截止波導在電磁屏蔽中的應用

1、截止波導在電磁屏蔽中的應用摘 要：電磁屏蔽效能取決于屏蔽體薄弱環(huán)節(jié)，只有屏蔽體的各個組成部分都能達到屏蔽效能要求，才能滿足屏蔽體的整體屏蔽要求。在工程實踐中，由于功能要求，電子設備的屏蔽體會留有各種各樣的孔洞或縫隙，如通風散熱孔等，解決這些問題最有效的方法就是截止波導。關鍵詞：電磁屏蔽 截止波導 屏蔽效能 1 引言隨著電子設備及系統向輕量、小體積、大功率密度、高頻、高效率等方面發(fā)展，電磁兼容性問題日益突出，電子設備及系統在電磁環(huán)境中的適應能力成為重要考核指標。電磁屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一，而屏蔽體上孔縫的處理又是電磁屏蔽的重中之重，因而，截止波導在電子設備及系統應用日益廣泛。本文主

2、要討論截止波導的工作原理、設計計算及工程應用，尋求一種解決電磁屏蔽問題切實有效的方法。2 工作原理截止波導是一種具有高通濾波器的特性的管狀金屬結構。其允許截止頻率以上的信號通過，而截止頻率以下的信號則被阻止或衰減。利用這個特性，根據電磁干擾信號的頻率，設計截止波導，使電磁干擾信號的頻率在截止波導的截止區(qū)內（如圖1所示），對電磁干擾信號產生很大的衰減，從而達到電磁屏蔽的作用。因為集膚效應，截止波導的管狀金屬結構壁厚可以很小，總開孔面積相應增加。因此，截止波導既滿足通風散熱要求，又能滿足電磁屏蔽性能要求，是解決通風散熱和屏蔽矛盾的優(yōu)先選擇。圖13 設計計算 截止波導的截面有圓形、正方形、六角形和矩

3、形等。3.1截止頻率計算3.1.1圓形波導的截止頻率f0=17.6x109/D （1）式中：f0-截止頻率（Hz）；D-圓形截面的直徑(cm)。3.1.2六角形波導的截止頻率f0=15x109/W （2）式中：f0-截止頻率（Hz）；W-六角形截面外接圓直徑(cm)。3.1.3矩形波導的截止頻率f0=15x109/L （3）式中：f0-截止頻率（Hz）；L-矩形截面對角線長度 (cm)。3.2截止波導的屏蔽效能截止波導屏蔽效能（SE）主要為截止波導的吸收損耗（A）與孔洞的反射損耗（R）之和。SE = ARBK1K2+K3 （4）式中：A 孔的吸收損耗 (dB)R 孔的反射損耗 (dB)B 孔的

4、多次反射損耗 (dB)K1 孔數目修正系數 K2 低頻穿透修正系數 K3 孔間耦合修正系數 A=1.823xf0xTx10-91-(f/f0)21/2 (dB) （5）式中： f0-截止頻率（Hz）；f-電磁干擾信號的頻率（Hz）；T-截止波導的長度（cm）。當ff0時，截止波導的吸收損耗A可進行以下簡化計算：圓形波導：A32T/D （6）六角形波導：A27.3T/W （7）矩形波導：A27.3T/L （8）進行截止波導設計和選用時，一般要求:T3D、T3W、T3L；f0=(510) f3.3設計流程截止波導設計流程主要是公式（1）（8）的應用，通用截止波導類產品選用可參考使用。3.3.1確定

5、需要屏蔽的電磁干擾信號的最高頻率f電磁干擾信號的最高頻率可以在設備及系統的技術條件中約束，也可以通過實際測試獲得。3.3.2確定孔縫泄漏是否滿足屏蔽要求截止波導在成本上高于普通屏蔽措施，在高頻、高功率密度的電子設備或系統中，當采用一般屏蔽措施不能滿足屏蔽性能要求或影響某些功能，如通風散熱等，可采用截止波導?；蛟诤教?、軍工等領域，對電磁屏蔽要求極高的場合。根據屏蔽要求，確定截止波導應滿足的屏蔽效能。3.3.3確定截止波導的截面形狀截止波導的截面形狀應根據機械加工能力、模具確定。在滿足屏蔽性能和電子設備的功能要求前提下，應簡單、加工制造工藝性良好，并適合批量生產。3.3.4確定波導的截止頻率f0波

