CN109581096A - 屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法 - Google Patents

屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法 Download PDF

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Abstract

一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法，建立矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型，该矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型包含：矩形腔体、设置在矩形腔体上的矩形开孔处的电磁材料网、设置在矩形腔体外部的激励源、以及设置在矩形腔体中心的场强监测点，获得矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能，在矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型中矩形腔体的顶面内部安装吸收介质片，形成具有吸收介质片的屏蔽室屏蔽效能分析模型，获得具有吸收介质片的屏蔽室屏蔽效能分析模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能。本发明通过在屏蔽室内部增加介质结构的方式，降低屏蔽室电磁谐振效应，并显著降低金属网屏蔽效能结果的波动性，提高金属屏蔽材料的屏蔽效能测试精度。

Description

屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法
技术领域
本发明涉及无线通信中的电磁兼容设计领域，尤其涉及一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法。
背景技术
电磁屏蔽效能，是指在同一激励电平下，无屏蔽材料时接收到的功率或场强与有屏蔽材料时接收的功率或场强之比，并以对数表示。屏蔽效能是屏蔽材料的重要性能之一，可以起到对外界电磁波的阻挡抑制作用，包含设备系统不受外界电磁波的干扰。
电磁屏蔽效能测试通常会选择在较为干净电磁环境下进行，以减少外界环境对测试的影响。常见的电磁屏蔽效能测试环境包含混响室、半电波暗室，以及全电波暗室暗室。对于电磁屏蔽材料的屏蔽效能测试，包含金属网、导电薄膜、导电介质板以及导电橡胶板等吸波材料等，通常选择在屏蔽室进行。测试时将电磁屏蔽材料安装于屏蔽室预置的窗口，发射天线在屏蔽室外部发射激励电平，接收天线在屏蔽室内部接收功率或场强。由于屏蔽室通常是一个封闭腔体，会有谐振效应，与电磁屏蔽效能基本定义要求的环境有偏差，导致测试结果不是真实电磁屏蔽材料的屏蔽效能，而是屏蔽室与电磁屏蔽材料的整体屏蔽效能，不能满足实际要求。
发明内容
本发明提供一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型及其测量方法，通过在屏蔽室内部增加介质结构的方式，降低屏蔽室电磁谐振效应，并显著降低金属网屏蔽效能结果的波动性，提高金属屏蔽材料的屏蔽效能测试精度。
为了达到上述目的，本发明提供一种屏蔽室屏蔽效能分析模型，包含：
矩形腔体，该矩形腔体的其中一面上具有矩形开孔；
电磁材料网，其设置在矩形腔体上的矩形开孔处；
吸收介质片，其设置在矩形腔体的内部，提高了矩形腔体内部的场强损耗，降低了矩形腔体谐振效应对屏蔽效能的影响；
激励源，其设置在矩形腔体外部，面对矩形腔体上的矩形开孔处发射均匀的平面波；
场强监测点，其设置在矩形腔体中心，用于监测矩形腔体中心处的电场值。
所述的吸收介质片的数量大于等于1。
所述的激励源、矩形开孔中心、电磁材料网中心、以及场强监测点等高，全部位于同一直线上。
所述的激励源发射的平面波的入射方向垂直于矩形腔体上具有矩形开孔的一面，电场方向与矩形腔体高的方向平行。
所述的电磁材料网的尺寸与矩形腔体上的矩形开孔的尺寸一致。
本发明还提供一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法，包含以下步骤：
步骤S1、建立矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能；
步骤S2、建立具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能。
所述的步骤S1包含以下步骤：
步骤S1.1、建立矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型，该矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型包含：矩形腔体、设置在矩形腔体上的矩形开孔处的电磁材料网、设置在矩形腔体外部的激励源、以及设置在矩形腔体中心的场强监测点；
步骤S1.2、获得矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能：
