电磁屏蔽技术在卫星接收机房的应用研究及实现

2020-09-24张国平李源鸿

科技视界 2020年26期

关键词：金属网接收机屏蔽

张国平李源鸿

卫星接收机房主要由卫星接收设备房、计算机房、操作大厅三部分组成。对于计算机机房，国家GB/T2887-2000 给出了电磁场干扰阈值（≤126 dB）和磁场干扰强度阈值（≤800 A/m）。

1 卫星接收机房建筑物附近遭受雷击时磁场强度计算

该建筑物设计为第二类防雷建筑物（最大雷电流幅值150 KA）,当闪电击于附近时，所产生的无衰减磁场强度H0=I0/（2·∏·Sa）（A/m）。

从图1 可以看出，当雷闪击点离卫星接收机房建筑物40 米以内，卫星接收机房内的磁场强度都大于800（A/m）,所以卫星接收机房必须采取一定的电磁屏蔽措施来保证机房内设备的安全。

图1 建筑物附近遭受雷击时机房的磁场强度曲线图

2 卫星接收机房建筑物遭受直接雷击时暂态高电位反击及内部的磁场分布特征

在遭受雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体汇入大地，在此过程中，将在防雷系统中产生暂态高位uA=Rgi+hIQ·di/dt。如果引下线与其周围电子或电气设备之间的绝缘距离不够，且设备又不与避雷系统共地，则两者之间就会出现很高的电压并会发生电击穿，造成所谓反击现象。这能导致电子或电气设备的严重损坏，甚至危及人身安全。

建筑物遭受直接雷击时建筑物内的磁场分布特征如图2、图3 所示。

图2 建筑物比例模型实验示意图

图3 建筑物内的磁场分布

由此可见，其磁场分布是极不均匀的，在靠近引下线的区域应特别注意雷电电池脉冲的防护。

3 卫星接收机房建筑物钢筋混凝土剪力墙的电磁脉冲屏蔽效能

该钢筋混凝土屏蔽层，钢筋=12 mm；间距=100 mm；混泥土层厚度为200 mm。剪力墙的电磁脉冲屏蔽效能如图4 所示。

图4 单层无限大钢筋混凝土屏蔽层示意图

由图可见，该建筑物钢筋混凝土剪力墙对电磁脉冲波有一定的衰减作用，而且衰减微小，并不能起到完全屏蔽作用。

4 金属网的屏蔽特性

图5 金属网示意图

对于如图5 所示的单层无限大金属网的表面阻抗Zs，计算公式为：

利用上述表面阻抗公式可推导出单层金属网对电磁波的屏蔽效能公式为：

4.1 金属网不同材料的屏蔽效能图6 所示

图6 材料为PEC、铜、铝时金属网的屏蔽效能

4.2 金属网网格大小的屏蔽效能图7 所示

图7 解析公式与CST 的单层金属网屏蔽效能计算结果对比

4.3 金属网金属丝不同直径的屏蔽效能图8 所示

图8 w 为0.05、0.1、0.2 和0.3 时，解析公式与全波仿真软件计算结果对比

4.4 金属网网格不同夹角的屏蔽效能图9、图10 所示

图9 金属网网孔形状示意图

图10 两线夹角θ 变化时，金属网屏蔽效能随频率的变化规律

5 电磁屏蔽玻璃的屏蔽特性（表1）

表1 屏蔽效能与电磁波的反射率的关系

该玻璃是结合电磁屏蔽技术而研制出的特种玻璃。它的分类主要有二种：一是在夹层中夹金属丝网；二是将含金、银、铜、铁、铟、锡等金属或无机或有机化合物盐类，通过物理（真空蒸发、阴极溅射）和化学（化学气相沉积及热分解、溶胶凝胶）的方法，在玻璃表面形成上述金属膜层。

5.1 夹金属丝网电磁屏蔽玻璃的屏蔽特性

金属丝的直径、丝网的目数都对屏蔽效果有直接影响。若网眼之间空隙宽度为b，则以矩形窗为例，其截止频率f 及波长λ 为：fc=15/b λr=2b

对于平面波夹金属丝网玻璃的屏蔽效能如下：

当λ/2＜πb 时：SE=0

当λ/2＞πb 时：

5.2 镀金属膜电磁屏蔽玻璃的屏蔽特性（表2）

对于导电膜，膜的方块电阻（X）与膜对电磁波的反射率（R）及屏蔽效能之间关系计算式如下：

表2 方块电阻、屏蔽效能和电磁反射率的关系

5.3 夹金属丝网电磁屏蔽玻璃和镀金属膜电磁屏蔽玻璃的比较如表3

表3 两种屏蔽玻璃的效能比较

6 利用上述电磁屏蔽特性在我站卫星接收机房具体应用及实现

卫星接收机房平面图如图11 所示。

6.1 卫星机房墙体的电磁屏蔽措施

卫星接收机房的墙体有砖砌墙和钢筋混凝土墙二种。从上述第3 点得知钢筋混凝土墙并不能起到电磁屏蔽作用，故机房所有墙体都必须做电磁屏蔽措施。从经济成本及施工工艺考虑，采用金属网电磁屏蔽方式，从上述第4 点金属网的电磁屏蔽特性考虑，金属网宜采用铜质材料且细、正方形网格且网格小和密的金属网，以提高电磁屏蔽效能。