6、導的截止頻率應根據電磁干擾信號的最高頻率來確定，應滿足：ff0，一般取f0=(510) f。3.3.5計算截止波導的截面尺寸根據3.3.3確定的截面形狀，利用公式（1）（3）推導截止波導的截面尺寸(D、W或L)。3.3.6確定截止波導的長度T根據截止波導應滿足的屏蔽效能(A)要求，利用公式（5）（8）計算截止波導的長度T。當ff0時，可利用公式（6）（8）進行估算。 一般T3D、T3W、T3L，根據實際情況，對3.3.5計算的截止波導的截面尺寸進行校核，選擇合適的T/D、T/W或T/L值。4截止波導的工程應用4.1截止波導產品簡介4.1.1蜂窩形通風板在屏蔽設計中，蜂窩形通風板（簡稱蜂窩板）是

7、使用較為廣泛的截止波導之一。蜂窩板是將大量的截止波導通過焊接（釬焊）方式組合在一起，形成截止波導陣列（如圖2所示）。截止波導陣列的每一個六邊形單元都是一個截止波導，用于提高屏蔽效能。蜂窩板主要用于通風散熱和電磁屏蔽要求較高的場合。圖24.1.2多孔金屬板多孔金屬板（如圖3所示）是在金屬屏蔽板上用許多小孔代替大直徑的孔，以提高金屬屏蔽板的屏蔽效能。多孔金屬板具有屏蔽性能穩(wěn)定、結構與工藝簡單、成本低等優(yōu)點，主要用于通風散熱和電磁屏蔽要求不高的場合。也可以通過增加金屬板厚度，提高多孔金屬板的電磁屏蔽效能。圖34.2截止波導工程應用注意事項4.2.1截止波導對于頻率在截止頻率以上的電磁干擾信號沒有任何

8、衰減作用。因此，波導的截止頻率至少是所屏蔽電磁干擾信號頻率的5倍以上。4.2.2截止波導管內不應有任何金屬材料穿過，如電纜、金屬鎧裝光纜等，否則導致嚴重的電磁泄漏。4.2.3截止波導的安裝法蘭面與屏蔽體結合面應360º導電連接。4.2.4組成蜂窩板的每個截止波導間必須是可靠導電連接，并且不允許有縫隙。必要時，可采用金屬涂（鍍）層以保證每個蜂窩周邊形成連續(xù)導電層。避免因縫隙造成蜂窩板屏蔽性能下降。4.3工程應用某高頻開關電源，前面板通風孔為5X30(mm)長圓孔陣列組合（如圖4所示）。按GJB152A實驗方法、GJB151A陸軍地面要求進行EMC試驗，RE102超標（如圖5所示）；RS103試驗時，故障燈亮，負載燈忽高忽低閃爍。 圖4 圖5整改時，前面板通風孔采用5X5(mm)波導窗（如圖6所示），RE102通過，工作正常，輸出穩(wěn)定（如圖7所示）。 圖6 圖75 總結對可靠性、電磁兼容性和環(huán)境適應性要求較高的電子設備及系統，特別是在航天、軍工等領域，截止波導在解決屏蔽體薄弱環(huán)節(jié)的屏蔽問題上具有良好的性價比。屏蔽失效往往出在細節(jié)上，在截止波導設計和工程應用的過程中，應從原理上了解，通過計算求證，利用試驗驗證，并在工程應用中總結經驗，確保電子設備及系統功能要求和電磁兼容要求。參考文獻1. 高攸鋼，屏蔽與接地，北京郵電大學出版社，200