内置PCB板的屏蔽机箱的频效计算讲义ffql.docx

第一章 序言随着电子子技术的的迅速发发展，现现代电子子设备已已广泛应应用于人人类生活活的各个个领域电电子设备备的广泛泛应用和和发展，必必然导致致它们在在其周围围空间产产生的电电磁场电电平的不不断增加加也就就是说，电电子设备备不可避避免地在在电磁环环境中工工作因因此，解解决电子子设备在在电磁环环境中地地适应能能力越来来越受到到重视电电磁兼容容的中心心课题是是研究如如何控制制和消除除电磁干干扰，使使电子设设备或系系统与其其他设备备联系在在一起时时，不引引起设备备或系统统的任何何部分的的工作性性能的恶恶化或降降低电电磁兼容容的关键键技术在在于有效效地控制制电磁干干扰电电磁干扰扰地抑制制技术是是电磁兼兼容领域域地重要要课题，抑抑制电磁磁干扰的的方法很很多，电电磁屏蔽蔽是其中中一种很很重要的的技术电磁波进进入屏蔽蔽电子系系统的途途径主要要有两条条，一是是通过系系统的天天线耦合合进入系系统，即即所谓的的“前门”耦合；；二是通通过系统统上的孔孔洞和缝缝隙等进进入系统统，即所所谓的“后门”耦合由由于通过过前门耦耦合的能能量有可可能被系系统的保保护器件件阻隔而而不会对对系统产产生干扰扰或破坏坏，而系系统的孔孔缝不可可避免，所以，通过后门耦合进入系统，并对系统内的器件进行干扰或破坏是高功率微波能量进入目标系统的重要途径之一。

对于许多多电子产产品而言言，没有有屏蔽外外壳就无无法达到到电磁兼兼容要求求然而而，为适适应通风风、散热热等要求求，往往往需要在在屏蔽体体上开孔孔，完整整性受到到破坏这这样外部部电磁场场通过孔孔缝进入入屏蔽体体内部，可可能耦合合到电路路板的导导线上，产产生感应应电流和和感应电电压通通过对孔孔缝电磁磁耦合的的数值仿仿真，计计算屏蔽蔽体内场场的分布布，有利利于指导导电路和和器件的的合理布布局，使使敏感器器件避开开场的峰峰值区域域，提高高电子设设备的抗抗干扰能能力应应此，研研究孔缝缝耦合的的屏蔽效效能十分分重要Ansooft HFSSS软件件是应用用有限元元方法的的原理来来编制的的，可对对孔缝电电磁耦合合的数值值仿真，计计算屏蔽蔽体内场场的分布布，得出出屏蔽体体的屏蔽蔽效能第二章 屏蔽效效能的定定义屏蔽的基基本概念念采用屏蔽蔽措施，将将那些对对于电磁磁脉冲比比较敏感感的电子子、电气气设备及及系统在在空间上上与电磁磁脉冲辐辐射环境境相隔离离，减小小电磁脉脉冲场对对设备及及系统的的耦合影影响，是是实施电电磁脉冲冲防护的的重要手手段之一一所谓谓屏蔽就就是用导导电或导导磁材料料，或用用既导电电又导磁磁的材料料，制成成屏蔽体体，将电电磁能量量限制在在一定的的空间范范围内，使使电磁能能量从屏屏蔽体的的一面传传输到另另一面时时受到很很大的削削弱。

1．屏蔽蔽效果的的表示方方法屏蔽体的的屏蔽效效果一般般可以用用一下两两种方法法表示1） 传输系数数T 传输系系数T系系指加屏屏蔽后某某一测点点的场强强和与同一一测点未未加屏蔽蔽时的场场强和之比，即即对电场对磁场T值愈小小，表示示屏蔽效效果愈好好2） 屏蔽效能能SE屏蔽效能能SE系系指未加加屏蔽后后某一测测点的场场强和与同一测测点加屏屏蔽时的的场强和和之比，当当以dBB为单位位时，对电场对磁场屏蔽效能能有时也也称屏蔽蔽损耗，其其值愈大大，表示示屏蔽效效果愈好好2．屏蔽蔽原理在讨论屏屏蔽原理理时，可可将屏蔽蔽分为电电场屏蔽蔽、磁场场屏蔽、电电磁屏蔽蔽几种类类型1）电电场屏蔽蔽以电导率率较高的的材料作作屏蔽体体并良好好接地，将将电场终终止在屏屏蔽体表表面并通通过接地地泄放表表面上的的感应电电荷，可可防止电电场耦合合完整整的屏蔽蔽体和良良好的接接地是实实现电场场屏蔽必必须具备备的两个个条件2） 磁场屏蔽蔽磁场屏蔽蔽的屏蔽蔽机理与与磁场频频率有关关对于低频频（包括括直流）磁磁场的屏屏蔽，屏屏蔽体须须采用高高磁导率率材料，从从而使磁磁力线主主要集中中在由屏屏蔽体构构成的低低磁阻磁磁路内，以以防止磁磁场进入入屏蔽空空间。

