电磁屏蔽暗室施工工艺分析

何广春

（陕西广天科技有限公司，陕西 西安 710054）

我们电磁屏蔽行业的暗室是电磁屏蔽暗室，也叫电波暗室，与传统的暗室完全不同。它既是电磁屏蔽机房，又区别于普通的电磁屏蔽机房。暗室比普通的屏蔽室要复杂得多，它专注于电磁测试和检验的屏蔽机房。因此，对暗室的设计、施工质量和施工工艺就有了特殊的要求。

1 电磁屏蔽室和暗室的区别

电磁屏蔽室只是一个大的铁箱子，把外边的电磁信号隔离。通俗地讲，就是里边的信号出不去，外边的信号进不来。暗室不仅有屏蔽室的功能，而且内部贴了铁氧体材料，放置了辟尖型吸波材料，为的是模拟空旷场地的环境。所以，从建造成本来说，暗室比屏蔽室要高出许多，贵就贵在暗室内的吸波材料上。为什么要粘贴和放置这些吸波材料？这是电磁的特性决定的。电磁屏蔽室阻断了内外的电磁信号，但里面的电磁波会在内壁反射增加，并且是反射再反射，严重制约了模拟空旷场地的效果。依据电磁反射波的特性，暗室内壁加装吸波材料，电磁反射波会被吸收，不会产生叠加电磁波的混波效应，测试样品时，就不会产生电磁辐射干扰。所以，电波暗室的确切定义应该是：为了减少电波反射而在其内表面上装有射频吸波材料的屏蔽室称为电波暗室，又称射频无反射试验室或电波无反射。由此看来，暗室加装吸波材料是暗室建造最重要的环节，也是区别于电磁屏蔽机房最显著的特征。屏蔽暗室吸波体布置示意图，见图1。

图1 屏蔽暗室吸波体布置示意图（俯视）

吸波材料应该采用什么材料？吸波材料在暗室放在什么位置？吸波材料做成怎样的形态才能更好地吸波？、这是所有屏蔽暗室设计师都要面对的问题。吸波材料就是专门用于吸收入射电磁波能量的材料。虽然屏蔽暗室的吸波材料早就存在于现实中，但正式作为建筑学名词是2014年的事。吸波材料的用材国内外大多采用价格较低的聚氨酯软泡沫做成型材，聚氨酯价格低，重量轻，易加工，耐高温，低燃点，加工技术成熟并且施工简单。国内许多厂家生产聚氨酯型材，并且可以根据用户要求的尺寸、形状、颜色生产。

吸波材料粘贴在暗室内壁的六壁，使入射到暗室六壁大部分电磁波能量被吸收，反射极小，所以还有人把屏蔽暗室叫作“吸波室”。有的暗室为追求实用或建造位置的特殊性（如舰艇上），暗室内壁只在五个壁粘贴吸波材料，而在地面放置可以灵活移动的吸波体。从国内吸波材料生产厂家的产品来看，吸波材料型材大致分为四种：

（1）角锥型吸波材料。分为直角锥形和斜角锥形，角锥整齐，外型美观，表面可以根据用户需要喷涂彩色或彩图。

（2）平板型吸波材料。厚度10～50mm，整块面积6060cm。除具有吸波材料都有的重量轻、阻燃性能好的特性外，平板型吸波材料的最大优点是易于伪装、隐蔽。

（3）地板型吸波材料。这种型材分上下两层，两层间是尖峰对插，外面壳体可以用玻璃壳体。适用于走廊、客厅、暗室地板表面。

（4）棱边拐角吸波材料。适用于墙角、墙边。现实建造的暗室所采用的吸波材料型材大多为尖锥形，因为尖锥型有多个面，增大了吸波的面积，可以很好地吸收电磁能量。但是，有一利必有一弊，大量的尖锥体占据了暗室有限的空间，顶棚和四壁凸出着尖锥型吸波材料，地面也摆放着1m高的尖锥体，不仅会给测量工作带来不便，也给测量人员带来了心理压抑。如果增大暗室面积，必然加大了建造成本。于是，不少聪明的设计师不拘泥于吸波材料常用的尖锥型形状，设计出了许多别出心裁的吸波体造型。比如，把尖锥型吸波体的尖锥部弯下来，降低吸波体的长度和高度，称为扭锥型或麻花型。弯下来的部分还可以做成尖锥状或其他形状，以增加吸波面为要。这样并不减少吸波体的吸波面积，却增大了暗室的实用面积。

