董 炀，戴洪浪，秦普亮

(北京控制与电子技术研究所，北京100038)



弹上电子设备小结构体屏效测试与优化

董 炀，戴洪浪，秦普亮

(北京控制与电子技术研究所，北京100038)

针对弹上小尺寸结构体由于尺寸原因导致屏蔽效能难以量化评价的问题，提出了两种小尺寸屏蔽体屏蔽效能的测量方法：辐射发射法、辐射敏感度法。在研究测试方法的基础上，进行了屏蔽体屏蔽效能优化的工作，采用改变搭接型式、改进涂敷工艺等方法，以改善屏蔽体的屏效，并测试验证优化效果。

小尺寸屏蔽体；屏蔽效能；测试与优化

0 引言

小尺寸屏蔽体广泛应用于航天器电子设备的电磁屏蔽外壳，对电子设备的电磁兼容性具有重要影响。准确衡量小尺寸屏蔽体屏蔽效能有助于对电子设备进行更好的电磁兼容性设计。由于尺寸小、结构复杂，电磁场与屏蔽体的耦合作用、内置传感器的种类和参考位置等问题的建模和计算十分复杂，对小尺寸屏蔽体屏蔽效能的测试方法缺乏可重复性和可比性，至今还没有针对小尺寸屏蔽体(≪1m)屏蔽效能的测试标准。

本文根据电磁场理论及试验室条件提出了两种对小尺寸屏蔽体的测试方法：电场辐射发射法和电场辐射敏感度法。通过对某弹上工艺机箱的分析测试，给出两种测试方法的适用性，并对机箱屏效进行了优化设计。

1 屏蔽基本原理

屏蔽技术是抑制电磁波辐射的关键技术之一。屏蔽是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传播的一种措施。屏蔽体是用以阻止或减少电磁能传输，而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层，它可以是导电、导磁、介质的，或者带有非金属吸收填料的。对干扰源或感受器(敏感设备、电路或组件)进行屏蔽，能有效地抑制干扰，并提高系统或设备的电磁兼容性，是电子设备进行结构设计时必须要考虑的重要因素。

1.1 屏蔽效能

屏蔽结构的屏蔽效果主要由屏蔽效能SE(dB)表示，其定义为

(1)

式中，E0和H0为未屏蔽时测得的场强，E1和H1为屏蔽后测得的场强。屏蔽效能SE即对给定辐射骚扰源进行屏蔽时，在某一场点上，屏蔽体安装前后的电场强度或磁场强度的比值。

测量屏蔽效能的方法有很多种，每种方法各有优缺点。屏蔽效能测试方法的选择要考虑诸多因素，如频率范围、测量误差、动态范围、样本制备、试验重复性、试验时间和试验成本等。

1.2 屏蔽效能的测量

电子设备在交付使用之后，总在一定的电磁环境中工作。在电子系统或分系统内，设备之间除按预期目的进行有用信号传递之外，难免会出现不希望有的能量传递。如果干扰能量足够大，受干扰对象又比较敏感，加之时间和频率上的重合，受干扰对象轻则性能降级，重则遭受损坏。为了确保设备或系统正常工作，必须在产品研制过程和交付使用之前按标准、规范进行全面的电磁兼容测试。

