高場強區(qū)電磁屏蔽方式的探索

高場強區(qū)電磁屏蔽方式的探索一、問題的提出

在中波發(fā)射臺內建設衛(wèi)星地球站，由于存在高場強電磁場干擾，如何避免干擾，使系統(tǒng)能夠正常工作是系統(tǒng)建設的關鍵。天津廣播電視衛(wèi)星地球站在建設過程中，對中波的強電磁干優(yōu)、電磁感應的屏蔽、各系統(tǒng)之間的干擾等問題進行了理論的分析和實踐的探索。本文就天津廣播電視衛(wèi)星地球站建設中強電磁場、電磁感應的屏蔽處理方法和屏蔽體的施工方法進行介紹。

二、工程情況

天津廣播電視衛(wèi)星地球站建在我局楊柳青中波發(fā)射臺內。當時選擇在中波發(fā)射臺內建衛(wèi)星地球站是考慮利用發(fā)射臺的現有建筑和技術力量，這樣能夠節(jié)省大量的土地征地費和土建投資，充分利用發(fā)射臺的基礎設施和技術力量，并能夠大幅度縮短建站時間。

從中波發(fā)射臺的電磁環(huán)境看，除中波廣播外，電磁環(huán)境能夠滿足建設衛(wèi)星地球站的要求，因此解決好中波的強電磁干擾是能否建站的關鍵。

楊柳青中波發(fā)射臺播出四套廣播節(jié)目?，F場測試，機房附近空間場強最大146.5dBuv/m，最小134.5dBuv/m,機房內場強不均，最大140.2dBuv/m。按照GB13615-92《地球站電磁環(huán)境保護要求》，地球站的設備抗電磁干擾能力為110dBuv/m，因此必須進行處理。

三、強電磁場、電磁感應的屏蔽處理

1.屏蔽的理論分析

電磁屏蔽是利用電磁感應的作用而進行屏蔽，利用電磁場在屏蔽體上所感應的渦流作用，從而衰減通過的能量。在一般情況下，建筑物的自然屏蔽作用在10~20dB左右，這主要取決于建筑物用鋼筋量的多少和鋼筋的分布，所用鋼筋多，鋼筋分布呈網狀，則屏蔽效果較好。對于有要求的儀器設備，屏蔽一般多采用18~22目銅網進行，其屏蔽效果在30dB左右。而在中波發(fā)射臺內場強較高，一般屏蔽較難滿足要求。

根據schelkunoff理論，一般金屬體被電磁波入射時，它的屏蔽效果為：

S=A+R+M（dB）

其中：A——吸收損失（dB），是電磁波在金屬體內的電磁衰減；R——反射損失（dB），是金屬體表面和空氣之間的反射損失；

M——多重反射損失（dB），是金屬體兩個表面間反復反射的損失。

金屬板屏蔽效果是這三種損失的總和。根據理論分析和實踐經驗，結合機房的情況，決定采用金屬六面體的結構，將機房和控制室用金屬板屏蔽起來，并將原有窗戶封堵，以減少電磁波的透射，確保屏蔽效果。

2.屏蔽材料的選擇

通常使用的金屬屏蔽材料有銅、鐵、鋁。按照schelkunoff理論，由于各種金屬材料導電率和導磁率不相同，適用的場合也不同。鐵的導磁率比銅高，其吸收損失比銅大，所以鐵材料多用于屏蔽低頻率的電磁場或在要求吸收損失較大的時候使用。對于高頻的電磁場的屏蔽通常選用高導電率的銅或鋁。鋁材料的導電率比銅稍低，材料價格低于銅，但接縫難處理，表面容易被氧化，形成接觸電阻，耐久性差。根據中波發(fā)射臺的實際情況，屏蔽是為了阻止高頻電磁波，因此決定選用銅作為屏蔽材料。

按照schelkunoff理論，屏蔽材料的厚度對屏蔽效果是有影響的。反射損失

R=-20·lg[4K/（1+K）2]（dB）

其中：K=金屬體固有阻抗/空間阻抗

所以反射損失與屏蔽體的厚度無關。對于多重反射損失M，由于屏蔽體兩側的反射相互抵消，再加上屏蔽體的吸收損失，多重反射損失在頻率高時可以忽略不計。銅材料的吸收損失

A=131.4·（f·μr·G）1/2·t(dB)