需要引起暗室设计师重视的是，吸波体的高度和待吸收的电磁频率有关，需要吸收的电磁波频率越低，吸波体的长度越高，是反比的关系。所以，暗室的电磁波频率不能太低，太低了吸波体的高度将无法承受。现有的屏蔽暗室，使用的电磁波频率都在数百兆赫以上。现在，市面上出了一种新型的棱锥形吸收体，可使暗室工作频率降到30M，与开阔地相比，测量误差很小。对于电磁波的测试，实验环境要求不高的测试，比如，传导骚扰、静电测试、浪涌测试、雷击测试都是通过电源线进行，屏蔽室内就可以测试。对于空间辐射、空间骚扰等空间带来的问题或是抗干扰时对空间有特殊要求就需要在暗室进行。所谓暗室，并不是在昏暗的房子里做测试工作。如果把暗室关上门，暗室里面不开灯，当然是暗无天日，是真正的暗室。从事测试工作时，测试仪器在暗室外，只把测试用的传输线放在暗室需要测试的操作台上。此时，暗室内没有任何人员，关上屏蔽门后，没有必要开灯，当然暗室就是漆黑一团，这就是暗室名称的由来。

2 暗室的用材和选取

现代科技的发展，电场波辐射对环境的影响日益增大。电场波辐射不仅干扰工作，还能对人体造成伤害。为了治理电磁污染，削弱或抵挡电场波的危害，寻找和发明吸波材料是当今电磁屏蔽行业一大课。研究证实，铁氧体吸波材料吸波的性能最佳，它吸收频段高，吸收率高，需要的厚度薄，可以很好地达到消除电磁干扰的问题。吸波材料设计时要考虑两大问题：

（1）电场波到达吸波材料表面时，尽可能完全穿过表面，减少反射。

（2）电场波进入吸波材料内部时，要使电场波的能量尽量损耗掉。基于这两个要素，选取吸波材料时，大多选取电阻型损耗吸波材料和电介质损耗吸波材料。电阻型损耗吸波材料和材料的导电率有关，机理是把电磁能转化为热能；电介质损耗吸波材料是介质损耗，介质反复极化会发热，从而把电磁能转化为热能。还有一种新型的磁损耗材料，机理是铁磁材料动态磁化过程中残生的磁滞损耗、旋磁涡流、阻尼损耗等。最近报道的纳米微波损耗材料是吸波技术的一大亮点。吸波材料的元素分为碳系、铁系、陶瓷系和导电聚合物。元素为石墨烯、石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、铁氧体、磁性铁纳米材料、碳化硅等。这些元素分别制作成单层平板形、多层平板型、圆形、多边形、锥形等。国外还有把铁氧体和金属短纤维与高分子树脂混合，作为涂层直接喷涂到屏蔽机房的内壁，厚度一般为1.5～5mm，整体工艺比较复杂，成本太高。于是，国内有把吸波材料和工程塑料混合的设想，生产复合型吸波材料，这样可以大大节省成本，目前在研发阶段。暗室内壁的用材和电视台播音室内壁的用材有异曲同工之处，播音室内壁的用材是为了吸音，不使声音反射。暗室内壁的用材是为了吸波，不使电磁波干扰，模拟一个空旷的环境。当然，选取暗室的吸波材料，除考虑性能和成本外，还要注意材料的重量轻、耐高温、耐潮湿、抗腐蚀的物理性能。

3 暗室的施工工艺要求

暗室的结构形式有两大类，组装式壳体和焊接式壳体。组装式壳体由若干屏蔽板用螺钉、压条（衬垫）相互组成，安装简单，可装可拆，易于搬迁安装。由于壳体是活动连接，屏蔽效能不可能很高。焊接式壳体由若干屏蔽板体焊接成一体，不易拆装，又称固定式屏蔽暗室。这类暗室壳体稳定，承载力大，特别适合超高超宽的大跨度屏蔽体，并且屏蔽效能远高于组装式壳体暗室。但暗室的内壁设计却大同小异。暗室的设计不同于电磁屏蔽机房的设计，区别在于内饰上，也就是暗室的内壁设计，包括地面。要想达到尽量好的吸波效果，四四方方的内壁设计很少见，显然不太理想。有设计成穹隆型的，多边形的，也有设计成六边型的，这就要靠我们的设计人员脑洞大开了。暗室屏蔽室是一项屏蔽系统工程，它包括屏蔽壳体、供人员设备出入的的屏蔽门、通风散热的屏蔽窗、各种电源滤波器、各种信号线的屏蔽处理及屏蔽接地等。

