一种提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体

摘要

本发明提供一种提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体。该金属腔体包含：一个矩形开孔，可位于所述金属腔体的任意面，开孔的中心与其所在腔体面的中心重合，开孔的上下两条边均平行于地面，开孔的厚度等于金属腔体壁的厚度；金属网，与开孔尺寸相等，安装在矩形开孔处；两个吸波介质片，一个安装在开孔相对面的内壁，另一个安装在与开孔面相邻接的4个面的其中任意一个面的内壁。通过给矩形开孔的金属腔体在开孔处安装金属网，及在腔体内壁安装吸波介质片的方法，提高了金属腔体内部场强损耗，降低了金属腔体谐振效应对屏蔽效能的影响，从而金属腔体在高频和低频段的屏蔽效果均有较大提升。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信中的电磁兼容设计领域，具体涉及一种提高矩形开孔金属腔体屏蔽效能的技术。

背景技术

电磁屏蔽效能，是指在同一激励电平下，无屏蔽体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。屏蔽效能是反映屏蔽体性能重要性能之一，主要是为保护屏蔽体内部设备或系统不受外界电磁波干扰。金属腔体由于具有较好的电磁屏蔽效果而广泛用于各种屏蔽场合。由于设备或系统有通风、走线等需求，金属腔体通常会被人为设置开孔，电磁信号会从开孔进入内部设备或系统，降低了金属腔体的屏蔽效能。同时，金属腔体具有谐振效应，导致在某些频段电磁信号会增强，同样降低了金属腔体的屏蔽效能。

对于提高矩形开孔金属腔体屏蔽效能的研究，相关的专利与论文较少。中原工学院的《一种提高电磁屏蔽服装屏蔽效能的缝迹结构》专利(公开号：CN206324264U)，公开了一种提高电磁屏蔽服装屏蔽效能的缝迹结构，包括缝合面料和金属导电的缝纫线，缝合面料至少有两层，缝合面料包括最上层面料和最下层面料，缝纫线缝合在缝合面料上形成缝迹和针孔，所述的缝迹为单个缝迹或复合缝迹。采用上述技术方案缝迹结构类型多样，工艺简单，成本低廉，有效提高屏蔽效能。西安电子科技大学的《一种小型屏蔽机箱的宽频段屏蔽效能测试装置及方法》专利(公开号：CN105116249A)对单边边长小于4U(177mm)的小型屏蔽机箱开展屏蔽效能测试，测试装置包括小型接收天线、双向射频连接器、放大器、信号源、接收机等。由于小型机箱自身具有谐振频点，通过计算获得谐振频点后选择相应的磁损耗型吸波材料，粘贴在机箱内腔中心处，满足对其宽频段屏蔽效能的测试。江苏五信新材料科技有限公司的《一种提高多径电缆密封装置电磁屏蔽效能的方法》专利(公开号：CN105071321A)涉及一种提高多径电缆密封装置电磁屏蔽效能的方法，通过使整个装置成为一个连续导电体和磁导体，实现电磁屏蔽效能的提升。与普通金属箔相比，电磁屏蔽效能大大提高，而且可实现全频段电磁波的有效屏蔽。

2013年《物理学报》的研究论文《内部窗口结构对开孔矩形腔体近场屏蔽效能的影响》中，研究人员考虑电子设备的实际结构,结合扩展的传输线方法,分析讨论开孔腔体内部窗口结构对腔体屏蔽效能的影响。通过分析计算电偶极子照射下不同隔板形状和开缝宽度对窗口的等效阻抗和腔体屏蔽效能的影响，发现开孔内置窗口结构腔体的近场屏蔽效能劣于远场屏蔽效能，且不同金属窗口结构使得腔体的屏蔽效能和第一谐振频率均发生较大改变。通过对相同的电磁问题进行CST计算仿真，证实采用的等效电路方法正确可行，这种考虑近场效应的等效电路方法弥补了全波分析计算效率过低的弊端，可以为研究和工程人员分析复杂腔体近场屏蔽效能提供指导和参考。

