阻止電磁輻射。通過使用導(dǎo)電材料（通常是金屬）構(gòu)建柜體，形成一個(gè)外部電磁場(chǎng)無法輕易穿透的屏蔽壁。在這個(gè)過程中，電磁輻射被反射、吸收或散射，從而將其能量轉(zhuǎn)化為其他形式或減弱[1]。

1.3 測(cè)量方法

為了評(píng)估電磁屏蔽柜的性能，我們使用電磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備，如電磁場(chǎng)傳感器。需要通過傳感器分別先后測(cè)量電磁屏蔽柜內(nèi)部和外部的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過比較這兩個(gè)測(cè)量值，我們可以計(jì)算出電磁屏蔽柜的屏蔽效能。

1.4 理想情況下的電磁場(chǎng)

在理想情況下，電磁屏蔽柜內(nèi)部的電磁場(chǎng)應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外部電磁場(chǎng)。這對(duì)于確保設(shè)備的正常運(yùn)行、數(shù)據(jù)的安全傳輸以及電磁兼容性都至關(guān)重要。

2 關(guān)鍵參數(shù)

2.1 透射損耗

透射損耗是指電磁波在穿越電磁屏蔽柜壁時(shí)喪失的能量。它以分貝（dB）為單位，可用于量化電磁屏蔽柜的屏蔽效能。透射損耗是衡量電磁屏蔽柜屏蔽效能的關(guān)鍵參數(shù)之一。透射損耗的深入理解對(duì)于評(píng)估電磁屏蔽柜的性能至關(guān)重要，以下是更詳細(xì)的介紹。

2.1.1 透射損耗的計(jì)算。透射損耗是通過比較電磁波進(jìn)入電磁屏蔽柜前后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度來計(jì)算的。透射損耗的計(jì)算公式如下：透射損耗（dB）=10*log10(電磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)入電磁屏蔽柜前/電磁場(chǎng)強(qiáng)度在電磁屏蔽柜內(nèi))這個(gè)公式將兩個(gè)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值取對(duì)數(shù)，然后乘以10，以得到以分貝為單位的透射損耗值。

2.1.2 透射損耗的物理意義。透射損耗反映了電磁波在穿越電磁屏蔽柜壁時(shí)的衰減程度。如果透射損耗很高，意味著電磁屏蔽柜能夠有效地阻止電磁波的進(jìn)入。相反，如果透射損耗很低，電磁波將更容易穿越電磁屏蔽柜，導(dǎo)致泄漏和干擾問題。

2.1.3 透射損耗與頻率的關(guān)系。透射損耗通常與電磁波的頻率有關(guān)。不同頻率的電磁波對(duì)于電磁屏蔽材料和結(jié)構(gòu)的透射損耗可能不同。因此，通常需要在不同頻率下進(jìn)行透射損耗的測(cè)量，以全面了解電磁屏蔽柜的性能。

2.1.4 損耗的實(shí)際應(yīng)用。透射損耗的測(cè)量可以幫助評(píng)估電磁屏蔽柜的性能，確保其在特定頻率范圍內(nèi)能夠有效地阻止電磁波的傳播。這對(duì)于保護(hù)敏感設(shè)備、維護(hù)數(shù)據(jù)安全以及滿足電磁兼容性要求非常重要。

2.2 反射損耗

反射損耗是指電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的能量。它同樣以分貝為單位，反映了電磁波被柜壁反射的程度，用來評(píng)估電磁屏蔽柜的屏蔽性能。以下是更詳細(xì)的關(guān)于反射損耗的介紹：

2.2.1 反射損耗的計(jì)算。反射損耗是通過測(cè)量電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的能量來計(jì)算的。反射損耗的計(jì)算公式如下：反射損耗（dB）=10*log10(電磁場(chǎng)強(qiáng)度反射/電磁場(chǎng)強(qiáng)度入射)這個(gè)公式將反射波和入射波的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值取對(duì)數(shù)，然后乘以10，以得到以分貝為單位的反射損耗值。

2.2.2 反射損耗的物理意義。反射損耗反映了電磁波在穿越電磁屏蔽柜表面時(shí)所發(fā)生的反射程度。如果反射損耗很高，這意味著電磁屏蔽柜的表面能夠有效地反射大部分入射電磁波的能量，從而減少了電磁波進(jìn)入柜內(nèi)的可能性。相反，如果反射損耗很低，表面將較少地反射電磁波，導(dǎo)致波束穿過表面并可能引起干擾等問題。

2.2.3 反射損耗與表面材料的關(guān)系。反射損耗通常與電磁屏蔽柜表面的材料和涂層有關(guān)。不同的材料和涂層具有不同的反射特性。優(yōu)質(zhì)的屏蔽材料和設(shè)計(jì)可以提高反射損耗，進(jìn)一步增強(qiáng)電磁屏蔽柜的性能。