其中，SE为电场屏蔽效能，Eo为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，Es为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值。
所述的步骤S2包含以下步骤：
步骤S2.1、在矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型中矩形腔体的顶面内部安装吸收介质片，形成具有吸收介质片的屏蔽室屏蔽效能分析模型；
步骤S2.2、获得具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能：
其中，SE’为电场屏蔽效能，E′O为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，ES′为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值。
计算矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能和计算具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能时的激励源的外部激励功率不变，且场强监测点位置不变。
所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法还包含步骤S3，建立无限大金属网理论对比验证模型，仿真获得无限大金属网理论屏蔽效能，验证具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型的屏蔽效能，所述的无限大金属网理论对比验证模型具有与具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型相同的网格结构。
本发明针对屏蔽室下电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法进行改善，通过在屏蔽室内部增加介质结构的方式，降低屏蔽室电磁谐振效应，并显著降低金属网屏蔽效能结果的波动性，在特定频段内(0.1GHz～2GHz)开展电磁屏蔽效能分析，通过对比分析，提高金属屏蔽材料的屏蔽效能测试精度。
附图说明
图1是本发明提供的一种金属屏蔽材料屏蔽室的结构示意图。
图2是矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型。
图3是正方形金属网结构示意图。
图4是矩形开孔安装正方形金属网屏蔽效能分析模型。
图5是改进前正方形金属网屏蔽效能。
图6是吸收介质片金属网屏蔽效能分析模型。
图7是改进前正方形金属网屏蔽效能与改进后正方形金属网屏蔽效能对比。
图8是改进后正方形金属网屏蔽效能与无限大金属网屏蔽效能对比。
具体实施方式
以下根据图1～图8，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，包含：
矩形腔体1，该矩形腔体1的其中一面上具有矩形开孔；
电磁材料网2，其设置在矩形腔体1上的矩形开孔处；
吸收介质片3，其设置在矩形腔体1的顶面内部，提高了矩形腔体内部的场强损耗，降低了矩形腔体谐振效应对屏蔽效能的影响；
激励源4，其设置在矩形腔体1外部，面对矩形腔体1上的矩形开孔处发射均匀的平面波，入射方向垂直于矩形腔体1上具有矩形开孔的一面，电场方向与矩形腔体高的方向平行；
场强监测点5，其设置在矩形腔体1中心，用于监测矩形腔体1中心处的电场值。
本发明还提供一种基于屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型实现的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法，包含以下步骤：
步骤S1、建立矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能；
步骤S2、建立具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能；
步骤S3、建立无限大金属网理论对比验证模型，验证具有吸收介质片的屏蔽室的屏蔽效能。
GJB6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》标准规定了对于各种屏蔽材料的屏蔽效能测试方法，主要采用屏蔽室(10kHz～40GHz频率范围)或者法兰同轴装置(30MHz～1.5GHz频率范围)。对于较大尺寸的屏蔽材料，需要结合屏蔽室进行测试；对于较小尺寸的屏蔽材料试片，可以结合法兰同轴装置进行测试。屏蔽室方法是在一个具有开孔的金属腔体进行屏蔽效能测试，电磁信号在腔体内部会有明显的谐振效应，导致测试结果波动大、偏差大。这种巨大的测试结果波动，可以通过在三维电磁软件中建立模型分析获得。
所述的步骤S1具体包含以下步骤：
步骤S1.1、建立满足GJB6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》要求的矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型，该矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型包含：矩形腔体、设置在矩形腔体上的矩形开孔处的电磁材料网、设置在矩形腔体外部的激励源、以及设置在矩形腔体中心的场强监测点；
