電磁屏蔽技術(shù)在衛(wèi)星接收機(jī)房的應(yīng)用研究及實(shí)現(xiàn)

張國平 李源鴻

衛(wèi)星接收機(jī)房主要由衛(wèi)星接收設(shè)備房、計(jì)算機(jī)房、操作大廳三部分組成。對(duì)于計(jì)算機(jī)機(jī)房，國家GB/T2887-2000 給出了電磁場干擾閾值（≤126 dB）和磁場干擾強(qiáng)度閾值（≤800 A/m）。

1 衛(wèi)星接收機(jī)房建筑物附近遭受雷擊時(shí)磁場強(qiáng)度計(jì)算

該建筑物設(shè)計(jì)為第二類防雷建筑物（最大雷電流幅值150 KA）,當(dāng)閃電擊于附近時(shí)，所產(chǎn)生的無衰減磁場強(qiáng)度H0=I0/（2·∏·Sa）（A/m）。

從圖1 可以看出，當(dāng)雷閃擊點(diǎn)離衛(wèi)星接收機(jī)房建筑物40 米以內(nèi)，衛(wèi)星接收機(jī)房內(nèi)的磁場強(qiáng)度都大于800（A/m）,所以衛(wèi)星接收機(jī)房必須采取一定的電磁屏蔽措施來保證機(jī)房內(nèi)設(shè)備的安全。

圖1 建筑物附近遭受雷擊時(shí)機(jī)房的磁場強(qiáng)度曲線圖

2 衛(wèi)星接收機(jī)房建筑物遭受直接雷擊時(shí)暫態(tài)高電位反擊及內(nèi)部的磁場分布特征

在遭受雷擊時(shí)，雷電流將沿建筑物防雷系統(tǒng)中各引下線和接地體匯入大地，在此過程中，將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高位uA=Rgi+hIQ·di/dt。如果引下線與其周圍電子或電氣設(shè)備之間的絕緣距離不夠，且設(shè)備又不與避雷系統(tǒng)共地，則兩者之間就會(huì)出現(xiàn)很高的電壓并會(huì)發(fā)生電擊穿，造成所謂反擊現(xiàn)象。這能導(dǎo)致電子或電氣設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，甚至危及人身安全。

建筑物遭受直接雷擊時(shí)建筑物內(nèi)的磁場分布特征如圖2、圖3 所示。

圖2 建筑物比例模型實(shí)驗(yàn)示意圖

圖3 建筑物內(nèi)的磁場分布

由此可見，其磁場分布是極不均勻的，在靠近引下線的區(qū)域應(yīng)特別注意雷電電池脈沖的防護(hù)。

3 衛(wèi)星接收機(jī)房建筑物鋼筋混凝土剪力墻的電磁脈沖屏蔽效能

該鋼筋混凝土屏蔽層，鋼筋=12 mm；間距=100 mm；混泥土層厚度為200 mm。剪力墻的電磁脈沖屏蔽效能如圖4 所示。

圖4 單層無限大鋼筋混凝土屏蔽層示意圖

由圖可見，該建筑物鋼筋混凝土剪力墻對(duì)電磁脈沖波有一定的衰減作用，而且衰減微小，并不能起到完全屏蔽作用。

4 金屬網(wǎng)的屏蔽特性

圖5 金屬網(wǎng)示意圖

對(duì)于如圖5 所示的單層無限大金屬網(wǎng)的表面阻抗Zs，計(jì)算公式為：

利用上述表面阻抗公式可推導(dǎo)出單層金屬網(wǎng)對(duì)電磁波的屏蔽效能公式為：

4.1 金屬網(wǎng)不同材料的屏蔽效能圖6 所示

圖6 材料為PEC、銅、鋁時(shí)金屬網(wǎng)的屏蔽效能

4.2 金屬網(wǎng)網(wǎng)格大小的屏蔽效能圖7 所示

圖7 解析公式與CST 的單層金屬網(wǎng)屏蔽效能計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4.3 金屬網(wǎng)金屬絲不同直徑的屏蔽效能圖8 所示

圖8 w 為0.05、0.1、0.2 和0.3 時(shí)，解析公式與全波仿真軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4.4 金屬網(wǎng)網(wǎng)格不同夾角的屏蔽效能圖9、圖10 所示