2.2.4 實(shí)際應(yīng)用。反射損耗的測(cè)量對(duì)于評(píng)估電磁屏蔽柜的性能至關(guān)重要，特別是在強(qiáng)烈電磁輻射或需要高度保密性的應(yīng)用中。通過測(cè)量反射損耗，可以確保電磁屏蔽柜能夠有效地反射電磁波，從而保護(hù)敏感設(shè)備和數(shù)據(jù)免受外部干擾。

2.3 最小屏蔽頻率

最小屏蔽頻率是電磁屏蔽柜性能的一個(gè)重要參數(shù)，它指的是電磁屏蔽柜開始有效屏蔽電磁輻射的最低頻率范圍。下面進(jìn)一步探討這一參數(shù)的相關(guān)內(nèi)容。

2.3.1 屏蔽材料特性。電磁屏蔽材料目前向著薄、輕、寬、高的方向發(fā)展，復(fù)合材料已逐漸取代單一材料成為電磁屏蔽研究的主要方向。以機(jī)械復(fù)合材料為基礎(chǔ)，研究高導(dǎo)電材料+高導(dǎo)磁2層復(fù)合材料與高導(dǎo)電材料+高導(dǎo)電材料+高導(dǎo)磁材料3層復(fù)合材料電磁屏蔽效能的差別。研究結(jié)果表明，2層復(fù)合材料高導(dǎo)電材料一側(cè)增加1層高導(dǎo)電材料對(duì)電磁屏蔽性能的提高非常有限[2]。

2.3.2 電磁波頻率和波長(zhǎng)。電磁波的頻率和波長(zhǎng)是最小屏蔽頻率的決定因素之一。較低頻率的電磁波具有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，因此它們?cè)诖┰狡帘尾牧蠒r(shí)可能需要更好的屏蔽性能才能被有效阻擋。因此，在設(shè)計(jì)電磁屏蔽柜時(shí)，需要考慮所需屏蔽的電磁波頻率范圍。

2.3.3 測(cè)量最小屏蔽頻率。為了確定電磁屏蔽柜的最小屏蔽頻率，通常需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。這些測(cè)試包括逐漸升高電磁波的頻率，然后測(cè)量在每個(gè)頻率下的透射損耗和反射損耗。通過分析數(shù)據(jù)，可以確定電磁屏蔽柜的最小屏蔽頻率。

2.3.4 應(yīng)用和設(shè)計(jì)考慮。了解最小屏蔽頻率對(duì)于電磁屏蔽柜的應(yīng)用和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在高頻率應(yīng)用中，需要更好的屏蔽性能，因此可能需要選擇適用于高頻范圍的屏蔽材料和設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 透射損耗測(cè)量

在一定頻率范圍內(nèi)，使用電磁輻射源在電磁屏蔽柜外部輻射，然后在柜內(nèi)測(cè)量電磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過比較輸入和輸出的場(chǎng)強(qiáng)度，可以計(jì)算透射損耗。透射損耗測(cè)量是評(píng)估電磁屏蔽柜性能的一項(xiàng)關(guān)鍵測(cè)試。以下是關(guān)于透射損耗測(cè)量的更詳細(xì)說明：

3.1.1 測(cè)量原理。透射損耗測(cè)量的基本原理是通過比較電磁場(chǎng)的強(qiáng)度在電磁屏蔽柜內(nèi)外的變化來評(píng)估屏蔽效能。測(cè)試開始時(shí)，使用電磁輻射源在一定頻率范圍內(nèi)輻射電磁波。這些電磁波被照射到電磁屏蔽柜的外部表面。然后，在電磁屏蔽柜內(nèi)部，使用電磁場(chǎng)傳感器或測(cè)量設(shè)備來測(cè)量電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。

3.1.2 計(jì)算透射損耗。透射損耗的計(jì)算基于電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比較。具體而言，透射損耗可以使用以下公式計(jì)算：透射損耗（dB）=10*log10(電磁場(chǎng)強(qiáng)度外部/電磁場(chǎng)強(qiáng)度內(nèi)部)這個(gè)公式將電磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值取對(duì)數(shù)，然后乘以10，以得到以分貝為單位的透射損耗值。透射損耗值越高，表示電磁屏蔽柜在特定頻率下的屏蔽效能越好。

3.1.3 頻率范圍。透射損耗測(cè)量通常需要在一定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)殡姶牌帘喂竦男阅茉诓煌l率下可能會(huì)有所變化。測(cè)試可能覆蓋從極低頻率到射頻范圍的不同頻率點(diǎn)，以全面評(píng)估電磁屏蔽柜的性能。

3.1.4 應(yīng)用。透射損耗測(cè)量對(duì)于評(píng)估電磁屏蔽柜在特定頻率下的性能非常重要。它可以幫助確定電磁屏蔽柜是否能夠有效地隔離外部電磁輻射，保護(hù)內(nèi)部設(shè)備免受干擾。這對(duì)于確保電子設(shè)備的正常運(yùn)行、數(shù)據(jù)的安全傳輸以及滿足電磁兼容性要求非常關(guān)鍵。