2014年《物理学报》的研究论文《中等导电性材料覆盖的金属腔体的电磁屏蔽效能研究》中，研究人员基于传输线和波导理论，提出了一种用于计算覆盖中等导电性材料的金属腔体电磁屏蔽效能的解析理论模型，并通过和全波电磁模拟结果的比较检验了该模型的有效性。计算分析了屏蔽体屏蔽效能的位置效应和谐振效应，建立了一种评价导电材料电磁屏蔽效能的方法，能很好的削弱谐振效应和位置效应的影响，直接反映出材料本身的电磁屏蔽效能。

2014年《河北师范大学学报(自然科学版)》的研究论文《复杂电磁环境下带开孔机箱的屏蔽效能》中，研究人员利用混响室技术模拟复杂电磁环境，研究复杂电磁环境下带开孔机箱壳体的屏蔽效能。分别研究了开孔面积、开孔形状、一定时开孔数量对开孔屏蔽箱体屏蔽效能的影响。研究人员在开孔总面积一定情况下，通过增加开孔数量的方式，在高频部分提高了金属腔体的屏蔽效能，对带开孔箱体的电磁防护设计具有一定的参考价值。

发明内容

本发明的目的是给出一种能提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体。通过在开孔处安置与开孔同等大小的金属网，以及在金属腔体内部安置多个吸波介质的方式，降低金属腔体内的电磁谐振效应。通过对比分析，在特定频段内(100MHz～2GHz)，显著提高了矩形开孔金属腔体的电磁屏蔽效能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体，包含：一个矩形开孔，位于所述金属腔体的任意面，矩形开孔的中心与其所在腔体面的中心重合；金属网，安装在所述矩形开孔处；至少一个吸波介质片，安装在腔体的内壁上。

所述矩形开孔的厚度等于所述金属腔体壁的厚度，矩形开孔的上下两条边均平行于地面。

所述金属网与所述矩形开孔尺寸相等。

所述金属腔体还包含两个吸波介质片，一个安装在开孔相对面的内壁，另一个安装在与开孔面相邻接的4个面的其中任意一个面的内壁。

对于具有开孔的金属腔体，电磁信号在腔体内部会有明显的谐振效应，在某些频段处会有电磁能量信号增强，导致金属腔体屏蔽效能的下降。与现有技术相比，本发明的提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体及其屏蔽方法的有益效果在于：通过在开孔处安置与开孔同等大小的金属网，以及在金属腔体内部安置多个吸波介质的方式，在低频段与高频段均能够显著提高金属腔体的屏蔽效能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:

图1安装金属网和吸波介质片的矩形开孔金属腔体。

图2金属网。

图3矩形开孔金属腔体。

图4矩形开孔金属腔体屏蔽效能图。

图5矩形开孔金属腔体安装金属网后的屏蔽效能图。

图6矩形开孔金属腔体安装金属网以及吸波介质片后的屏蔽效能图。

图7矩形开孔金属腔体在不安装任何物质、安装金属网、安装金属网以及吸波介质片三种情况下的屏蔽效能对比图。

图中：1金属腔体、2金属网、3吸波介质片、4吸波介质片、5外部激励源、6、电场、7场强监测点、8、矩形开孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特征、目的和效果，下面结合附图对本发明进行更为详细地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明专利。需要说明的是，这些附图中均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明专利。

请参阅图1和图3，本发明的提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体1，该金属腔体1优选为长方体结构，包含：一个矩形开孔8，位于所述金属腔体1的任意面，矩形开孔8的中心点N与其所在腔体面AA₁D₁D的中心重合；金属网2，安装在所述矩形开孔8处；至少一个吸波介质片3或4，安装在金属腔体1的内壁上。

请参阅图1，在本发明的具体实施例中，所述金属腔体1的长D₁C₁为0.6m、宽A₁D₁为0.5m、高DD₁为0.5m；矩形开孔8所在的金属腔体面AA₁D₁D大小为0.5m×0.5m，腔体壁厚度为0.5mm。