圖9 金屬網(wǎng)網(wǎng)孔形狀示意圖

圖10 兩線夾角θ 變化時(shí)，金屬網(wǎng)屏蔽效能隨頻率的變化規(guī)律

5 電磁屏蔽玻璃的屏蔽特性（表1）

表1 屏蔽效能與電磁波的反射率的關(guān)系

該玻璃是結(jié)合電磁屏蔽技術(shù)而研制出的特種玻璃。它的分類主要有二種：一是在夾層中夾金屬絲網(wǎng)；二是將含金、銀、銅、鐵、銦、錫等金屬或無機(jī)或有機(jī)化合物鹽類，通過物理（真空蒸發(fā)、陰極濺射）和化學(xué)（化學(xué)氣相沉積及熱分解、溶膠凝膠）的方法，在玻璃表面形成上述金屬膜層。

5.1 夾金屬絲網(wǎng)電磁屏蔽玻璃的屏蔽特性

金屬絲的直徑、絲網(wǎng)的目數(shù)都對(duì)屏蔽效果有直接影響。若網(wǎng)眼之間空隙寬度為b，則以矩形窗為例，其截止頻率f 及波長λ 為：fc=15/b λr=2b

對(duì)于平面波夾金屬絲網(wǎng)玻璃的屏蔽效能如下：

當(dāng)λ/2＜πb 時(shí)：SE=0

當(dāng)λ/2＞πb 時(shí)：

5.2 鍍金屬膜電磁屏蔽玻璃的屏蔽特性（表2）

對(duì)于導(dǎo)電膜，膜的方塊電阻（X）與膜對(duì)電磁波的反射率（R）及屏蔽效能之間關(guān)系計(jì)算式如下：

表2 方塊電阻、屏蔽效能和電磁反射率的關(guān)系

5.3 夾金屬絲網(wǎng)電磁屏蔽玻璃和鍍金屬膜電磁屏蔽玻璃的比較如表3

表3 兩種屏蔽玻璃的效能比較

6 利用上述電磁屏蔽特性在我站衛(wèi)星接收機(jī)房具體應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星接收機(jī)房平面圖如圖11 所示。

6.1 衛(wèi)星機(jī)房墻體的電磁屏蔽措施

衛(wèi)星接收機(jī)房的墻體有磚砌墻和鋼筋混凝土墻二種。從上述第3 點(diǎn)得知鋼筋混凝土墻并不能起到電磁屏蔽作用，故機(jī)房所有墻體都必須做電磁屏蔽措施。從經(jīng)濟(jì)成本及施工工藝考慮，采用金屬網(wǎng)電磁屏蔽方式，從上述第4 點(diǎn)金屬網(wǎng)的電磁屏蔽特性考慮，金屬網(wǎng)宜采用銅質(zhì)材料且細(xì)、正方形網(wǎng)格且網(wǎng)格小和密的金屬網(wǎng)，以提高電磁屏蔽效能。

6.2 衛(wèi)星機(jī)房墻體高腰玻璃窗的電磁屏蔽措施

從上述5.1 夾金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽特性得知，雖然對(duì)視線有一定影響，但電磁屏蔽效能相對(duì)較高。故衛(wèi)星接收機(jī)房墻體高腰玻璃窗的電磁屏蔽措施宜采用夾金屬絲網(wǎng)電磁屏蔽玻璃方式實(shí)現(xiàn)。

6.3 衛(wèi)星機(jī)房玻璃門、玻璃隔斷、操作大廳落地玻璃幕墻的電磁屏蔽措施

從上述5.2 鍍金屬膜電磁屏蔽玻璃的屏蔽特性得知，雖然它的電磁屏蔽效能略低于夾金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃，但它透視性好，故衛(wèi)星機(jī)房玻璃門、玻璃隔斷、操作大廳落地玻璃幕墻的電磁屏蔽措施宜采用鍍金屬膜電磁屏蔽玻璃來實(shí)現(xiàn)。

6.4 衛(wèi)星機(jī)房設(shè)備機(jī)柜的安全位置

從上述2 衛(wèi)星接收機(jī)房建筑物遭受直接雷擊時(shí)暫態(tài)高電位反擊及建筑物內(nèi)的磁場分布特征得出，衛(wèi)星機(jī)房設(shè)備機(jī)柜的擺放位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物的結(jié)構(gòu)柱及剪力墻（主引下線），設(shè)置安全距離大于1 米。

6.5 衛(wèi)星機(jī)房的等電位接地系統(tǒng)

機(jī)房接地是為了達(dá)到更好的屏蔽效果；根據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，對(duì)機(jī)房內(nèi)設(shè)備工作接地、保護(hù)接地、邏輯接地、屏蔽體接地、防靜電接地以及建筑物防雷接地等采用共用一組接地系統(tǒng)。

圖11 極軌衛(wèi)星業(yè)務(wù)機(jī)房平面圖