小尺寸屏蔽壳体的屏蔽效能是电磁兼容领域的重要内容，绝大多数弹上和地面的通信仪器、电子器件、电子测量仪器都属于小尺寸屏蔽壳体。

进行电磁兼容性测试的主要目的在于：

1)通过测试鉴别产品是否符合电磁兼容标准或规范；

2)通过测试暴露产品设计及生产过程中在电磁兼容性方面的薄弱环节，以便在进行后续程序之前，及早采取改进措施；

3)提供产品实际的电磁发射和敏感度数据，以便用户日后进行全寿命监控。

按照各种屏蔽效能理论计算公式所得出的值，往往远大于实际能达到的屏蔽效能，因此，实际屏蔽体屏蔽效能的测量是工程上需要解决的问题。

根据屏蔽效能的定义，先分别测出同一点场强在屏蔽前和屏蔽后的值，再由两者的比值确定屏蔽效能。然而实际要测量一点的绝对场强是较为困难的，屏蔽效能测量中，往往需要根据被测屏蔽对象的尺寸和屏蔽的性质选择相应的探头或者天线，而这类探头往往是未经标定的，因此场强仪所测量的值只是施加在其输入端口的电压值。为了将场强值按比例转换为电压，探头和天线必须是线性的，这种情况下，屏蔽效能可以用屏蔽前后传感器感应电压之比表示。即：

SE=20lg(u0/u1)

(2)

本文主要根据GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》中的RE102电场辐射发射和RS103电场辐射敏感度、GJB5185-2003《小屏蔽体屏蔽效能测试方法》、GJB1217A-2009《电连接器实验方法》来设计实验。通过分析试验原理过程以及结果，为以后小尺寸结构体的电磁兼容设计测试提供理论依据。

1.3 参试设备

参试设备为弹上设备工艺机箱，如图1所示，外形尺寸约为230mm×200mm×136mm。该机箱为弹上机箱典型结构层——叠式结构，由3个模块层组成，通过螺钉将顶盖板、中间层模块和底层模块串接在一起，上盖板上装有一个长波导管用于试验时安装测试电缆。

图1 参试设备Fig.1 Test equipment

2 辐射发射法

此种方法类似GJB152A中规定的RE102的测试方法，或者GJB5185中的内置源法。在屏蔽体内置一个发射源产生辐射场，同时在屏蔽体外部用接收天线测量有无屏蔽体时接收到的信号强度，由屏蔽效能的定义可知，比较这两个接收强度即可得到屏蔽体的屏蔽效能。

测试原理如图2所示，被测试设备的内置辐射源为梳状谱发生器，接收天线在1MHz～30MHz时使用拉杆天线，30MHz～200MHz时使用双锥天线，200MHz～1GHZ时使用大喇叭天线，1GHz～18GHz时使用小喇叭天线。

图2 辐射发射法测试原理Fig.2 Principle of method of radiation emission

由于尺寸的限制，小于30MHz时无法找到合适的内置源，因此测量从30MHz开始。

2.1 测试过程

1)此试验在屏蔽试验室里进行，按图2连接测试系统。

2)将发射天线按图示位置用绝缘垫支撑放置在受试机箱的中心位置上，接收天线正对发射天线测试时，发射天线与接收天线的极化方向应保持一致，测试结果记为P1。

3)去掉受试机箱，将发射天线放置在有受试样品时的相应位置，也用绝缘材料支撑，天线方位以及所使用的测试设备和仪器设置均应与测试有受试机箱时条件保持一致，测试结果记为P0。

4)P0-P1(dB)即为机箱的屏蔽效能值。

2.2 测试结果

按2.1节中过程进行试验，测得机箱屏效结果如图3所示。

图3 辐射发射法测量结果Fig.3 Result of method of radiation emission

从图3中可以看出，除个别点外，机箱的屏蔽效能基本在40dB左右振荡。在低频段，屏蔽层处于近场区，吸收损耗小，屏蔽机理以反射损耗为主。同时，在近区磁场中，由于屏蔽层波阻抗和空气波阻抗都比较低，差值小，反射损耗也比较小，所以低频时屏蔽效能不高。随着频率的上升，高频段为远区磁场，这时反射损耗随着频率的上升而下降，但是吸收损耗增加很快，所以高频端屏蔽效能转化为以吸收损耗为主。

3 辐射敏感度法

此种方法类似GJB152A中规定的RS103的测试方法，或者相当于GJB5185中的外置源法(图4)，即在被测屏蔽体外部产生一个辐射场，用接收探头测量有无屏蔽体时的场强，两次测量所得的数值，由屏蔽效能的定义可以由这两个数值求出屏蔽体的屏蔽效能。