请参阅图3，所述矩形开孔8的厚度等于所述金属腔体壁的厚度，矩形开孔8的上下两条边均平行于地面，本发明的具体实施例中矩形开孔8的尺寸为0.2m×0.2m；

请参阅图2，所述金属网2，与所述矩形开孔8尺寸相等。在本发明的具体实施例中，所述金属网2为0.2m×0.2m的正方形，内部为均匀网格，每个网格为10mm×10mm的正方形。

请参阅图1，所述两个吸波介质片3和4，一个安装在矩形开孔8相对面的内壁，另一个安装在与开孔面相邻接的4个面的其中任意一个面的内壁。吸波介质片3安装在开孔相对面BB₁C₁C的内壁，吸波介质片4安装在与开孔面相邻接的4个面的其中任意一个面的内壁，本实施例中吸波介质片4安装在DD₁C₁C面的内壁。

在本发明的具体实施例中，所选用的吸波介质片3和4的介质电磁参数为：相对介电常数ε_r为10，相对磁导率μ_r为4，介质损耗角tan(δ_e)为0.2，磁损耗角tan(δ_m)为0.5。吸波介质片3的尺寸为0.498m×0.498m，厚度为0.005m。吸波介质片4的尺寸为0.598m×0.498m，厚度为0.005m。

请参考图1和图3，利用本发明提供的提高屏蔽效能的矩形开孔金属腔体，还可构建一个金属腔体屏蔽效能分析系统，该系统包含：水平放置的具有矩形开孔8的金属腔体1，所述矩形开孔8的中心点N与其所在腔体面AA₁D₁D的中心重合，所述矩形开孔8的厚度等于所述金属腔体壁的厚度，所述矩形开孔8的上下两条边均平行于地面；场强监测点7，设置在该金属腔体1的内部，且位于金属腔体1的中心，即与矩形开孔8的中心点N等高；外部激励源5，设置在该金属腔体1的外部，与所述场强监测点7等高，且与所述场强监测点7的距离大于所述金属腔体1的长、宽、高的最大值；所述开孔面AA₁D₁D位于所述外部激励源5和所述场强监测点7之间，且所述外部激励源5、所述矩形开孔的中心点N、所述场强监测点7在一条直线上；所述外部激励源5向所述场强监测点7在一定频段内、按一定频率发送平面波激励；电场6，设置在所述外部激励源5处，且所述电场方向与所述外部激励5的发射方向垂直；

所述金属腔体屏蔽效能分析系统还包含：金属网2，与开孔尺寸8相等，安装在所述矩形开孔金属腔体的开孔8处；两个吸波介质片3和4，吸波介质片3安装在开孔相对面BB₁C₁C面的内壁，吸波介质片4安装在与开孔面相邻接的4个面的其中任意一个面的内壁，本实施例中吸波介质片4安装在DD₁C₁C面的内壁。

本发明利用上述的金属腔体屏蔽效能分析系统，还提供了一种金属腔体屏蔽效能的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

S1、测量所述矩形开孔金属腔体1长、宽、高的值；

S2、设置场强监测点7，高度为所述矩形开孔8所在腔体面AA₁D₁D的长或宽的一半；

S3、设置外部激励源5，与所述场强监测点7等高，且与所述场强监测点7的距离大于所述金属腔体1长、宽、高的最大值；

S4、设置电场6，所述电场设置在所述外部激励源5处，且所述电场方向与所述外部激励发射方向垂直；

S5、所述电场6和所述外部激励5开始工作，所述外部激励源5对所述场强监测点7按一定频率、用不同频段的均匀平面波照射，记录不同频段下，所述场强监测点7的电磁值Eo；

S6、保持所述场强监测点7、所述外部激励源5、所述电场6不变，水平放置所述矩形开孔的金属腔体1，使得所述开孔面AA₁D₁D位于所述外部激励源5和所述场强监测点7之间，且所述外部激励源5、所述矩形开孔的中心点N、所述场强监测点7在一条直线上，所述场强监测点7与所述金属腔体1的中心重合；