其中:f—頻率，

μr—相對導磁率，

G—相對電導率，

t—屏蔽體厚度。

對于銅可?。害蘲=1、G=1，由此可計算出在1MHz時，0.1mm厚的銅箔的吸收損失為13.14dB，0.3mm厚的銅箔的吸收損失為39.42dB,0.5mm厚的銅箔的吸收損失為65.7dB。

由此可看出，按照傳統(tǒng)電磁理論,頻率越高、屏蔽導體越厚，則屏蔽效果越好，而實際情況并非如此。一些專業(yè)的實驗表明，實際的屏蔽效果與傳統(tǒng)電磁理論并不相符。圖1顯示出屏蔽導體厚度和屏蔽衰減量之間的關系。從圖1中可以看出，各種厚度的銅箔不僅其屏蔽效果相近，而且在GHz頻段內，其厚度越薄屏蔽效果越好。根據實際統(tǒng)計數據看，在中波波段，不同厚度的銅箔，屏蔽效果基本一樣。選材主要從成本和施工方面考慮，銅箔過薄容易出現意外破損，影響屏蔽效果，而銅箔過厚焊接時散熱太快，不利于焊接；從成本方面考慮銅箔的厚度要適中，以能保證屏蔽效果為限。因此，選用0.3mm的銅箔作為屏蔽材料。這樣，既能滿足屏蔽要求，便于施工，又能節(jié)省投資。

3.屏蔽體的施工

屏蔽體為整體封閉的金屬六面體，采用厚度為0.3mm、寬度為600mm的銅箔卷材焊接而成。因此整個屏蔽體存在著許多接縫，接縫處理的好壞是屏蔽好壞的關鍵，對屏蔽效果影響很大。因此要求接縫處沒有縫隙，沒有漏焊點。

施工初期，由于對銅箔的散熱性認識不足，原想先將銅箔固定于墻面之后，再進行焊接，結果由于銅箔散熱非常快，很難將其焊成一體。后經反復研究、試驗，對焊接方法和焊接工具進行了一系列改進，終于達到了滿意的效果。

屏蔽體施工步驟：

（1）鋼筋預加工

按照墻面尺寸，剪裁銅箔，并在銅箔四周邊上30mm范圍內，熱涂一層焊錫。

為保證接縫的焊接質量，確實達到電氣要求，并保證沒有漏焊點，鋼筋按照墻面尺寸加長或縮短300mm，使豎向接縫在墻角的兩側交錯排列，銅箔的搭接寬度為30mm。見圖2。

（2）將銅箔分層釘于墻上，加熱焊接

加保證銅箔的平直，以利于焊接，按照搭接尺寸，在墻面上預先彈好各層銅箔的位置線，將銅箔按照墻面上的位置線固定于墻面，在接縫處加熱、加壓、使錫熔化并使銅箔焊接成一體。見圖2。

（3）用錫將接縫處的縫隙填實

為保證接縫的可靠性，沒有漏焊點，再用錫將接縫處補焊一遍。見圖2。

4.室內過墻管的處理

室內過墻管，如暖氣管、引入引出線的套管等，這些過墻管由于是從屏蔽體之外引入，就如同一根天線，將屏蔽體外的中波場強引入屏蔽體內，造成局部場強升高，產生電磁干擾。對于這些過墻管，在其進入屏蔽體處，用銅箔將它與屏蔽體焊接起來，以減少干擾。此外，無用的管線應拆除，應盡量減少通過屏蔽體的管線，以保證屏蔽效果。

5.屏蔽體的接地處理

接地的目的是泄放屏蔽體上的感應電流，以避免屏蔽體帶電。屏蔽體的接地使用了兩種方法。一種是與原有建筑物的接地系統(tǒng)連接，通過原有接地系統(tǒng)接地。第二種是獨立接地系統(tǒng)，用兩條3×200mmm的銅板帶作為下引線，一端與屏蔽體內、外側可靠焊接，另一端與地極板的兩側面用銅螺栓緊固連接后再可靠焊接。地極板尺寸為1×4m，由兩塊6mm厚1×2m的銅板串聯并用銅螺拴緊固連接后再可靠焊接而成。地極板距建筑物3.0m，埋深約2.0m，整體在正常靜止水位之下，并在地極板周圍灑入100kg工業(yè)用鹽，以盡量減小接地電阻。實測接地電阻為0.025歐姆。由于引下線也具有天線作用，為避免在引下線上產生感應，又在引下線外安裝了鐵屏蔽盒。

四、屏蔽效果測試

楊柳青中波發(fā)射臺共播出四