基于HFSS的金属箱体屏蔽效能的研究

摘 要

随着现代电子科学技术的发展，电子设备的数量及种类不断增加，使得电磁环境日趋复杂，电子设备的电磁兼容性能就越来越重要。在电子电器设备的金属机箱设计中，由于需要考虑散热、通风和组装等问题，不同形状的缝隙是不可避免的，本文通过电磁仿真软件Ansoft HFSS，对金属机箱上不同形状的缝隙对机箱屏蔽效能造成的影响进行了详细分析，并得出了结论。

【关键词】电磁兼容 屏蔽效能 HFSS

1 引言

电气和电子工程师协会（IEEE）对电磁兼容（EMC）的定义是：设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。为了保证设备不受外界复杂电磁环境的干扰，并尽可能的不对其他设备造成干扰，一般采用金属机箱对敏感设备进行屏蔽，但是，由于设备的散热、观测和调试需要等因素的存在，机箱上的缝隙是不可避免的，外界的电磁干扰通过这些缝隙耦合到机箱内部，造成电路中敏感器件的波动，影响设备正常工作。电磁屏蔽效能（Electromagnetic Shielding Effectiveness，简称SE） 是一种电磁指标，被用以度量电磁屏蔽作用的强弱，它的定义是：在电磁场中同一地点无屏蔽存在时的电场强度与加屏蔽体后的电场强度之比，用SE表示：

其中，E0是空间中试验点在不采取任何屏蔽措施时的电场强度，Es是同一试验点在经过屏蔽体衰减后的电场强度，SE越大，屏蔽效果越好。本文通过使用Ansoft HFSS仿真软件，建立了金属机箱等效模型，Σ煌情形下的电子设备机箱进行了屏蔽效应分析，总结了提高机箱屏蔽效能的改进措施。

2 HFSS模型的建立

Ansoft HFSS作为是一款基于有限元法（FEM）的三维结构电磁场仿真软件，被业界广为认可，在本文中用以研究多种因素和屏蔽效能的关系。如图1，研究选用厚度为0.5mm的铝制箱体，箱体的几何尺寸为300×200×100mm，激励则使用平面波源，将入射波设为沿X轴负方向垂直入射，电场测试点位于箱体中心。

3 屏蔽效能研究

为了研究金属机箱上的缝隙形状和大小与屏蔽效能之间的关系，我们选择在固定尺寸的机箱上构造不同的缝隙，通过比较来研究它们的优劣。

3.1 矩形缝隙长宽比例和屏蔽效能的关系

实验选取矩形缝隙，为了使通风性能一致，保持矩形缝隙的面积不变，改变箱体上的矩形缝隙的长宽比例，分别研究80×1.25mm、50×2mm和10×10mm时的屏蔽效能变化，结果如图2所示，10×10mm时的屏蔽效能最好，50×2mm时其次，80×1.25mm时最差。这表明，在其他条件不变的情况下，矩形缝隙长宽比例和屏蔽效能呈负相关。

3.2 缝隙个数和屏蔽效能的关系

实验选取不同个数的圆形小孔阵，保持总开孔面积不变，改变小孔的数量，分别研究4个、9个和16个圆形小孔的屏蔽效能变化，结果如图3所示，16小孔的屏蔽效能最好，9个小孔其次，4个小孔最差。这表明，在开孔面积一定的情况下，个增加开孔个数，减小单个小孔的尺寸有利于提高屏蔽效能。

3.3 缝隙形状和屏蔽效能的关系

实验选取不同形状的小孔，保持小孔的面积不变，改变小孔的形状，分别研究正方形、六边形和圆形时的屏蔽效能变化，结果如图4所示，圆形小孔的屏蔽效能最好，六边形稍差，正方形最差。这表明，尽量使用圆形小孔能提高箱体屏蔽效能。

4 结论

本文通过电磁仿真软件Ansoft HFSS，对金属机箱上不同形状的缝隙对机箱屏蔽效能的影响进行了详细分析，并得出了结论：对于面积固定的矩形缝隙，长宽比例越小，屏蔽效能越好；不同形状的小孔中，形状圆滑的小孔屏蔽效能较好；多个小孔比单个大孔屏蔽效能好。因此，在敏感设备机箱外壳的设计中，建议尽量采用长宽比例较小的矩形缝隙，通风孔形状尽量圆滑，并且尽量避免大面积开孔，有利于提高机箱的屏蔽效应，避免电磁干扰。

参考文献

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