电子控制器机箱电磁屏蔽效能仿真与测试验证★

郭文卿，丁祎明，王永胜，张少波，李 伟

（1.中国电子科技集团公司第三十三研究所，山西 太原 030006；2.北京动力机械研究所，北京 100074）

引言

航空发动机舱内电磁环境复杂，大功率执行机构的频繁起停，对内部电磁环境造成了严重影响。电子控制器作为高速信息处理设备，其电磁敏感度极高，在复杂的电磁环境下，可能出现采集信号漂移、控制指令出错等电磁干扰现象，造成严重的飞行事故。因此有必要开展机箱电磁屏蔽效能研究，降低电子控制器面临的空间电磁干扰风险。通过开展适用于工程应用的机箱屏蔽效能仿真方法研究，将机箱电磁防护设计融入控制系统设计流程中，对提高电磁防护设计效率具有现实的指导意义。

1 屏蔽效能定义

屏蔽效能（SE），是指没有屏蔽箱体时观察点的电场强度与有屏蔽箱体时该观察点处电场强度的比值。

式中：E′为屏蔽箱体内的电场强度；E0为入射电场强度；H′和H0为相应的磁场强度。

2 电磁屏蔽效能仿真分析

2.1 建模

1）机箱建模。通过仿真软件外部导入功能直接将机箱三维模型导入。机箱结构中影响屏蔽效能的孔口和缝隙，根据设计需求进行取舍。本文中只保留了机箱的D 型接口，如图1 所示。

图1 机箱模型

2）外部电磁场建模。仿真激励源采用0 dBV/m平面波照射，波形为脉冲形式，频域范围覆盖1～8 GHz，如图2 所示。

图2 仿真激励源模型

3）机箱内部电场监测点。建立机箱内部电场监测点，接收耦合进入机箱的电场强度。监测点位置如下页图3 所示。

图3 机箱内部监测点位置

2.2 仿真结果

根据屏蔽效能计算公式，以dBV/m 为单位的内部探针监测值即为机箱屏蔽效能。仿真结果如下页图4 所示。

图4 机箱屏蔽效能仿真结果

3 电磁屏蔽效能测试验证

3.1 测试环境

测试环境包括信号源和发射天线组成的电磁辐射系统、电场探头和频谱仪组成的电磁场监测系统。校准测试布置如图5 所示。机箱内部电场测试布置如图6 所示。

图5 校准测试布置图

图6 机箱内部电场测试布置图

3.2 测试结果

通过空间校准和机箱内部电场测试两个环节，获得两条测试曲线；再根据屏蔽效能定义，进行数据处理和计算，得到机箱屏蔽效能。本次研究采用扫频的方式进行电场测量，扫频测试量将获得全频段的电场曲线，有利于与仿真结果进行对比验证。

校准值曲线截图如图7 所示，测试值曲线截图如图8 所示。

图7 校准值截图

图8 测试值截图

3.3 测试数据处理

屏蔽效能测试结果=测试值（dBm）-校准值（dBm）。

将频谱仪记录数据导出进行处理，分别对校准值和测试值进行上包络取值，校准值上包络如图9所示，测试值上包络如下页图10 所示。

图9 校准值与其上包络曲线

图10 测试值与其上包络曲线

将校准值上包络与测试值上包络代入上述计算方法，得到电磁屏蔽效能测试结果。电磁屏蔽效能仿真值进行x 轴线性插值，便于计算仿真误差。仿真上包络曲线如下页图11 所示，测试和仿真结果对比如图12 所示，仿真误差分布如下页图13 所示。

图11 仿真结果及其上包络曲线

图12 测试和仿真结果对比图

图13 仿真误差分布

4 结论

1）机箱屏蔽效能随着频率增大而降低；

2）通过扫频方式测试屏蔽效能的方法可行，需采用取上包络的数据处理方式减小测试采样点不同步造成的误差；

3）机箱屏蔽效能仿真结果与实测结果相差小于15 dB，该仿真方法具有一定的工程指导意义。