有孔箱体的电磁屏蔽分析

目  录
中英文摘要-----------------------------------------------------------------------------------------（1）
1 前言-------------------------------------------------------------------------------------------------（2）
2 屏蔽概述-----------------------------------------------------------------------------------------（2）
2.1 屏蔽的概念及目的----------------------------------------------------------------------（2）
2.2 屏蔽的分类---------------------------------------------------------------------------------（2）
2.3 屏蔽的基本思想--------------------------------------------------------------------------（3）
2.4 国内现状------------------------------------------------------------------------------------（3）
3 小孔耦合理论----------------------------------------------- -------------------------------------（3）
3.1 小孔耦合模型----------------------------------------------- ------------------------------（3）
3.2 孔的等效电磁极子的计算------------ --------------------------------------------- --（4）
4 具有电小孔无限大金属导体板的屏蔽效能的计算---------------------（5）
4.1 孔的等效电偶极子和磁偶极子------------------------------------------------------（6）
4.2 屏蔽区的电磁场--------------------------------------------------------------------------（6）
4.3 无屏蔽体时区域2中的电磁场-----------------------------------------------------（7）
4.4 屏蔽区屏蔽效能的计算----------------------------------------------------------------（7） 
5 平面波源情况下屏蔽效能的计算--------------------------------------------------（7）
5.1 孔时源区中O处的场--------------------------------------------------------------------（7）
5.2 孔的等效电偶极子和磁偶极子------------------------------------------------------（8）
5.3有屏蔽体时Z轴上任一点的场-------------------------------------------------------（8）
5.4 Z轴上任一点的屏蔽效能--------------------------------------------------------------（8）
5.4.1电场屏蔽效能的推导------------------------------------------------------------（8）
5.4.2 磁场屏蔽效能的推导--------------------------------------------------------（9）
5.5椭圆孔金属导体板的屏蔽效能----------------------------------------------------------（9）
6 理论的数值模拟与分析-----------------------------------------------------------------（10）
6.1 椭圆形小孔的计算----------------------------------------------------------------------（10）
6.2 面积相同的矩形孔的计算------------------------------------------------------------（11）
6.3 面积的正方形相同、圆形的计算--------------------------------------------------（13）
7 孔阵屏蔽效能的介绍---------------------------------------------------------------------（14）
8 实际机箱中的其他孔缝问题----------------------------------------------------------（14）
8.1 机箱产生电磁泄漏的机理------------------------------------------------------------（14）
8.2 实际屏蔽体孔缝泄漏的抑制措施--------------------------------------------------（15）
 9 结束语-----------------------------------------------------------------------------------------------（16）
致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------------（16）
参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------（16）
附录---------------------------------------------------------------------------------------------------------（18）
 

有孔箱体的电磁屏蔽分析

摘要：通过对电磁干扰、屏蔽及有孔箱体的实际屏蔽进行了系统全面地介绍。列举电磁干扰的几条主要危害，让人们认识到防电磁干扰的重要性，从而具体深入地研究防电磁干扰的重要方法——屏蔽。本文的研究重点是对电小孔的耦合理论进行了总结，给出了计算具有电小孔的无限大金属导体板屏蔽效能的一般计算方法，讨论和分析了在平面波源情况下，椭圆孔导体板对磁场的屏蔽特性，并用计算机模拟作图，根据图象具体分析其屏蔽特性。并将同面积的矩形孔进行对比。分析了不同情况下各种形状的优越性，对设计具有一定的指导意义。另外还模拟了相同面积情况下圆形与正方形的屏蔽特性曲线，并将它们进行分析与对比。还综合分析了不同形状的孔的屏蔽特性的相似点。最后将相同面积的孔阵与孔进行对比，介绍孔阵的优越性。并结合机箱的实际孔缝情况，对机箱的电磁屏蔽做了较全面的介绍。
关键词：电磁干扰；电磁耦合；屏蔽效能；孔；孔阵；金属导体板    

Analysis of Electromagetic Shielding of cavity with Aperture
 
Abstract: This paper recommends. Electromagetic interference、shielding and the pragmatic shielding of cavity with aperture roundly and systemtically. The paper enumerates several main damage of electromagetic interfernence andd then inputs an important method of fighting against the electromagetic interference—shielding. This paper summarizes the theory dealing with electromagnetic penetration through electrical small aperture in conducting surfaces. A general method for calculating shielding effectireness of infinite metallic plale with small aperture is investigated. The case of plane wave soure is computed and the effects of ellipse aperture on shielding effectiveness are discussed, and use the computer to simulate the graph, and then analyse the shielding characteristic concrelely according to the graph. Through contrasting with the same area of rectangle aperthre, analysed the superiority of different shape apertures. This has some guilding significance to design. Besides simulating the graph of the shielding characteristics curve of the same area square and circular, we examines the resemblances of different shape apertures through contrasting the graphes. Finally, we contrast the same area of aperture and the aperture arrays, then presents the advantage superiorily of the aperture arrays. Integrating the practical situation of carity with aperture, the round presentations of electromagetic shielding of cavity are mentioned.
Keywords:  electromagnetic interference, electromagnetic coupling, shielding effectiveness,aperture, aperture arrays, metallic plate

