（机械电子工程专业论文）电磁干扰衬垫的电磁特性及其测试方法的研究.pdf

摘要 电磁干扰衬垫的电磁特性及其测试方法的研究 雷震指导教师：蒋全兴 东南大学机械工程系电磁兼容研究室 摘要 电子产品的大量使用，导致电磁泄漏增加，恶化了电磁环境。屏蔽体上的孔缝将导致电 磁波在某些频率上发生耦合，并且随着缝隙尺寸的增加耦合效率也增加。屏蔽体上的不连续 性导致屏蔽水平的降级。电磁干扰衬垫由导电材料制成，它可以提升另部件的电连接性能。 衬垫对缝隙的屏蔽效果取决于衬垫材质和安装方式。研究村垫的电磁屏蔽性能有很重要的理 论意义和实际价值。本文从试验测试和数值分析两个方面进行了研究。 - 目前电磁干扰衬垫的测试方法有多种，标准测试方法有a r p1 7 0 5 1 9 8 1 ( 1 9 9 1 ) 、a r p 1 1 7 3 - 1 9 8 8 、d e f s t a r t5 9 1 0 3 ( 1 7 s 印- 9 3 ) 和m i l - g 一8 3 5 2 8 b ( 1 9 9 3 ) 。这篇文章主要关注的是a r p 1 7 0 5 1 9 8 1 ( 1 9 9 1 ) 转移阻抗测试方法，它具有经济、高效、便携的优点。论文涉及到此测试方 法的测试原理、测试指标、测试误差来源及测试装置优化等。在自行研制的转移阻抗测试装 置中，开创性地加入了气动系统，测试系统可以获得衬垫在不同压力状态下的电磁屏蔽性能。 时域有限差分法( f d t d ) 是近年流行的数值算法，在电磁领域有广泛的应用，但在解 决衬垫屏蔽性能方面以往的文献中还不多见。本论文的后半部分应用时域有限差分法 ( f d t d ) 建立指形铍铜衬垫在搭接缝隙中的数值模型，分析屏蔽树垫在不同缝隙、型号、 压缩状态条件下电磁屏蔽特性的差异。 主要研究成果如下： 1 ) 基于转移阻抗测试原理，研制了一台转移阻抗测试装置，测试装置安装有气动系统。可 以获得衬垫在不同压力状态下转移阻抗的测试数据。通过试验测试，系统运行良好。分析了 评价指标间的关系。找出了测试系统的误差来源，转移阻抗测试装置测试中的误差有两方面 的来源，分别是测试装置的非线性特性和装置谐振。分析了测试装置的非线性特性和装置谐 振对测试误差的影响。指出导致装置谐振发生的两因素：一方面是下腔体的腔体谐振，另一 方面是集总电阻和上腔体的联合作用产生驻波。具体谐振点通过软件分析得到。 2 ) 将遗传算法应用于转移阻抗测试装置，优化其参数，改善转移阻抗测试装置的阻抗匹配。 遗传算法通过选择、交叉、变异等运算获得了最优点。优化后的参数有效地应用于测试装置， 转移阻抗测试装置可以保证对通常意义下的衬垫产品在0 2 g h z 的良好匹配采用多次距 离的概念可有效地处理多种衬垫的幅值相位的多层次多目标问题，建立起目标函数。 3 ) 采用时域有限差分法建立了安装于搭接缝隙间衬垫数值模型。分析电磁干扰衬垫的电磁 特性，得到在不同边界条件、不同缝隙、不同衬垫大小、不同压缩状态等对电磁屏蔽效能的 影响，得到一些规律性结果。村垫上窄缝的减小可以提高屏蔽效能；衬垫受压增加可以提高 屏蔽效能，并且认为5 0 的压缩比是一个最合适的压缩比。 ， 4 ) 试验研究了多种因素对电磁干扰( e m i ) 衬垫电磁屏蔽性能的影响。这些因素包括试件 大小、试件受压、衬垫结构、尘土和盐雾等。试验结果说明试件大小、试件受压、衬垫结构、 尘土和盐雾等都会影响衬垫屏蔽性能。 关键词：e m i 衬垫转移阻抗测试装置遗传算法优化屏蔽效能时域有限差分法 a b s t r a c t t h e s t u d yo ns h i e l d i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e t e s t i n gm e t h o df o re m ig a s k e t s l e iz h e n s u p e r v i s o r ：j i a n gq u a n x i n g e m cl a b ，d e p a r t m e n to f m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g , s o u t h e a s tu n i v e r s i t y , n a n j i n gc h i n a a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n to f t h es o c i e t y , m o r ea n dm o r ee l e c t r o n i cp r o d u c t sa r ei na p p l i c a t i o n e l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n tb e c o m e sw o r s ea n dw o r s e a n yo p e n i n g sa n ds e a i n si na ne n c l o s u r e c a np r o v i d ea l le f f i c i e n tc o u p l i n gp a t ha ts