電子控制器機箱電磁屏蔽效能仿真與測試驗證★

郭文卿，丁祎明，王永勝，張少波，李 偉

（1.中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西 太原 030006；2.北京動力機械研究所，北京 100074）

引言

航空發(fā)動機艙內電磁環(huán)境復雜，大功率執(zhí)行機構的頻繁起停，對內部電磁環(huán)境造成了嚴重影響。電子控制器作為高速信息處理設備，其電磁敏感度極高，在復雜的電磁環(huán)境下，可能出現(xiàn)采集信號漂移、控制指令出錯等電磁干擾現(xiàn)象，造成嚴重的飛行事故。因此有必要開展機箱電磁屏蔽效能研究，降低電子控制器面臨的空間電磁干擾風險。通過開展適用于工程應用的機箱屏蔽效能仿真方法研究，將機箱電磁防護設計融入控制系統(tǒng)設計流程中，對提高電磁防護設計效率具有現(xiàn)實的指導意義。

1 屏蔽效能定義

屏蔽效能（SE），是指沒有屏蔽箱體時觀察點的電場強度與有屏蔽箱體時該觀察點處電場強度的比值。

式中：E′為屏蔽箱體內的電場強度；E0為入射電場強度；H′和H0為相應的磁場強度。

2 電磁屏蔽效能仿真分析

2.1 建模

1）機箱建模。通過仿真軟件外部導入功能直接將機箱三維模型導入。機箱結構中影響屏蔽效能的孔口和縫隙，根據(jù)設計需求進行取舍。本文中只保留了機箱的D 型接口，如圖1 所示。

圖1 機箱模型

2）外部電磁場建模。仿真激勵源采用0 dBV/m平面波照射，波形為脈沖形式，頻域范圍覆蓋1～8 GHz，如圖2 所示。

圖2 仿真激勵源模型

3）機箱內部電場監(jiān)測點。建立機箱內部電場監(jiān)測點，接收耦合進入機箱的電場強度。監(jiān)測點位置如下頁圖3 所示。

圖3 機箱內部監(jiān)測點位置

2.2 仿真結果

根據(jù)屏蔽效能計算公式，以dBV/m 為單位的內部探針監(jiān)測值即為機箱屏蔽效能。仿真結果如下頁圖4 所示。

圖4 機箱屏蔽效能仿真結果

3 電磁屏蔽效能測試驗證

3.1 測試環(huán)境

測試環(huán)境包括信號源和發(fā)射天線組成的電磁輻射系統(tǒng)、電場探頭和頻譜儀組成的電磁場監(jiān)測系統(tǒng)。校準測試布置如圖5 所示。機箱內部電場測試布置如圖6 所示。

圖5 校準測試布置圖

圖6 機箱內部電場測試布置圖

3.2 測試結果

通過空間校準和機箱內部電場測試兩個環(huán)節(jié)，獲得兩條測試曲線；再根據(jù)屏蔽效能定義，進行數(shù)據(jù)處理和計算，得到機箱屏蔽效能。本次研究采用掃頻的方式進行電場測量，掃頻測試量將獲得全頻段的電場曲線，有利于與仿真結果進行對比驗證。

校準值曲線截圖如圖7 所示，測試值曲線截圖如圖8 所示。

圖7 校準值截圖

圖8 測試值截圖

3.3 測試數(shù)據(jù)處理

屏蔽效能測試結果=測試值（dBm）-校準值（dBm）。

將頻譜儀記錄數(shù)據(jù)導出進行處理，分別對校準值和測試值進行上包絡取值，校準值上包絡如圖9所示，測試值上包絡如下頁圖10 所示。

圖9 校準值與其上包絡曲線

圖10 測試值與其上包絡曲線

將校準值上包絡與測試值上包絡代入上述計算方法，得到電磁屏蔽效能測試結果。電磁屏蔽效能仿真值進行x 軸線性插值，便于計算仿真誤差。仿真上包絡曲線如下頁圖11 所示，測試和仿真結果對比如圖12 所示，仿真誤差分布如下頁圖13 所示。

圖11 仿真結果及其上包絡曲線

圖12 測試和仿真結果對比圖

圖13 仿真誤差分布

4 結論

1）機箱屏蔽效能隨著頻率增大而降低；

2）通過掃頻方式測試屏蔽效能的方法可行，需采用取上包絡的數(shù)據(jù)處理方式減小測試采樣點不同步造成的誤差；

3）機箱屏蔽效能仿真結果與實測結果相差小于15 dB，該仿真方法具有一定的工程指導意義。