本实施例中，如图2所示，矩形腔体采用带正方形开孔的金属腔体，矩形腔体尺寸为0.6m×0.5m×0.5m(长×宽×高)，正方形开孔尺寸为0.2m×0.2m，正方形开孔位于矩形腔体一个侧面(宽和高所在平面)中心，腔体厚度为0.5mm，金属腔体外部用均匀平面波照射，内部在矩形腔体中心设置场强监测点；激励源距离该正方形开孔的距离为0.6m，入射方向垂直于开孔面，电场方向与矩形腔体高的方向平行，激励源的频率范围是0.1GHz～2GHz，扫频间隔为25MHz；如图3所示，电磁材料网采用正方形金属网，金属网的边长为0.2m×0.2m，网格的间距为10mm的小正方形，该金属网对于低频电磁信号具有较好的屏蔽效果，因此分析的频段为0.1GHz～2GHz；如图4所示，将正方形金属网安装于金属腔体的正方形开孔中；激励源、正方形开孔中心、正方形金属网中心、以及场强监测点等高，全部位于同一直线上。
步骤S1.2、获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能：
其中，SE为电场屏蔽效能，Eo为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，Es为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值；
本实施例中，在0.1GHz～2GHz频段范围内，在外部平面波激励照射下，通过对比在金属腔体开孔上安装与未安装上述正方形金属网两种情况下金属腔体中心场强监测点的电场值，获得金属网的屏蔽效能，如图5所示，利用金属腔体获得的金属网屏蔽效能在低频段变化较为稳定，在高频段剧烈波动，不符合实际的屏蔽效能规律，结果可信度低。由于步骤S1中的矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型环境下，电磁信号入射到在金属表面时，会改变原有传播方向，产生反射。电磁信号进入金属腔体时，电磁波在腔体内部多次反射，实际在接收天线处的电磁场是各种反射波叠加的效果，在有些频点，由于电磁波波长与腔体尺寸满足一定尺度比，会带来谐振效应，导致金属腔体内部场强增大，影响了测试结果的准确性。这种效应是腔体本身带来的，与被测金属网无关，因此对金属网屏蔽效能结果有很大的影响。
所述的步骤S2具体包含以下步骤：
步骤S2.1、如图6所示，在矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型中矩形腔体的顶面内部安装吸收介质片，形成具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型；
在本实施例中，吸收介质片的尺寸为0.598m×0.498m×0.005m(长×宽×高)，置于金属腔体内部顶层，吸收介质片的电磁参数包含：相对介电常数εr＝10、相对磁导率μr＝4、介质损耗角tan(δe)＝0.2，以及磁损耗角tan(δm)＝0.5。吸收介质片提高了电磁波在腔体内部的衰减速率，减少了电磁波在腔体内部的振荡，提高了内部场强的均匀性；
步骤S2.2、获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能：
其中，SE’为电场屏蔽效能，E′O为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，ES′为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值；
在本实施例中，设定外部平面波激励的频率范围是0.1GHz～2GHz，扫频间隔为25MHz，保持步骤S1和步骤S2中两次计算时的外部激励功率不变，场强监测点位置不变。在原有金属腔体基础上，在内部顶层安装一吸收介质片方式，通过对比在金属腔体开孔上安装与未安装上述正方形金属网两种情况下场强监测点的电场值，并除去介质带来的损耗，获得安装了吸收介质片后的金属网的屏蔽效能。如图7所示，改进后安装了吸收介质片的模型分析获得的屏蔽效能，变化趋势平缓，波动性较小，而改进前未安装吸收介质片的模型分析获得的屏蔽效能波动性太大，具有明显的腔体谐振效应，与实际测试不相符，通过前后对比显示，安装了吸收介质片后的改进的方法能够显著降低金属网屏蔽效能结果的波动性。
所述的步骤S3具体包含以下步骤：
建立具有相同网格结构的无限大金属网理论对比验证模型，仿真获得无限大金属网理论屏蔽效能。仿真的频率范围是0.1GHz～2GHz，扫频间隔为25MHz。
将仿真获得的具有相同网格结构的无限大金属网屏蔽效能与步骤S2中具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型得到的金属网屏蔽效能进行对比，如图8所示，安装了吸收介质片的模型获得的屏蔽效能与理论屏蔽效能趋势吻合一致，从而验证了改进的屏蔽效能测试方法是可行有效，结果可信。
本发明中所述的吸波介质片可以采用圆形、三角形等任意形状，数量可以是1个或多个，安装位置可以设置在矩形腔体的顶面内部，或底面内部，或矩形开孔对面位置等，采用的吸波介质片的外形结构尺寸、数量、安装位置，以及电磁参数不仅仅局限于实施例中的描述，本发明能够应用于多种电磁材料的屏蔽效能获得，不仅仅局限在正方形金属网，本发明的扫频范围、金属网格尺寸形状以及网孔大小、金属腔体尺寸与形状等，不仅仅局限于上述实施例描述的参数范围内。