p e c i f i cf r e q u e n c y a st h ea p e r t u r ei n c r e a s e si ns i z e ，i t s c o u p l i n ge f f i c i e n c yi n c r e a s e s ，a n yd i s c o n t i n u i t i e sw i l ld e g r a d et h es h i e l d i n ga n dm a k ec r i t i c a lb y m a i n t a i n i n g t h ed e s i r e dl e v e lo f s h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s a ne l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e 饵m i ) g a s k e ti sac o n d u c t i v em a t e r i a lu s e df o ri m p r o v i n gt h ee l e c t r i c a lb o n d i n gb e t w e e nm e t a l l i c c o m p o n 6 n t so f a ne l e c t r o n i cc h a s s i s ，e q u i p m e n te n c l o s u r e ，o re l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d n e e f f e c t i v e n e s s o f g a s k e t s i n t h e c l o s i n g o f s e a m s a n d j o i n t s d e p e n d u p o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e g a s k e t a n di t si n s t a l l a t i o n s e v e r a lt e c h n i q u e sa r ea v a i l a b l et om e a s u r et h ee l e c t r o m a g n e t i cp r o p e r t i e so f e g a s k e t s s t a n d a r d i z e dm e a s u r e m e n t t e c h n i q u e sc o n s i s to f t h et r a n s f e ri m p e d a n c em e a s m e m e n to f a r p 1 7 0 5 1 9 8 1 ( 1 9 9 1 ) a n dt h ea p e r t u r et r a n s m i s s i o ni m p l e m e n t a t i o n so f a r p11 7 3 1 9 8 8 d e f s t a n 5 9 1 0 3 ( 1 7 一s e p - 9 3 ) a n d l g - 8 3 5 2 8 b ( 1 9 9 3 ) t h i sp a p e rf o c u s e so nt h et r a n s f e ri m p e d a n c e m e a s u r e m e n t s i n c et r a n s f e ri m p e d a n c ei sam a t h e m a t i c a lc o n c e p to n l y , w h i c hc a n tb em e a s u r e d d i r e c t l y i t sb e h a v i o r , h o w e v e r , c a nb ee f f e c t i v e l yc h a r a c t e r i z e dw i t ht h ea r p1 7 0 5 1 9 9 1f i x t u r e c o a x i a l t r a n s f e r i m p e d a n c e t e s t f i x m r e f o r c e d a c u r r e n t t op a s s t h e g a s k e t a n d m e a s u r e d t h e v o l t a g ed r o pa c r o s si t t h em a i na c h i e v e m e n t sa r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 )ac o a x i a lt r a n s f e ri m p e d a n c e ( t i ) t e s t i n gf i x t u r ei sd e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e