暗室采用的吸波体常做成尖劈型，像金字塔的形状，通俗叫尖锥形。主要有聚氧酯泡沫型、无纺布难燃型和硅酸盐板金属膜组装型。此类吸波材料表面积增大，会很好地产生吸波功能。它缺点也很明显，暗室基于建造成本，面积本来就不大，吸波体增大，暗室内部空间会急剧减少，有的尖锥型吸波材料高度近2m，给工作人员压抑感。暗室的施工，不同于一般电磁屏蔽机房的施工，工艺要求复杂得多，需要有经验的专业人员参与，特别是焊接技术。焊工要具备质量意识和扎实的能力，工作前要准备焊接材料、心态要到位，还要考虑设备的性能。

首先，屏蔽暗室铺设地梁的的地面要做平，不得有金属和其他杂物，以免承重后变形。其次，要核对铺设地梁的尺寸，确认地梁结构焊接固定，然后铺设金属地板。金属地板的板与板之间留间隙3～5mm焊缝，焊接时打孔塞焊，孔必须打到下方有钢板的地方，地板接缝满焊焊接。

近年来，陕西广天科技有限公司制作的暗室有了新的创意，他们在地面已有的屏蔽地板上再架设一层金属地板，中间用钢龙骨支撑，架空高度高达为500mm。由于增加了地面高度，暗室的设计也要考虑总体高度的问题。这样，两层金属板可以更好地反射信号。另外，暗室内电源管线及信号接口板、波导管、强弱管线可以放在二层地板间走线，在反射地面上引出配置插座，既增强屏蔽效果又方便施工。但这种暗室材料成本和施工成本会增加不少，需要用户方慎重考虑，关键要看暗室的测试性能要求。暗室内壁四周架设强体龙骨，立柱龙骨用60×60×2（mm）方型钢管，也有用200×100×5(mm)方型钢管作为中间衬档，具体的方型钢管尺寸根据暗室的设计图纸确定。

安装墙体竖向龙骨时，做好龙骨框架面的垂直和平整度，因为暗室内壁基本上都是铁家伙，很重，骨架如果不垂直很容易变形。龙骨每根立柱下须垫100×100×5（mm）绝缘板，或者根据地梁长宽自行裁定尺寸。顶梁龙骨打M8膨胀螺钉，膨胀螺钉需用尼龙套套上，与角钢绝缘处理。安装屏蔽门时，也需要精细调整垂直和水平。门和周围的钢板分段焊接满焊焊接，分段焊接是为了避免局部受热过多产生变形。

4 暗室的接地要求

接地技术是防止电磁干扰，增加电子设备兼容能力，提高设备可靠性的重要方法。设备和系统的接地，其目的有两个：一是为设备或系统提供一个信号电压的公共参考点；二是为了人身和设备的安全。接地方式可分为单点接地、多点接地和混合接地等。屏蔽暗室的接地和电磁屏蔽机房的接地方法基本相同，也必须良好接地，使屏蔽体和大地同电位，避免产生对地电容造成对测量设备干扰和对工作人员造成不安全。屏蔽暗室的接地是单点接地。要点有以下三点：

（1）屏蔽体单独接地，即单点接地。为保证接地可靠，要选择专门的金属接地器材。

（2）接地线尽可能短，暗室在高层建筑上可以通过建筑物的结构钢架接地，接地线一般选择50mm×3mm镀锌钢板。

（3）不得把接地线和其他导线平行敷设。暗室完工后要进行自检，自检的重点是壳体所有连续焊接缝、穿孔、门和波导窗部位检查。有问题的及时补焊，补焊后再自检。收工清理主要是焊缝清理，然后涂上防锈油漆。还有对屏蔽门的调试使用，并对用户教会屏蔽门的使用方法和保养知识。报请国家认可资质的第三方检测机构检测机房，出具合格证书。最后的一项工作是填写项目完成报告，包括工程完工审批表和试运行报告，约请甲方及现场负责人对项目初步验收，填写验收报告和客户满意度调查表。报请甲方及现场负责人对项目终极验收、交钥匙。需要强调的是，暗室的设计不仅要考虑吸波材料的购买成本，也要考虑吸波材料的质量可能带给暗室的后期维护保养成本。如果维保期过后维护保养成本太高，即使设计的图纸很有花样，在工程竞标时也不具备优势。