3.2 反射損耗測(cè)量

通過將電磁波從不同方向照射到電磁屏蔽柜表面，并在表面上測(cè)量反射波的場(chǎng)強(qiáng)度來測(cè)量反射損耗。反射損耗測(cè)量是電磁屏蔽柜性能評(píng)估中的關(guān)鍵測(cè)試之一。以下是關(guān)于反射損耗測(cè)量的更詳細(xì)說明：

3.2.1 測(cè)量原理。反射損耗測(cè)量的基本原理是通過將電磁波從不同方向照射到電磁屏蔽柜表面，然后在表面上測(cè)量反射波的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。在測(cè)試過程中，使用電磁輻射源產(chǎn)生電磁波，將其照射到電磁屏蔽柜的表面，然后使用電磁場(chǎng)傳感器或測(cè)量設(shè)備來測(cè)量反射波的強(qiáng)度。

3.2.2 計(jì)算反射損耗。反射損耗是通過比較反射波和入射波的電磁場(chǎng)強(qiáng)度來計(jì)算的。具體而言，反射損耗可以使用以下公式計(jì)算：反射損耗（dB）=10*log10（電磁場(chǎng)強(qiáng)度反射/電磁場(chǎng)強(qiáng)度入射）這個(gè)公式將反射波和入射波的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值取對(duì)數(shù)，然后乘以10，以得到以分貝為單位的反射損耗值。反射損耗值越高，表示電磁屏蔽柜的表面在特定頻率下反射能力越好。

3.2.3 不同頻率的測(cè)試。反射損耗測(cè)量通常需要在不同頻率下進(jìn)行，因?yàn)殡姶挪ǖ姆瓷涮匦詴?huì)隨著頻率的變化而變化。測(cè)試覆蓋的頻率范圍取決于應(yīng)用需求，通常包括需要屏蔽的電磁波頻率范圍。

3.2.4 應(yīng)用。反射損耗測(cè)量對(duì)于評(píng)估電磁屏蔽柜的性能非常關(guān)鍵，尤其是在需要高度屏蔽性能的應(yīng)用中，如電子設(shè)備的EMC測(cè)試（電磁兼容性測(cè)試）。通過測(cè)量反射損耗，可以確保電磁屏蔽柜的表面能夠有效地反射外部電磁輻射，從而保護(hù)內(nèi)部設(shè)備免受外部干擾。

3.3 最小屏蔽頻率測(cè)量

通過改變電磁屏蔽柜內(nèi)的頻率，測(cè)量透射損耗和反射損耗，以確定最小屏蔽頻率。最小屏蔽頻率測(cè)量是一項(xiàng)關(guān)鍵的測(cè)試，用于確定電磁屏蔽柜的屏蔽性能在不同頻率下的臨界點(diǎn)。以下是關(guān)于最小屏蔽頻率測(cè)量的更詳細(xì)說明。

3.3.1 測(cè)量原理。最小屏蔽頻率測(cè)量的基本原理是通過改變電磁屏蔽柜內(nèi)的電磁波頻率，并測(cè)量在不同頻率下的透射損耗和反射損耗，以確定最小屏蔽頻率。

3.3.2 透射損耗和反射損耗的測(cè)量。在測(cè)試中，需要測(cè)量不同頻率下電磁波的透射損耗和反射損耗。透射損耗測(cè)量涉及測(cè)量電磁波穿越電磁屏蔽柜壁時(shí)的能量損失，而反射損耗測(cè)量涉及測(cè)量電磁波在電磁屏蔽柜表面反射的程度。

3.3.3 確定最小屏蔽頻率。最小屏蔽頻率通常是在透射損耗和反射損耗開始顯著變化的頻率點(diǎn)確定的。在低于這個(gè)頻率的范圍內(nèi)，電磁波可能會(huì)較容易穿越電磁屏蔽柜，導(dǎo)致電磁輻射泄漏。

3.3.4 應(yīng)用。最小屏蔽頻率測(cè)量對(duì)于電磁屏蔽柜的設(shè)計(jì)和應(yīng)用非常關(guān)鍵。了解最小屏蔽頻率有助于確保電磁屏蔽柜能夠在所需頻率范圍內(nèi)提供可靠的屏蔽性能，從而維護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

電磁屏蔽柜的屏蔽效能測(cè)量是確保電磁兼容性的關(guān)鍵步驟。通過測(cè)量透射損耗、反射損耗和最小屏蔽頻率等關(guān)鍵參數(shù)，可以評(píng)估電磁屏蔽柜的性能。這些測(cè)量方法可以幫助制造商和用戶確保其設(shè)備和系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能夠可靠運(yùn)行。在簡(jiǎn)單介紹了屏蔽效能的幾種計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，研究帶孔縫電源機(jī)箱的屏蔽效能影響因素。通過與傳輸線法的對(duì)比，采用基于有限元法（FEM）的仿真軟件HFSS對(duì)孔縫箱體進(jìn)行建模仿真分析，探究孔縫的相關(guān)參數(shù)對(duì)屏蔽效能的影響規(guī)律，并據(jù)此對(duì)箱體的設(shè)計(jì)提出改進(jìn)性建議[3]。