df i r s t l yi n c h i n a t h et r a n s f e ri m p e d a n c et e s t i n g 1 i k eo t h e rs h i e l d i n gp e r f o r m a n c et e s t i n g , i ss u s c e p t i b l et o s t r u c t u r eo ff i x m m e n o r so ft it e s t i n gc a m ef r o mf i x t u r e su n l i n e a r i t ya n de mr e s o n a n c e e m r e s o n a n c eo f f i x t u r ei sr e s u l t e df r o mt w oa s p e c t s ，w h i c ha 舱c a v i t yr e s o n a n c ea n ds t a n dw a v e 2 ) t h e g e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) i si n f f o d u c e df o rt h ee q u i v a l e n tc i r c u i tp a r a m e t e r so ft r a n s f e r i m p e d a n c e ( t i ) t e s t i n gf v c t u r eo p t i m i z i n g a d i s t a n c e p o l i c e ：p ti si n t r o d u c e ds e v e r a lt i m e s b y 删u s t e dt h ep a r a m e t e r so f f i x t u r ee q u i v a l e n tc i r c u i kt h ei n p u ti m p e d a n c ew i l lb em a t c h e df r o m0 t o2 g h zf r e q u e n c y 3 1t h ef i n i t ed i f f e r e n c et i m ed o m a i n ( f d t d ) t e c h n i q u ei sa p p l i e dt ot h r e e - d i m a n s i o n a lp e r i o d i c p r o b l e m s t h em o d e lo f b e r y l l i u mc o p p e rf i n g e r s t o c ki se s t a b l i s h e d p e r i o d i cb o u n d a r yc o n d i t i o n ( p a c ) i su s e dt od e a lw i t hp e r i o d i cs t r u e t t t r e s o m er e s u l t sa mo b t a i n e d h i g i lp r e s s u r ec a l l i m p r o v ee ms h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ( s e ) ，a n d5 0 d e f o r mi sr e c o m m e n d e d 。 4 ) t h ee ms h i e l d i n ge f f e c t i v e n e s sp r o v i d e db ye m ig a s k e t sv a r i o u sf a c t o r si sd e t e r m i n e d 。 i n c l u d i n gs a l tf o g , d u s t ，p r e s s u r e ，e t c al a r g en u m b e ro ft it e s t i n gd a t ai l l u m i n a t e dt h e i re f f e c t t h es h i e l d i n gp e r f o r m a n c eo f s a m p l e si sc o m p a r e d k e yw o r d s ：e m ig a s k e t s t r a n s f e ri m p e d a n c e t e s t i n gd e v i c e g a o p t i m i z a t i o n f d t d 缩略词、符号、变量注释表 缩略词、符号、变量注释表 缩略词列表 a b c a n s i a r p a s t m c i s p r d e fs t a r t e m e m c e m i e u t f c c f d t d g t e m h f s s i e c i e e e m i l s t d n a t o n b s o a t s p b c s a