因因此要获获得好的的低频磁磁场屏蔽蔽效果，屏屏蔽体不不仅要选选用磁导导率高的的材料，而而且屏蔽蔽材料在在被屏蔽蔽磁场内内不应处处于饱和和状态，这这就要求求屏蔽体体的壁具具有相当当的厚度度对于于高频磁磁场的屏屏蔽其原原理则有有所不同同，主要要利用金金属屏蔽蔽体上感感生的涡涡流产生生反磁场场起排斥斥原磁场场的作用用因此此，在同同一外场场条件下下，屏蔽蔽体表面面的感生生涡流愈愈大，则则屏蔽效效果愈好好所以以高频磁磁场的屏屏蔽应选选电导率率高的金金属材料料对同同一屏蔽蔽体材料料，感生生涡流随随外场频频率的提提高而增增大，屏屏蔽效果果随之提提高由由于高频频的趋肤肤效应，涡涡流只限限于屏蔽蔽体表面面流动，因因此对于于高频磁磁场的屏屏蔽只需需采用很很薄的金金属材料料就可收收到满意意的屏蔽蔽效果3） 电磁屏蔽蔽电磁波在在穿透导导体时会会急剧衰衰减并在在导体面面上发生生反射，利利用由导导体制成成的屏蔽蔽体的这这一特性性便可有有效地隔隔离时变变电磁场场的相互互耦合实际上对对电磁场场而言，电电场和磁磁场不可可分割，电电场分量量和磁场场分量总总是同时时存在的的只是是当电流流源的频频率较低低时，在在距离电电流源不不远处（距离远小于波长的1/6），按照源的不同特性，其近场的电场分量和磁场分量各自在总场所占的份额有所不同。

在近场以磁场为主的情况下，可忽略电场分量；反之，近场若以电场为主，磁场分量可忽略3．孔洞洞和缝隙隙对屏蔽蔽体屏蔽蔽效能的的影响没有任何何孔洞和和缝隙的的连续金金属板具具有很高高的电磁磁屏蔽效效能但但实际应应用的屏屏蔽室由由于使用用的需要要，必须须设置门门、通风风窗、进进线孔等等，从而而在屏蔽蔽体上形形成孔洞洞和缝隙隙，造成成电磁泄泄漏，导导致屏蔽蔽室的屏屏蔽效能能降低对孔洞而而言，影影响其电电磁能量量泄漏的的因素很很多，其其中最主主要的是是孔洞的的面积和和形状实实验证明明，对于于某一个个固定场场源，电磁磁泄漏随随孔洞面面积增加加而增加加，在孔洞洞面积相相同的情情况下，矩矩形孔泄泄漏大于于圆形孔孔关于缝隙隙对屏蔽蔽体屏蔽蔽效能的的影响，可可从缝隙隙对入射射电磁波波的屏蔽蔽作用入入手来分分析缝缝隙的屏屏蔽作用用由两部部分构成成：其一一，由于于缝隙开开口处的的阻抗与与自由空空间的阻阻抗不同同而造成成的反射射损耗；；其二，当当电磁波波投入缝缝隙后，在在缝隙内内传输时时产生的的传输损损耗4．防止止屏蔽体体孔缝电电磁泄漏漏的工程程措施4．1屏屏蔽门的的电磁密密封措施施对于安装装在屏蔽蔽室上的的屏蔽门门，由于于门扇与与门框之之间存在在门缝，必必须采取取电磁密密封措施施。

