摘要：随着现代电子技术的发展，电子设备机箱面临的电磁环境越来越复杂，加之电子装备本身的集成化、小型化的发展需求，要求机箱具有良好的抗电磁干扰能力。机箱电磁屏蔽设计的关键，是要保证箱体的导电连续性，而实际设备因功能需求不可避免的存在缝隙和孔洞，造成了箱体的屏蔽效能降低。如何处理这些缝隙和孔洞成为结构设计人员必须重点考虑的因 素。
关键词：电子设备 机箱 电磁屏蔽结构设计 仿真技术
在电子产品结构设计的初始阶段就需考虑电磁屏蔽，以尽量避免设备不能通过电磁兼容测试而进行设计更改。电磁仿真分析软件可以计算屏蔽体内场的分布和屏蔽效能，为前期屏蔽方案制定和后期电磁屏蔽检测提供指导依据。
1. 机箱电磁屏蔽结构设计要点
1.1 箱体材料选择
电子设备机箱材料的选择要综合考虑屏蔽效能、密度、工艺性、价格等多方面因素。材料的 电导率、磁导率及厚度是决定其屏蔽性能的关键因素。铁磁材料因其高的磁导率而适用于低频（100kHz以下）磁场的屏蔽，如纯铁、合金钢等；电导率较高的材料适合高低频电磁场以及静电场的屏蔽，常用的有铝板、铜板、镀锌钢板等。需要注意的是，同一种类材料的电导率也因牌号及供应状态的不同略有差异，设计时需综合考虑各方面因素。
1.2箱体缝隙处理方法
板材拼接机箱不可避免的会在板材结合处形成不导电的缝隙，这些不导电缝隙产生了电磁泄漏。工程上，降低缝隙阻抗的方法有：
（1）提高板材拼接接触面的表面粗糙度，以提高 缝隙的密合性。这需要综合考虑制造能力、制造周期和制造成本，而箱体板非接触内表面的 粗糙度可不做过高的要求，满足设备安装与使用即可。
（2）适当增加螺钉连接的数量。两个 相邻螺钉的间距决定了缝隙的理论最大长度，即螺钉布置的越密集，屏蔽效果越好。螺钉的 间距原则上应小于干扰电磁波波长的一半，工程中应兼顾装配工艺性和产品维修性等因素。
（3）在板材结合处加电磁密封圈。通常需在接缝处设置密封沟槽，将电磁密封圈安装于沟槽内，在两板材螺接后，电磁密封圈受挤压变形充满缝隙以保证接触处的导电性。两种 电磁密封圈的安装示意图如图1所示。
图1电磁密封圈安装示意
（4）增大 缝隙接触宽度缝隙的接触宽度越大屏蔽效果越好。为此对于板材拼接机箱，应尽量使拼接处 的缝隙加宽，而单纯的提高板材厚度会影响制造工艺性，图2给出了两种提高缝隙宽度的拼 接形式。
1.3 箱体孔洞处理方法
机箱上的孔洞主要包括接插件孔和通风孔。
（1）接插件孔
接插件孔需要重点处理的是接插件与箱体之间的安装接触，箱体外表面通常由于漆面而无法 实现与接插件的导电连续，可以釆取接插件内装或者在箱体外表面铣制安装槽的处理方式， 安装槽内不喷漆。无论哪种方式均需在接插件与箱体之间安装电磁密封衬垫，第二种处理方式会略增加制造 成本，但屏蔽效果也是最好的，当安装螺钉旋紧后，可以将电磁密封衬垫压紧以充满安装槽。
（2）通风窗口
机箱上的通风窗口可以采用金属丝网和电磁密封衬垫结合加装的方式，同时在窗口箱体板 处开设通风孔洞，金属丝网的屏蔽效能与网材和网孔目数有关，网材通常选用铜、铝或镀锌 铁丝，网孔目数越高，屏蔽效果越好。箱体板上的通风孔宜采用圆形结构，且孔直径在保证 通风效果条件下尽量选小，同时通风孔处的箱体板厚度在尺寸重量允许的范围内宜取大，以 保证孔深，提高屏蔽效能。在甚高频，为进一步提高屏蔽效能和保证良好通风，可以采用截止波导式通风窗结构其原理是利用波导管在引导电磁波传输中产生的衰减。该方式占用空间较大，对于结构紧凑的小型 机箱需综合考虑并合理布局。
2. 电磁屏蔽仿真技术在机箱结构设计中的应用
按照前文的指导思想，对某电子设备机箱进行了结构设计，并应用三维电磁场仿真软件HFSS进行了仿真分析。机箱采用2A12铝板材铣制拼接而成，外形尺寸为300mm*200mm*162mm，机箱面板设置三个供电及通信用接插件，箱体内安装PCB，其工作主频为0.9GHz。设定入射波为平面波，沿Ｘ轴负方向垂直入射，沿Ｆ轴正向极化，平面波电场强度为500V/m。
2.2箱体谐振点的偏移
若结构设计中受其它因素限制，PCB只能安装在位置１时，则应设法采取措施改变该位 置的电磁场分布，使PCB远离共振区。将PCB采用单独盒体封装起来，可见采用盒体单独封装的方式可改变同位置的谐振频率，且可较大幅度提高屏蔽效能。结构设计中，还可以采取增加挡板或适当改变机箱尺寸的手段来改善机箱的谐振频率。
2.3箱体壁厚对屏蔽效能的影响
受质量限制，需要机箱壁板开设减重槽且在工艺能力范围内 尽量深，结构设计中容易忽视箱体壁板的局部厚度对电磁屏蔽效能的影响。在0.3GHz以内，屏蔽效能随厚度的增加明显提高；当厚度达到2mm时，屏蔽效能趋于稳定；当频率超过0.3GHz时，箱体的屏蔽效能几乎不受壁厚变化的影响。在结构设计中，应根据工作频率及箱体材料合理设计箱体壁厚，以达到减重与电磁屏蔽的最优设计。
3. 结 论
在电子设备电磁屏蔽的结构设计中，需根据环境条件的不同，采用合理的屏蔽结构，既要满 足设备功能和性能要求，也要综合考虑工艺能力、生产成本与周期等因素。电磁屏蔽仿真的 应用可以在设计初期发现屏蔽问题并指导设计布局，可节约针对实物样机的测试成本与研发 周期。文中总结了工程中常见的电磁屏蔽的结构设计要点，同时应用仿真软件对某机箱进行 了布局优化及分析，以期作为电子设备结构设计人员的设计参考，从而有效应对日渐复杂的 电磁环境。
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论文作者:姬坤海,高文利
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/13
标签：屏蔽论文; 箱体论文; 电磁论文; 机箱论文; 缝隙论文; 效能论文; 结构设计论文; 《防护工程》2018年第21期论文;