e s e s i t e m 明 1 1 t s e a b s o r b i n gb o u n d a r yc o n d i t i o n a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d si n s t i t u t e a v 吼 o s p a c er e c o m m e n d e dp l a 甜c e s a m e r i c a ns o c i e t yf o rt e s t i n ga n dm a t e r i a l s c o m i t ei n t e r n a t i o n a l e s p e c i a l d e s p e r t u r b a t i o n sr a d i o e l e c t r i q u e s d e f e n c es t a n d a r d s e l e c t r o m a g n e t i c e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l 衄 e l e c t r o m a g l l e t i ei n t e r f e r e n c e e q u i p m e n tu n d e rt e s t t h ef e d e r a lc o m m o n i c a t i o n sc o m m i s s i o n f i n i t ed i f f e r e n c en m ed o m a i n g i g a h e r t zt r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i c h i 曲f r e q u e n c ys i m u l a t i o ns y s t e m i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e e l m i c a lc o m m i s s i o n i n s t i t u t eo fe 1 e c t r i c a la n de l o c t r a n i c s e n g i n e e r s m i l i t a r ys t a n d a r d n o r t ha t l a n t i ct r e a t yo r g a n i z a t i o n 协en a t i o n a lb u r e a uo fs t a n d a r d s o p e na r e at e s ts i t e p e r i o d i cb o u n d a r yc o n d i t i o n s o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r s s h i e l d i n ge 丘b c t i v e n e s h i e l d i n gi n c r e a s i n g t r a n s v e r s ee l e c t r o m n g n e f i c t r a n s f e ra d m i t t a n c e t r a n s f e ri m p o d a n c e t o 忸ls h i e l d i n ge f i e o d v e n e s s h i 吸收边界条件 美国国家标准协会 航空推荐准则 美国试验与材料协会 国际无线电干扰特别委 员会 防卫标准( 美) 电磁 电磁兼容性 电磁干扰 受试设备 联邦通信委员会( 美) 时域有限差分 吉赫兹横电磁波 高频仿真系统 国际电工委员会 电气电子工程师协会 ( 美) 军用标准( 美) 北大西洋公约组织 国家标准局( 美) 开阔测试场地 周期性边界条件 汽车工程师协会( 美) 屏蔽效能 屏蔽增长 横电磁波 转移导纳 转移阻抗 总屏蔽效能 东南大学博士学位论文 符号、变量列表 c e e f 厶 日 日 置 光速 标量电场强度 电场强度 频率 谐振频率 标量磁场强度 磁场强度 波数 功率 品质因数 特性阻抗 转移阻抗 f d t d 法中离散的空间步长 f d t d 法中离散的时间步长 介电常数 真空的介电常数，值为1 ( 3 6 1 0 9 ) f m 自由空间的波阻抗 波长 磁导率 真空的磁导率，值为4 1 0 4 h m 相关系数 时间常数 角频率 i v p q 而五a a岛帕丑肋p r 东南大学学位论文独创性声明及使用授权声明 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：智移日期塑! 兰! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名塑导师签名：日期： 第一章绪论 第一章绪论 本章首先介绍电磁兼容、电磁干扰的基本概念，接着介绍电磁干扰的危害性。然后对电磁干 扰衬垫做简单介绍，并说明电磁干扰衬垫测试技术的现状，最后介绍本论文的研究工作内容、意 义和结构。 