高场强区电磁屏蔽方式的探索

高场强区电磁屏蔽方式的探索一、问题的提出

在中波发射台内建设卫星地球站，由于存在高场强电磁场干扰，如何避免干扰，使系统能够正常工作是系统建设的关键。天津广播电视卫星地球站在建设过程中，对中波的强电磁干优、电磁感应的屏蔽、各系统之间的干扰等问题进行了理论的分析和实践的探索。本文就天津广播电视卫星地球站建设中强电磁场、电磁感应的屏蔽处理方法和屏蔽体的施工方法进行介绍。

二、工程情况

天津广播电视卫星地球站建在我局杨柳青中波发射台内。当时选择在中波发射台内建卫星地球站是考虑利用发射台的现有建筑和技术力量，这样能够节省大量的土地征地费和土建投资，充分利用发射台的基础设施和技术力量，并能够大幅度缩短建站时间。

从中波发射台的电磁环境看，除中波广播外，电磁环境能够满足建设卫星地球站的要求，因此解决好中波的强电磁干扰是能否建站的关键。

杨柳青中波发射台播出四套广播节目。现场测试，机房附近空间场强最大146.5dBuv/m，最小134.5dBuv/m,机房内场强不均，最大140.2dBuv/m。按照GB13615-92《地球站电磁环境保护要求》，地球站的设备抗电磁干扰能力为110dBuv/m，因此必须进行处理。

三、强电磁场、电磁感应的屏蔽处理

1.屏蔽的理论分析

电磁屏蔽是利用电磁感应的作用而进行屏蔽，利用电磁场在屏蔽体上所感应的涡流作用，从而衰减通过的能量。在一般情况下，建筑物的自然屏蔽作用在10~20dB左右，这主要取决于建筑物用钢筋量的多少和钢筋的分布，所用钢筋多，钢筋分布呈网状，则屏蔽效果较好。对于有要求的仪器设备，屏蔽一般多采用18~22目铜网进行，其屏蔽效果在30dB左右。而在中波发射台内场强较高，一般屏蔽较难满足要求。

根据schelkunoff理论，一般金属体被电磁波入射时，它的屏蔽效果为：

S=A+R+M（dB）

其中：A——吸收损失（dB），是电磁波在金属体内的电磁衰减；R——反射损失（dB），是金属体表面和空气之间的反射损失；

M——多重反射损失（dB），是金属体两个表面间反复反射的损失。

金属板屏蔽效果是这三种损失的总和。根据理论分析和实践经验，结合机房的情况，决定采用金属六面体的结构，将机房和控制室用金属板屏蔽起来，并将原有窗户封堵，以减少电磁波的透射，确保屏蔽效果。

2.屏蔽材料的选择

通常使用的金属屏蔽材料有铜、铁、铝。按照schelkunoff理论，由于各种金属材料导电率和导磁率不相同，适用的场合也不同。铁的导磁率比铜高，其吸收损失比铜大，所以铁材料多用于屏蔽低频率的电磁场或在要求吸收损失较大的时候使用。对于高频的电磁场的屏蔽通常选用高导电率的铜或铝。铝材料的导电率比铜稍低，材料价格低于铜，但接缝难处理，表面容易被氧化，形成接触电阻，耐久性差。根据中波发射台的实际情况，屏蔽是为了阻止高频电磁波，因此决定选用铜作为屏蔽材料。

按照schelkunoff理论，屏蔽材料的厚度对屏蔽效果是有影响的。反射损失

R=-20·lg[4K/（1+K）2]（dB）

其中：K=金属体固有阻抗/空间阻抗

所以反射损失与屏蔽体的厚度无关。对于多重反射损失M，由于屏蔽体两侧的反射相互抵消，再加上屏蔽体的吸收损失，多重反射损失在频率高时可以忽略不计。铜材料的吸收损失

A=131.4·（f·μr·G）1/2·t(dB)

其中:f—频率，

μr—相对导磁率，

G—相对电导率，

t—屏蔽体厚度。

对于铜可取：μr=1、G=1，由此可计算出在1MHz时，0.1mm厚的铜箔的吸收损失为13.14dB，0.3mm厚的铜箔的吸收损失为39.42dB,0.5mm厚的铜箔的吸收损失为65.7dB。

