CST机箱屏蔽效能仿真案例

机箱机柜作为电子设备中工作单元、电子部件的载体,其电磁屏蔽效能(SE- Shielding Effectiveness)的高低对电子设备的正常运行有重大的影响。因此,机箱屏蔽效能的测试分析也变得越来越重要。通过软件仿真获得机箱的屏蔽效能相对实际测试来说是一种既简便快捷又节省成本的有效途径。更重要的是,软件还能够提供优化机箱屏蔽效能的思路和直观洞察力。

1、仿真模型

本算例我们利用某实际机箱作为仿真载体，对机箱的屏蔽效能进行仿真分析，并将仿真结果与国军标GJB5240-2004进行比对，对机箱的屏蔽效能进行定级。

机箱模型如图1所示：

图1 机箱内外部结构模型图

该机箱为一实际工程用机箱,长约238mm，宽度约为168mm，高度约为54mm。机箱外壳由厚度为0.6mm的铝板组成，在机箱的左右盖板上有通风孔结构,通风孔为半径3mm的圆孔。机箱内部主要有插板和导轨板以及挡风板等其它结构。机箱中除了少数底座结构为塑料材料,其余结构材料均为铝。

2、载荷设置

2.1频率范围

考虑到机箱屏蔽效能国军标GJB5240对频率范围的定义，因此将频率范围设置为从0至2GHz。

2.2激励设置

平面波入射方向采用从机箱正方入射(沿z方向)，极化方式为水平极化(平行于X轴)，因为这种入射及极化方向对此机箱的电磁兼容来说是最恶劣的情况。

2.3定义探针

为了记录机箱内外的电场和磁场,这里定义大量的探针，见图2。通过内外场强的比较得出屏效。

图2 探针显示图

3、计算方法

采用时域有限差分法（FDTD）。产生网格量为1033777，采用曙光机器进行计算，每个节点有64个核，内存为64GB。计算时间为：17.5h。

4、仿真结果

4.1内部场结果

不同内部探针的位置的电场结果，如下图3所示

（-30，27，119）

（-70，27，10）

（-70，27，200）

（0，27，10）

图3 机箱内不同位置的电场强度

4.2外部场结果

不同外部部探针的位置的电场结果，如下图4所示

图4 机箱外部电场强度

4.3表面电流图

实时场图，如图5所示

图5 机箱外部场图

5、机箱屏蔽效能定级

屏蔽效能的定义为空间中某点在没有屏蔽体时的场强与有屏蔽体时的场强之比，通常以dB为单位，屏效值越高说明屏蔽效果越好。在国军标GJB5240-2004中,场强规定在低频段(10kHz~30MHz)为磁场,而在中高频段(230MHz~2GHz)为电场。

国军标5240-2004中根据机箱机柜的用途将其屏蔽效能分为四级，不同等级的机箱机柜屏蔽效能最低要求见下表：

通过以上探针的结果可以看出,该机箱整体的屏蔽效能在10kHz~30MHz频段内的屏效等级为3，在30MHz~230MHz频段内的屏效等级为2，而在230MHz~1GHz频段内的屏效等级为2。