1 1 电磁兼容、电磁干扰概念 电磁兼容( e l e c t r o m a g n e t i cc o m p 砒i b i l 时，e m c ) ，关于这个术语有两种权威的定义 一种是n a t o 的定义，它是指电力电子系统、装置、设备被置于具有一定安全裕量的电磁 环境中运行，不发生无法接收电磁干扰的性能。另一种是i e e e 的定义“，一个装置或系统在 电磁环境中满意地运行而不对环境或其它装置发生不可容忍的干扰。 电磁干扰( e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，e m i ) ，这个术语n a t o 、i e c 分别给了定义。 n a t o 的定义为，它是导致电力电子设备功能发生阻碍、限制、降级的任何电磁骚扰( 无 论是内部或外部) 。i e c 的定义为，由电磁骚扰而导致的设备、辐射通道或系统的功能降 级。 正如我们所知道的，干扰源，感受器、耦合途径是电磁干扰的三要素。各个系统间以及 系统内是通过辐射、感应、传导相互影响。通常说的电磁干扰控制，就是通过控制辐射和传 导将系统或分系统的骚扰控制在尽可能低的水平，系统或分系统不发生不可接收的降级。成 功的电磁干扰( e ) 控制以及电磁敏感度控制可以保证良好的电磁兼窖( e m c ) 。 i 2 电磁干扰危害性 当前，已进入信息化社会，在有限的时间、空间及有限的频谱资源条件下，各种电气及 电子设备的数量迅速增加，汽车、电子、通讯、计算机与电气设备得到广泛应用，用电设备 密集程度越来越大，其产生的电磁干扰也随之增加，2 1 世纪电磁环境进一步恶化已成定局 【5 】l 6 电磁干扰对人类具有很大的危害性，主要表现为： 1 ) 对电子系统、设备的危害强烈的电磁干扰可能使灵敏的屯子设备因过载两损坏。一般 硅晶体管发射极与基极间的反向击穿电压为2v 一5 v ，很易损坏，而且其反向击穿电压随温 度升高而下降。电磁干扰引起的尖峰电压能使发射结和集电结中某点杂质浓度增加，导致晶 体管击穿或内部短路。在强射频电磁场下工作的晶体管会吸收足够的能量，使结温超过允许 温升而导致损坏。 2 ) 对武器装备的危害现代的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。这种辐射场 能引起装在武器装备系统中的灵敏电子引爆装置失控而过早启动：对制导导弹会导致偏离飞 行弹道和增大距离误差：对飞机而言，则会引起操作系统失稳、航向不准、高度显示出错、 雷达天线跟踪位置偏移等。 3 ) 电磁场对人体的危害电磁辐射一旦进入人体细胞组织就要引起生物效应，即局部热效 应和非热效应。非热效应机理较复杂，有待于进一步探讨。热效应取决于辐射峰值功率，同 时还与频率有关。在i 3 g h z 范围内热效应最为严重，生物效应吸收的能量可达入射能量的 2 0 0 o - - - 1 0 0 。而在其它频率范围内，生物效应吸收的能量为入射能量的4 0 左右。不同频率 的电磁辐射对人体的危害程度并不一样。对低于l o h z 的辐射，皮肤组织感觉迟钝，能量渗 透性强。易产生深部组织受热而损伤。对1 , - 3 g i - l z 的辐射，人体表面组织和深部组织都会吸 东南大学博士学位论文 收能量，如眼球和内组织极易损伤。电磁场的热效应可使人体温度升高，人体超过正常体温 时，新陈代谢和氧气的需要量很快增加，例如温度升高l 。c ，基础代谢大约增加5 - - 1 4 ， 在组织内氧气的需要量增加5 0 * * - - 1 0 0 。电磁辐射引起人体病变的症状有：头昏、头胀、失 眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸、血压下降、高血压、使眼睛出现白内障、毛发脱落 等。现已证明，电磁场污染造成的病理结果至少有十几种，因此电磁辐射已成为必须予以控 制的环境污染的内容之一 1 2 电磁干扰衬垫简介 1 2 1 电磁干扰衬垫功用 电磁干扰( e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，e m i ) 和射频干扰( r a d i of r e q e n e yi n t e r f e r e n c e ， i 江i ) 衬垫是最常用的两个名称，前者通常使用较多本文中采用前者。 理想的电磁屏蔽空间是一个没有任何形式缝隙和泄漏的无限导电性封闭空间。然而实际 屏蔽体上必然存在缝隙结构，电磁能量通过防护体上的缝隙、沿着导电性的贯穿及不完善的 结合缝进入防护内部。 屏蔽体上的缝隙通常是多种因素综合作用产生，加工误差、装配误差甚至材质都影响缝 隙产生。实践表明当两个配合表面质地均比较坚硬，且表面不平整时，即使很大的压紧力也 不能使两表面完全密封，此时两表面间的间隙将引起电磁泄漏例。若将有具有较小弹性的电 磁干扰( e m i ) 衬垫置于间隙，衬垫将依间隙形状填充其中，间隙被填充，屏蔽的完整性得 到了保证。 需要说明的是，对屏蔽体而言，采用熔焊、钎焊等类似工艺是对接缝处理比较好的方法。 但许多情况下，这种不可拆卸的永久固定技术并不适合使用。在金属和金属直接接触不能提 供完全的电磁密封时，就必须在连接处安装电磁干扰( e m i ) 衬垫。 