由此可看出，按照传统电磁理论,频率越高、屏蔽导体越厚，则屏蔽效果越好，而实际情况并非如此。一些专业的实验表明，实际的屏蔽效果与传统电磁理论并不相符。图1显示出屏蔽导体厚度和屏蔽衰减量之间的关系。从图1中可以看出，各种厚度的铜箔不仅其屏蔽效果相近，而且在GHz频段内，其厚度越薄屏蔽效果越好。根据实际统计数据看，在中波波段，不同厚度的铜箔，屏蔽效果基本一样。选材主要从成本和施工方面考虑，铜箔过薄容易出现意外破损，影响屏蔽效果，而铜箔过厚焊接时散热太快，不利于焊接；从成本方面考虑铜箔的厚度要适中，以能保证屏蔽效果为限。因此，选用0.3mm的铜箔作为屏蔽材料。这样，既能满足屏蔽要求，便于施工，又能节省投资。

3.屏蔽体的施工

屏蔽体为整体封闭的金属六面体，采用厚度为0.3mm、宽度为600mm的铜箔卷材焊接而成。因此整个屏蔽体存在着许多接缝，接缝处理的好坏是屏蔽好坏的关键，对屏蔽效果影响很大。因此要求接缝处没有缝隙，没有漏焊点。

施工初期，由于对铜箔的散热性认识不足，原想先将铜箔固定于墙面之后，再进行焊接，结果由于铜箔散热非常快，很难将其焊成一体。后经反复研究、试验，对焊接方法和焊接工具进行了一系列改进，终于达到了满意的效果。

屏蔽体施工步骤：

（1）钢筋预加工

按照墙面尺寸，剪裁铜箔，并在铜箔四周边上30mm范围内，热涂一层焊锡。

为保证接缝的焊接质量，确实达到电气要求，并保证没有漏焊点，钢筋按照墙面尺寸加长或缩短300mm，使竖向接缝在墙角的两侧交错排列，铜箔的搭接宽度为30mm。见图2。

（2）将铜箔分层钉于墙上，加热焊接

加保证铜箔的平直，以利于焊接，按照搭接尺寸，在墙面上预先弹好各层铜箔的位置线，将铜箔按照墙面上的位置线固定于墙面，在接缝处加热、加压、使锡熔化并使铜箔焊接成一体。见图2。

（3）用锡将接缝处的缝隙填实

为保证接缝的可靠性，没有漏焊点，再用锡将接缝处补焊一遍。见图2。

4.室内过墙管的处理

室内过墙管，如暖气管、引入引出线的套管等，这些过墙管由于是从屏蔽体之外引入，就如同一根天线，将屏蔽体外的中波场强引入屏蔽体内，造成局部场强升高，产生电磁干扰。对于这些过墙管，在其进入屏蔽体处，用铜箔将它与屏蔽体焊接起来，以减少干扰。此外，无用的管线应拆除，应尽量减少通过屏蔽体的管线，以保证屏蔽效果。

5.屏蔽体的接地处理

接地的目的是泄放屏蔽体上的感应电流，以避免屏蔽体带电。屏蔽体的接地使用了两种方法。一种是与原有建筑物的接地系统连接，通过原有接地系统接地。第二种是独立接地系统，用两条3×200mmm的铜板带作为下引线，一端与屏蔽体内、外侧可靠焊接，另一端与地极板的两侧面用铜螺栓紧固连接后再可靠焊接。地极板尺寸为1×4m，由两块6mm厚1×2m的铜板串联并用铜螺拴紧固连接后再可靠焊接而成。地极板距建筑物3.0m，埋深约2.0m，整体在正常静止水位之下，并在地极板周围洒入100kg工业用盐，以尽量减小接地电阻。实测接地电阻为0.025欧姆。由于引下线也具有天线作用，为避免在引下线上产生感应，又在引下线外安装了铁屏蔽盒。

四、屏蔽效果测试

杨柳青中波发射台共播出四