S7、所述电场6和所述激励源5开始工作，所述外部激励源5对所述场强监测点7用不同频段的均匀平面波照射，照射频段与频率与步骤S5相同，记录不同激励频段下所述场强监测点的电磁值E_s；

S8、计算在不同激励频段下的屏蔽效能SE，计算公式并以激励频段为横坐标，SE的值为纵坐标，建立二维屏蔽效能图；

S9、在所述矩形开孔的金属腔体1的所述开孔8处，安装一块与所述开孔尺寸大小相同的金属网2，重复S7、S8，得到不同激励频段下，场强监测点的新的电磁值E_s1，根据E_s1计算场强监测点的屏蔽效能，建立新的屏蔽效能图，如图5所示；

S10、进一步在所述矩形开孔的金属腔体1内部增加两个吸波介质片3和4，吸波介质片3安装在开孔相对面BB₁C₁C的内壁，吸波介质片4安装在除了开孔面的其他4个面之一的内壁，本实施例中吸波介质片4安装在DD₁C₁C面的内壁，重复S7、S8，得到不同激励频段下，场强监测点的新的电磁值E_s2，根据E_s2计算场强监测点的屏蔽效能，建立新的屏蔽效能图，如图6所示。

已知在二维屏蔽效能图中，屏蔽效能SE的值越高反应出屏蔽效果越好；SE的曲线图越平缓，说明屏蔽效果越好。当SE为负值的时候，说明已经没有屏蔽效果；

图4为矩形开孔金属腔体1的屏蔽效能图，如图4所示，在不安置金属网2和吸波介质片3、4的情况下，屏蔽效能SE的曲线波动较大，说明所述腔体1内谐振效应明显，当激励频段超过0.3GHZ时，腔体的屏蔽效能基本为负，已经起不到屏蔽的作用，这说明所述矩形开孔金属腔体1的有效频段处于低频段，且有效范围较窄。

图5为矩形开孔金属腔体1安装金属网2后的屏蔽效能图。与图4相比，屏蔽效能有了一个整体的提升，特别是在低频处有30dB左右的一个提高，当激励的频段在0.3GHZ～1.3GHZ时，腔体的屏蔽效能不再为负值，仍有一定屏蔽效果。这说明通过给所述矩形开孔的金属腔体1安装金属网2，使得所述金属腔体1低频处的屏蔽效能有了较大提升，且有效范围进一步扩大。从图5可以看出，屏蔽效能SE的曲线仍然波动范围较大，这说明金属腔体1内还存在谐振效应，导致在某些频点电磁能量增强。当激励频段超过1.3GHZ时，腔体的屏蔽效能基本为负，说明在高频段，屏蔽作用仍不理想。

图6为矩形开孔金属腔体安装金属网以及吸波介质片后的屏蔽效能图。同时安装金属网2和吸波介质片3、4后，在整个分析频段0.1GHZ～2GHZ范围内，SE的值均达到40dB以上。相比图4，低频处的提高达到55dB。与图4、图5相比，屏蔽效能SE的曲线明显平缓。

图7为矩形开孔金属腔体1在不安装任何物质、安装金属网2、安装金属网2以及吸波介质片3、4，上述三种情况下的屏蔽效能对比图。通过图7中三条曲线的对比，很明显的能看出通过对所述矩形开孔的金属腔体1安装金属网2、以及吸波介质片3、4，进一步提高了金属腔体1内部场强损耗，降低了金属腔体谐振效应对屏蔽效能的影响，该方法使所述金属腔体1在低频和高频段的屏蔽效果都有较大提升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本发明中采用的吸波介质片的外形结构、数量、安装位置、电磁参数、扫描范围、金属网格尺寸、形状、以及网孔大小、金属腔体的形状与尺寸等等不仅仅局限于实施例中的具体描述。本发明所述的提高金属腔体屏蔽性能的方法不仅仅局限于带矩形开孔的金属腔体。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。