1 2 2 电磁干扰衬垫分类 e m i 衬垫的材料多种多样，金属、非金属以及多种材料的混合。通常用的金属如银、 铜、镍等，合金有镀铜、不锈钢等，混合材料包括橡胶与银颗粒的混合、泡沫与银镍颗粒的 混合等方式。衬垫在截面结构形式上也千差万别，除了矩形、圆形、半圆形等常规形状，还 有指形，环形、螺旋形等形状。衬垫的安装形式也是多样的，包括铆装、卡装、背胶、槽装 等形式。 目前，国际上著名的衬垫生产厂家有t e c k n i t ( 泰克尼特) 、l a i r d ( 莱尔德) 、 p a r k e r h a n n i f t n ( 派克汉尼汾) 公司的c h o m e i t i c s ( 乔麦瑞克斯) 、s p i r a ( 司派尔) 等。这些公司都是国际上生产e m i 衬垫产品的大公司，大都有五十年以上的历史，产品无 论是种类或型号都是非常丰富的 2 第一章绪论 下面四幅图给出了通常使用最多的四种e m i 衬垫产品实物图1 1 0 lf j j 】1 1 2 f “。它们分别是 橡胶芯丝网衬垫，导电橡胶衬垫、泡沫芯导电纤维衬垫、镀铜衬垫。 图1 - 1 橡胶芯丝网衬垫实物图 图i - 2 导电橡胶衬垫实物固 图1 - 3 泡沫芯导电纤维衬垫实物图 图1 - 4 镀铜衬垫实物图 e m i 衬垫的使用条件和环境非常复杂。屏蔽要求高的门、窗、孔，缝等处均离不开e m 【 衬垫的使用它们还可能使用于盐雾、沙尘、高温、高湿等环境中。 e m i 衬垫自身特性以及使用条件的复杂性，使课题的研究具有一定难度。但e m i 衬垫 在屏蔽完整性中的作用不容置疑，深入研究和理解其相关电磁特性显得更加重要。 1 3 电磁干扰衬垫测试技术现状 e m i 村垫测试技术且前在使用的有很多种，各测试技术在测试系统结构、应用范围、 精度、费用等方面有很大差异。下面分别按标准测试技术和替代测试技术分别介绍。 i 3 i 标准测试技术 目前被国际上承认的e m i 衬垫电磁性能测试标准包括a r p1 7 0 5 1 9 8 1 ( 1 9 9 1 ) e v l l 衬 垫材料射频屏蔽特性同轴测试方法1 1 4 1 、a r p11 7 3 1 9 8 8 ( 1 9 9 1 ) e m i 村垫射频屏蔽特性测试 方法唧、d e fs t a r t5 9 - 1 0 3 ( 1 7 - s e p - 9 3 ) e m i e m p 衬垫元件和m i l d t l - 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 1 ) 衬垫 材料、导体、屏蔽衬垫、电子材料、弹性体，e m i r f l 总体规范l ”i 其中前两个标准是美国汽车工程师协会( s o c i e t yo f a u t o m o t i v ee n g i n e e r s ，s a e ) 的标 3 东南大学博士学位论文 准，这个协会现在的研究领域已经涵盖海、陆、空以及太空。a r p1 7 0 5 1 9 8 1 ( 1 9 9 1 ) e m 衬垫材料射频屏蔽特性同轴测试方法【1 4 1 是本论文研究对象，此测试技术在后面章节中将做 详细研究。这里我们先介绍其它三种测试技术。 m i l d t l 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 1 ) 、a r i a1 1 7 3 1 9 8 8 及d e f s t a r t5 9 1 0 3 ( 1 7 s e p 9 3 ) 均为典型辐射 测量技术。 m i l - d t l 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 1 ) 是一部使用非常广泛的测试标准，经过多年不断发展，它己逐 渐成为e m i 弹性衬垫测试的指定文件。m i l d t l - 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 1 ) 钡u 试系统如图i - 5 示l i ”。发射 和接受天线通过开孔平行放置，以没有安装盖板的开孔为参考。测试获得总屏蔽效能( t s e ) 。 圈1 - 5m i l - d t l 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 d 测试系统 a r p1 1 7 3 1 9 8 8 测试系统如图1 6 所示【1 9 】。作为航空推荐准则( a e r o s p a c e r e c o m m e n d e d p r a c t i c e s ，a r e ) 被汽车工程师协会( s a e ) a e 4 电磁兼容分会推荐。测试采用两个电磁场 参考水平，分别测试s e i 和t s e 。 信号谭 图1 - 6a r p1 1 7 3 - 1 9 9 8 测试系统 d e f s t a n5 9 1 0 3 ( 1 7 - s e p 9 3 ) 测试系统总体结构形式同a r p1 1 7 3 1 9 8 8 测量方法类似。标 准针对的是目前正在服役中的各种形式的军用e m i 村垫，采用了两个电磁测试参考水平。