图4 辐射敏感度法测量原理图Fig.4 Principle of method of radiation sensitivity

3.1 测试过程

1)此试验在混响室里进行，按图4连接测试系统。

2)根据测量要求设置信号源的频率，调节信号源的输出电平，使接收设备上有适当的信号指示。

3)调整被测设备姿态，使接收设备收到的信号最大，记录信号源的输出电平和开盖时接收设备内探头测量值A1和合盖后接收设备内的探头测量值A2。

4)改变信号源频率，重复前面两步，直到测量完所有需要的频点。

5)根据各个频点的A1和A2，由定义计算各个频点处被测屏蔽体的屏蔽效能。

3.2 测试结果

采用此种方法测试时，在探头的测量范围内始终得不到读数。使用4422的探头最小量程为1V/m，可以认为结构体内部场强小于1V/m，受测量器材限制，使用的混响室最高可提供200V/m的场强，可知机箱屏效不小于46dB。

4 测试方法对比

经过实际的测试与分析，对比两种测试方法的优缺点及适用性见表1。

表1 两种测量屏效方法对比Tab.1 Comparison of two testing methods

5 屏蔽机箱优化设计

为了优化提高设备的屏蔽效能，重新设计了该机箱的搭接型式并改进了涂敷工艺，如图5。

只要采用了如下三项措施：

1)为了增加缝隙路径，缝隙四周用铝板封住并在搭接位置增加了旁边；

2)涂覆工艺由Al/Ct·Ocd改为导电率更高的Al/Ep·Ni；

3)原设计中波导管采用截止波导的原理进行屏蔽，改进设计中去掉了波导管孔，改用全封闭转接头以达到更好的屏蔽效果。

图5 优化设计机箱Fig.5 Optimized equipment

为了检验优化效果，测得的机箱屏效如图6所示，可以发现在1GHz～6GHz的频段内，机箱屏效有明显改善，最小可以提高7.1dB，最高可提高约17.9dB。

图6 优化效果Fig.6 Result of optimization

6 结束语

本文在研究两种测试方法基础上，又对该设备屏效进行了优化设计，并进行测试，测试结果显示优化设计有效地提升了弹上设备结构体的屏蔽效能。

[1] 国防科学技术工业委员会．GJB151A-97军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[S].北京：国防科工委军标出版发行部，1997.

[2] 国防科学技术工业委员会．GJB5185-2003小屏蔽体屏蔽效能测试方法[S].北京：国防科工委军标出版发行部，2003.

[3] 国防科学技术工业委员会．GJB1217A-2009电连接器试验方法[S].北京：国防科工委军标出版发行部，2009.

[4] M P Robinson，T M Benson，C Christopoulos，et al.Analytical formulation for the shielding effectiveness of enclosures with apertures[C]//.IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility.1998.

[5] Marvin A C，Dawson J F，Ward S，Dawson L，Clegg J，Weissenfeld，A.A proposed new definition and measurement of the shielding effect of equipment enclosures[C]//. Electromagnetic Compatibility.IEEE Transactions on，2004.

Measuring and Optimization of Shielding Effectiveness of Small-sized Shield Configurations on Missile

DONG Yang，DAI Hong-lang，QIN Pu-liang

(Beijing Institute of Control & Electronic Technology，Beijing 100038，China)

Two methods，method of radiation emission and method of radiation sensitivity，are proposed to settle down the difficulty of quantitatively measuring shielding effectiveness of small-sized shield configurations on aircraft.On the basis of researching test method，optimization of shielding effectiveness is accomplished by changing lap jonit and coating process，and optimization results are examined by previous methods.

Small-sized shield configuration；Shielding effectiveness；Measuring and optimization

2015 - 05 - 12；

2015 - 06 - 24。

董炀(1989 - )，男，硕士，工程师，主要从事电磁兼容方面的研究。

E-mail：dongyang555@yeah.net

TN80

A

2095-8110(2015)05-0076-05