通常常采用由由锡磷青青铜或铍铍青铜制制成的梳梳形簧片片，可确确保门缝缝在频繁繁活动的的情况下下仍具有有良好的的电气接接触亦亦可在门门缝处安安装导电电衬条，通通过与门门框之间间的挤压压实现电电磁密封封在对对磁场屏屏蔽有较较高要求求的场合合，还可可采用充充气推拉拉门，门门缝内外外两侧装装有簧片片和气囊囊，从而而获得比比较理想想的电磁磁密封效效果不不同屏蔽蔽要求的的屏蔽室室，可选选用采用用不同电电磁密封封措施因因而具有有不同屏屏蔽效能能的屏蔽蔽门4．2防防止通风风窗口电电磁泄漏漏的措施施为了防止止屏蔽室室通风窗窗口造成成的电磁磁泄漏，最重要的是如何合理设计窗的位置、形式和尺寸；此外还可采用以下措施：在应用这些手段时，合理设计其结构形式和尺寸同样是至关重要的！（1） 在通风窗窗口上覆覆盖金属属网金金属丝网网的屏蔽蔽效能与与丝网材材料的电电导率、金金属丝直直径和网网孔的疏疏密程度度等因素素有关一一般来说说，丝网网材料电电导率高高，网丝丝粗，网网孔密，屏屏蔽效能能好但但当频率率高于1100MMHz时时，屏蔽蔽效能开开始下降降因此此，频率率较高时时不适用用2） 用穿孔金金属板作作通风窗窗口穿穿孔金属属板的屏屏蔽性能能优于金金属丝网网，但通通风效果果不如金金属丝网网。

3） 截止波导导式通风风孔金金属丝网网和穿孔孔金属板板只适用用于入射射频率低低于1000MHHz且屏屏蔽效能能要求不不高的场场合但但截止波波导式通通风孔则则有广泛泛的适应应性，其其屏蔽效效能高，工工作频段段宽，即即使在微微波波段段仍有较较高的屏屏蔽效能能，而且且机械强强度高，工工作稳定定可靠与与金属丝丝网和穿穿孔金属属板相比比，截止止波导式式通风孔孔优点显显著，其其缺点是是体积大大，成本本高第三章 有限元元原理Ansooft HFSSS软件件是应用用有限元元方法的的原理来来编制的的，了解解有限元元方法求求解三维维开口腔腔体的场场，对于于我们灵灵活、准准确地使使用Annsofft HHFSSS软件来来仿真孔孔缝电磁磁耦合问问题能够够提供帮帮助使用有限限元法求求解电磁磁场时，有有必要引引入一个个包围该该物体的的虚构面面，将无无限的区区域截断断为有限限的体积积为了了解的唯唯一性，在在虚构面面上需要要一种边边界条件件，且这这种边界界条件应应该使虚虚构面对对外散射射场尽可可能透明明这里里边界条条件设为为吸收边边界条件件索末末菲辐射射条件为为 （11）令则(1))式可写写成 （22）上式可应应用于散散射场，为为了获得得可用于于总场的的相应吸吸收条件件，我们们将代入入（2）式式，可得得为了简化化，可写写为其中 把索末菲菲辐射条条件用于于描述虚虚构面SS上的场场，应用用广义变变分原理理，可得得出变分分表达式式：计算带孔孔缝的腔腔体，假假设在腔腔体内无无源，那那么腔内内的电场场满足矢矢量波动动方程在腔体壁壁上，切切向电场场为零。

因因此 在在腔体壁壁上在腔体开开口处，切切向电场场和磁场场在腔体体开口处处必须连连续，即即对腔体内内的场，满满足等效变分分问题为为 在腔体体壁上其中为了离散散F，腔腔体被划划分为许许多小的的体积单单元，选选择适当当的差值值函数，建建立方程程组，利利用边界界条件求求解方程程组，就就可得到到腔体内内的场第四章 创建项项目一、打开开HFSSS并保存存一个新新项目1． 双击桌面面上的HHFSSS9图标标，启动动HFSSS启启动后的的程序工工作环境境如图：：图4－11 HFSSS工作作界面2．打开开Fille选项项(allt+FF),单单击Saave as找到合适适的目录录，键入入项目名名 shhielldinng_eeffeect图4－22 保存HHFSSS项目二、加入入一个新新的HFFSS设设计1． 在在Proojecct菜单单，点击击inssertt HFFSS Dessignn选项 或直直接点击击图标))一个新新的工程程被加入入到shhielldinng_eeffeect项项目中，默默认名为为HFSSSMoodelln。

图4－33 加加入新的的HFSSS设计计2． 为为设计重重命名在在项目树树中选中中HFSSSMoodell1,单击鼠鼠标右键键，再点点击Reenamme项，将将设计重重命名为为shiielddingg_efffecct图4－44更改设设计名三、选择择一种求求解方式式1．在HHFSSS菜单上上，点击击Sollutiion Typpe选项项.2．选择择源激励励方式，在在Sollutiion T。