这 个标准在许多方面是同m i l - d t l - 8 3 5 2 8 c ( 2 0 0 i ) 平行的，不同的是它没有对某些测试程序做 强制要求。 表1 1 给出了三种标准衬垫测试技术的比较 4 ：体 阻乳戳，一 异 第一章绪论 测量技术中通常会用到各种参考水平【1 8 1 。这里介绍以上测量技术采用的两种参考水平： 开孔参考和缝隙参考。前者是以没有安装盖板的开孔为参考，后者是以安装有盖板的开孑le z p 两者间缝隙为参考，在这两种参考水平下测试衬垫，可以分别得到村垫的总屏蔽效能c r o t a l s h i e l d i n g e f f e c t i v e ，t s e ) 和屏蔽增加( s h i e l d i n g e f f e c t i v , h l c r c i n 易s e i ) 1 3 2 替代测试技术 还有许多测试方法可以作为标准测试方法的替代，也有着广泛的应用。 双混波室测试方法” 图1 7 中表示的是双混波室测试系统。两个混波室通过共用的一面金属壁上的缝隙相互 电磁耦合。两个混波室空间中均装有搅拌器和天线。测试时村垫被置有盖板的缝隙中，搅拌 器的旋转速度是可以调整的，这样就可以测得测试空间中的最大耦合场，它是另一个空间中 搅拌器位置的函数。屏蔽效能定义为有衬垫情况下转移到第二个空间的能量与仅有盏板情况 下通过缝隙进入到第二个空间中的能量之比 测试时应注意如下几个方面： 8 两个空间均要工作在谐振频率以上，从而保证有大量的高次模式存在，适宜搅拌。 b 接受和发射天线的位置和方向保证要合适。两者不合适时对测量结果的影响很大。如 果在发射和接受天线之间有直接场的路径存在，那么测试区域中存在的场将出现偏移，旋转 搅拌器就不能获得统计意义上场的一致性。为了避免这种情况必须将发射天线直接指向搅拌 器或将天线置于角落处，从而避免直接到达测试区域。 亡：= ，上= o亡：= ，l e = 3 盖0l h _ - m 7 k 量蜊- 爆 歹删趟 一 圈1 7 混波室测试系统 5 东南大学博士学位论文 嵌套式混波测试技术 图1 8 是嵌套式的混波测试系统。采用一大- d , 两个混波室，小混波室位于大混波室内部。 接收天线位于小混波室内，发射天线位于小混波室外。天线采用线性极化天线( 如，对数周 期天线或双脊喇叭天线) 。测试装置必须保证良好的电磁密封性能，典型的测试信号范围是 2 0 0m h z l gg h z 。测试时衬垫被置于小混波室的盖板下方固定，搅拌器由同步电机带动旋 转，通过测试泄漏信号得到衬垫的屏蔽性能。 内部拄捧嚣 图i - 8 嵌套式混波测试系统 a s t md 4 9 3 5 8 9 ( 1 9 9 4 ) 改进测试技术“” a s t md 4 9 3 5 8 9 ( , 1 9 9 4 ) 是美国试验与材料协会的标准口“它是测试平板形材料屏蔽效 能的方法。用个扩大的锥形同轴测试装置来测试薄导电平板材料的屏蔽效能。a d a m s 2 0 1 在九十年代初将测试装置做了改进，用来测试e m i 衬垫。改进后的测试系统如图1 - 9 所示。 改进后测试装置中增加了衬垫材料的夹持装置，测试时将衬垫置于夹持装置内。衬垫的屏蔽 效能被定义为有衬垫时通过装置的能量和没有衬垫时通过装置的能量两者比值。这个装置使 用起来非常简单，且可以进行宽频带测试。所得到的结果明显与转移阻抗测试结果有关联。 它的主要的缺点在于仅产生平面波，并且由于装置的谐振限制使得测试频率被局限在2g h z 以下口”。 圈1 - 9 改进的a s n id 4 9 3 5 8 9 测试系统 6 第一章绪论 1 4 本论文的研究工作 1 4 1 本论文的研究内容 本论文的研究内容： & 总结带缝隙的屏蔽体屏蔽相关机理，并对通常使用的屏蔽效能和屏蔽质量两个屏蔽概念指 出其区别和联系。 b 研究了同轴转移阻抗测试方法，并自行设计、制造、安装、调试了国内第一台同轴转移阻 抗测试装置。 c 对测试数据的误差来源进行了分析，并用高频电磁场仿真软件( h i g hf r e q u e n c ys i m u l a t i o n s y s t e m ，h f s s ) 分析了装置的谐振 d 采用遗传算法对同轴转移阻抗测试装置做了理论上的优化，将理论测试频带延伸到2 g h z ， 测试装置具有良好的匹配特性，并保证较小的幅值误差和相位误差。 e 采用时域有限差分法( f d t d ) 分析预测了指形镀铜衬垫的屏蔽效能，并研究了多因素对 屏蔽效能的影响， 、 用同轴转移阻抗测试装置实际测试了多种类、多型号的e m i 屏蔽衬垫，比较了各种因素 对屏蔽特性的影响。 本伦文的研究过程中，运用了多种研究方法。既有实践也有理论，并将两者有机地结合 在一起。 实践设计制作一个用于转移阻抗测试的同轴转移阻抗测试装置。通过此装置实测得到衬 垫材料的电磁特性指标。在大量的试验测试数据中，多角度比较各因素对测试数据的影响， 并从其中获得一些规律和指导。采用高频电磁场仿真软件h f s s 对转移阻抗测试装置的谐振 进行了分析。运用现代优化工具遗传算法进行多参数多目标的等效电路优化，优化后的 测试装置将具有更高的阻抗匹配特性及更小的幅值相位误差。时域有限差分法( f d t d ) 是 近几十年来最具生命力的数值算法之一，在电磁领域的很多问题都被其很好地解决。