本发明针对屏蔽室下电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法进行改善，通过在屏蔽室内部增加介质结构的方式，降低屏蔽室电磁谐振效应，并显著降低金属网屏蔽效能结果的波动性，在特定频段内(0.1GHz～2GHz)开展电磁屏蔽效能分析，通过对比分析，提高金属屏蔽材料的屏蔽效能测试精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，其特征在于，包含：
矩形腔体，该矩形腔体的其中一面上具有矩形开孔；
电磁材料网，其设置在矩形腔体上的矩形开孔处；
吸收介质片，其设置在矩形腔体的内部，提高了矩形腔体内部的场强损耗，降低了矩形腔体谐振效应对屏蔽效能的影响；
激励源，其设置在矩形腔体外部，面对矩形腔体上的矩形开孔处发射均匀的平面波；
场强监测点，其设置在矩形腔体中心，用于监测矩形腔体中心处的电场值。
2.如权利要求1所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，其特征在于，所述的吸收介质片的数量大于等于1。
3.如权利要求1所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，其特征在于，所述的激励源、矩形开孔中心、电磁材料网中心、以及场强监测点等高，全部位于同一直线上。
4.如权利要求1所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，其特征在于，所述的激励源发射的平面波的入射方向垂直于矩形腔体上具有矩形开孔的一面，电场方向与矩形腔体高的方向平行。
5.如权利要求1所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，其特征在于，所述的电磁材料网的尺寸与矩形腔体上的矩形开孔的尺寸一致。
6.一种基于如权利要求1-5中任意一项所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型实现的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、建立矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能；
步骤S2、建立具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型，获得电磁屏蔽材料的屏蔽效能。
7.如权利要求5所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法，其特征在于，所述的步骤S1包含以下步骤：
步骤S1.1、建立矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型，该矩形开孔屏蔽室屏蔽效能模型包含：矩形腔体、设置在矩形腔体上的矩形开孔处的电磁材料网、设置在矩形腔体外部的激励源、以及设置在矩形腔体中心的场强监测点；
步骤S1.2、获得矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能：
其中，SE为电场屏蔽效能，Eo为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，Es为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值。
8.如权利要求6所述的屏蔽室屏蔽效能测量方法，其特征在于，所述的步骤S2包含以下步骤：
步骤S2.1、在矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型中矩形腔体的顶面内部安装吸收介质片，形成具有吸收介质片的屏蔽室屏蔽效能分析模型；
步骤S2.2、获得具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能：
其中，SE’为电场屏蔽效能，E′O为未安装正方形金属网时场强监测点的电磁值，E′S为安装正方形金属网时场强监测点的电磁值。
9.如权利要求7所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法，其特征在于，计算矩形开孔屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能和计算具有吸收介质片的屏蔽室屏蔽效能分析模型的电磁屏蔽材料屏蔽效能时的激励源的外部激励功率不变，且场强监测点位置不变。
10.如权利要求8所述的屏蔽室屏蔽效能测量方法，其特征在于，所述的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能测量方法还包含步骤S3，建立无限大金属网理论对比验证模型，仿真获得无限大金属网理论屏蔽效能，验证具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型的屏蔽效能，所述的无限大金属网理论对比验证模型具有与具有吸收介质片的屏蔽室下金属屏蔽材料屏蔽效能分析模型相同的网格结构。
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