1 前言
随着电子技术的蓬勃发展 , 各种电子设备得到广泛应用,电子、电气设备不仅数量及种类不断增加，而且向小型化、数字化、高速化及网络化的方向快速发展。但是，这些电子电气设备正常工作时，往往会产生一些无用的电磁能量，影响其他设备正常工作，并给生物健康造成极大的影响，导致电磁环境日趋复杂，造成了“电磁污染”。
1.1 电磁干扰的主要危害
a．破坏无线电通信的正常工作，影响电声和电视系统（如电话，电视和收音机等电器）信号的正常发送与接收。
b．降低电气电子设备性能 ,如使控制系统产生误动作,甚至造成严重的事故。
c．降低计算机处理信息和数据的机密性，可能导致信息泄漏。
d．危害人体健康 。长时期处在电磁辐射污染的环境下 ,会使人产生疲劳、记忆力下降、生理机能减退等不良症状。
因此 ,电磁干扰的危害性受到了广泛关注 。
2.2 防电磁干扰的重要意义
a．提高电子产品和设备的可靠性
b．防止灾难和事故，提高安全性
c．提高系统（如计算机信息）的安全性
d．防止对人体的危害[1]
由于高频电磁能量主要通过孔缝耦合到导电壳体内部，对电子设备造成干扰，我们主要采取电磁屏蔽的方法来限制电磁干扰，实现电子电器设备与环境相调协、相共存的电磁兼容（Electro—Magnetic Compatibility  EMC）因此深入研究有孔导体的屏蔽特性具有十分重要的意义。下面将介绍一些屏蔽的有关知识。

2 屏蔽概述
2.1屏蔽的概念及目的
屏蔽（Shielding）是用导电或导磁材料制成的金属屏蔽体（Shield）将电磁骚扰源限制在一定的范围内，使骚扰源从屏蔽体的一面耦合或当其辐射到另一面时受到抑制或衰减。
屏蔽的目的是采用屏蔽体包围电磁骚扰源，以抑制电磁骚扰源对其周围空间存在的接受器的干扰；或采用屏蔽体包围接受器，以避免骚扰源对其干扰。
2.2 屏蔽的分类
电磁屏蔽按其原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽包含静磁屏蔽（恒定磁场屏蔽）和交变磁场屏蔽。电磁屏蔽类型如图。[2]
 

2.3 屏蔽的基本思想[2]
屏蔽的基本做法是在一个空间的两个不同区域之间放入一个金属制成的材料，以切断或减弱电场、磁场和电磁场的传输路径，使这些场主要存在于其中一个区域之中（外）。根据场的特性不同，屏蔽机理也有一定的差异。
a．场的屏蔽机理：静电场中导体腔内没有电场，或者导体腔内的电荷在腔外不形成电场，因此静电场的屏蔽主要是用闭合导体面。接地良好和选择良好导体作为屏蔽体是电场屏蔽的关键因素。
稳恒磁场的屏蔽机理：如果一个稳恒磁场中放入一块由高导磁材料做成的板或条，则在这块板的附近，磁场主要沿此材料通过。这种现象类似于电路中的旁路效应，因此可以大大削弱该材料赴京的磁场，但不能像静电场屏蔽那样可以完全消除，磁场从理论上讲不可能完全消除，只能削弱。因此，高磁导率的材料是磁屏蔽的关键因素，通常选择Fe,Co,Ni,Co-Ni等高导材料。
b．电磁场屏蔽机理：场源频率较低时、电磁骚扰一般出现在近场区。随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋向于远场骚扰。电磁屏蔽是由金属屏蔽体通过电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远场。即同时屏蔽场源所产生的电场分量和磁场分量。
2.4 国内现状
随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝成为电磁屏蔽最关键的控制因素，由于高频段的电磁能量主要通过孔缝耦合到导体壳体内部，对电子设备造成干扰。但为了进行机械和电气连接或通风散热，常需要在设备机壳上开一些孔。这些孔将造成屏蔽层中电流的不连续（分布的不均匀性），外电场或磁场直接进入屏蔽区，从而降低屏蔽效能。因此深入研究有孔导体的屏蔽特性具有十分重要的意义。国内对圆孔、正方形孔、矩形孔作了大量的研究，而对椭圆孔的研究甚少。
本文将建立小孔耦合模型，并计算出具有电小孔的无限大金属导体板的屏蔽效能。具体分析和讨论在平面波源情况下，椭圆孔导体板对电磁场的屏蔽特性。并将相同面积的不同形状的孔（如矩形孔，圆孔，正方形孔）进行了屏蔽特性分析与对比。另外结合实际情况,介绍了设备外壳(机箱)为防止敏感设备受到干扰、防止电磁泄漏产生干扰而采取的电磁屏蔽设计。