本论文 中作者将其应用于解决衬垫材料屏蔽研究，实践证明它是方便适用且行之有效的。 1 4 2 本论文的研究意义 对缝隙基本理论的研究可以从理论上更加理解缝隙的屏蔽特性。对电磁干扰( e ) 衬 垫测试方法的研究可以深入了解衬垫的电磁屏蔽性能，清晰认识测试技术的优缺点，有助于 建立科学的衬垫评价体系。在测试中大量的数据提供了衬垫电磁特性的第一手资料，从中可 以得到各参数对衬垫电磁屏蔽特性的影响规律。对同轴转移测试装置的优化，使该测试方法 在更高频应用成为可能。基于时域有限差分法( h ) t d ) 分析电磁干扰( e m i ) 衬垫可以帮 助我们对衬垫的屏蔽特性正确预测。 这些工作是电磁兼容领域屏蔽完整性研究方面重要组成部分，具有开拓性质。 7 东南大学博士学位论文 1 4 3 本论文结构体系 图1 1 0 论文结构体系 8 第一章绪论 参考文献 【1 n a t oa a p - 6 n a t os t a n a gn o 3 9 6 8 1 9 9 8 n a t og l o s s a r yo f e l e c t r o m a g n e t i c t e r m i n o l o g y s 】u s a ：n a t o ，1 9 9 8 2 t h ei n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s m e es t d1 0 0 - 1 9 9 8 i e e es t a n d a r d d i c t i o n a r yo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c st e r m s s u s a ：t h ei n s t i t u t eo f e l e c l r i c a la n d e l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，1 9 9 8 【3 】全国文献工作标准化技术委员会g b t 4 3 6 5 2 0 0 5 0 e c 5 0 ( 1 6 1 ) - - 9 0 ) 电磁兼容术语 s 北 京：中国标准出版社，2 0 0 5 4 1 gl e w a n d o w s k i j m j a n i s z e w s k i e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y2 0 0 4 ：s e v e n t e e n t h i n t o m a t i o n a ls y m p o s i u ma n de x h i b i t i o ni m o f i e y n aw y d a w n i c z ap o l i t e e h n i k i ，2 0 0 4 【5 c h r i s t o sc h r i s t o p o u l o s p r i n c i p l e sa n dt e c h n i q u e so f e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l 畸嘲 c l 汇p r e s s 1 9 9 5 【6 1 m a r c e ld e k k e r e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ：p r i n c i p l e sa n da p p l i c a t i o n s m ，2 0 0 1 【7 】吕仁清，蒋全兴电磁兼容性结构设计m 南京：东南大学出版社，2 0 0 5 卜1 0 ，1 4 9 1 5 3 【8 】余志勇，刘光斌，许化龙增强导弹武器系统电磁兼容性的方法研究们现代防御技术， 2 0 0 0 ，2 8 ( 6 ) ：1 8 2 3 【9 】jl 诺尔曼维臾莱特等电磁兼容性手册 m 潘飞风等译北京；电子工业部第十研究 所，2 0 0 2 2 5 7 【1 0 h t t p ：w w w t e c k n i t c o r n ，2 0 0 6 - 9 - 1 【1 1 h t t p ：w w w t e c k n i t c o r n c a ，2 0 0 6 - 9 - 1 【1 2 h t t p ：w w w 1 a i r d c o r n ，2 0 0 6 9 1 【1 3 h t t l ：w w w c h o m e r i c s c o m ，2 0 0 6 - 9 一l 【1 4 s a e a r p1 7 0 5 - 1 9 9 1 c o a x i a l t e s t p r o c e d u r e t o m e a s u r e l l l e r fs h i e l d i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f e m g a s k e t m a t e r i a l s s u s a ：s a e 。1 9 9 1 【1 5 s a e a r pl1 7