電磁兼容的屏蔽設計的一些重要知識

EMC(電磁兼容)是設備的一種能力，它要求設備在其電磁環(huán)境中能正常完成它的功能，又不至于因為環(huán)境干擾而影響其正常工作。產(chǎn)品的 EMC 性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的工作穩定性、環(huán)境適應能力。EMC 設計是通信產(chǎn)品設計中不可缺少的重要組成部分。EMC 設計中比較關(guān)鍵的一項就是有關(guān)設備的屏蔽設計。屏蔽能有效地抑制通過(guò)空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是限制內部的輻射電磁能越過(guò)某一區域;二是防止外來(lái)的輻射進(jìn)入某一區域，現有的屏蔽措施都是基于這兩個(gè)目的而施行。

目前，屏蔽系統已經(jīng)為越來(lái)越多的用戶(hù)所認識，它在電磁兼容方面的良好性能也正在為越來(lái)越多的人所認可。屏蔽系統具有良好的電磁兼容性，可以提供**、高速、穩定的信息傳輸通道。屏蔽系統擁有一套完整的屏蔽、接地體系，提供*完整、*全  面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案，以滿(mǎn)足當今網(wǎng)絡(luò )日益提升的需求。對于屏蔽系統而言，接地是至關(guān)重要的過(guò)程，只有正確有效地接地才能體現出屏蔽的優(yōu)越性和價(jià)值。

一、屏蔽系統的應用

1.信息**：提高信息傳輸的**性保證敏感數據不外漏，是選擇屏蔽系統*重要的一個(gè)原因。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )信息化的普及，信息**的重要性已經(jīng)越來(lái)越被廣大用戶(hù)所重視，防止信息泄露就成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。

2.高速網(wǎng)絡(luò )：相對于100M和1000M的網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)高速網(wǎng)絡(luò )由于編碼更復雜等原因，對外界的干擾更加敏感，通訊更容易受到外界的干擾。對屏蔽系統而言，屏蔽層屏蔽的不僅僅是外界電磁干擾，線(xiàn)纜之間的干擾也同樣被隔離，屏蔽布線(xiàn)系統對ANEXT產(chǎn)生的影響具有先天的技術(shù)優(yōu)勢，所以屏蔽系統相對高速的網(wǎng)絡(luò )運行更加穩定可靠。

3.特殊的傳輸環(huán)境：特殊的安裝環(huán)境需要對外界的電磁干擾加以防護，比如建筑物附近有電臺、電視臺等強射頻源，或者在大型動(dòng)力裝置附近，或者是各種的工業(yè)環(huán)境。這些環(huán)境中均有明確存在的連續或間斷工作的強電磁干擾。在布線(xiàn)系統實(shí)施之前，雖然這些干擾對網(wǎng)絡(luò )運行的影響很難定量分析，但使用屏蔽系統可以更好地保障網(wǎng)絡(luò )通訊正常運行。

二、屏弊的設計

1.屏蔽室：能提供電平低而穩定的環(huán)境，它為測量精度的提高，測量的可靠性和重復性的改善帶來(lái)了較大的益處。但是由于被測設備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)屏蔽室的6個(gè)面產(chǎn)生無(wú)規則的漫反射，特別在輻射發(fā)射測量和輻射敏感測量中表現更為嚴重導致在屏蔽室里產(chǎn)生巨大的誤差。

2.混合波室：在一個(gè)長(cháng)方體屏蔽室里放置一個(gè)旋轉的大的金屬反射體來(lái)實(shí)現一個(gè)均勻場(chǎng)環(huán)境。所以在涽波室內某點(diǎn)的電磁場(chǎng)是來(lái)自各個(gè)方向反射波在這一點(diǎn)的矢量和。另外扇葉的旋轉改變了電磁波抵達這一點(diǎn)的路徑長(cháng)度和波的反射次數。從統計意義上講，腔體內的場(chǎng)將不會(huì )有明顯的諧振場(chǎng)結構，*終在腔體的測試區內得到統計上均勻的，認意極化的，各項通行的場(chǎng)環(huán)境。

3.橫電磁室：由3個(gè)部分組成：主體段、過(guò)渡段、矩形同軸連接線(xiàn)，橫電磁室將輸入能量轉換為均勻磁場(chǎng)，因而消除了由使用天線(xiàn)可能帶來(lái)的長(cháng)得不均勻性問(wèn)題。同時(shí)GTEM室地隔板與漸變的波導壁在終端都是匹配連接地，因此消除了其他設備所固有的反射和諧振現象。

三、屏蔽的應用

1.機柜(或屏蔽盒)的屏蔽：

實(shí)際中的電磁屏蔽體都不是一個(gè)全封閉的屏蔽體，亦即它在電氣上不是連續均勻的。在實(shí)際的機箱和屏蔽盒結構設計中，通常都有電源線(xiàn)和控制線(xiàn)的引入和引出，在面板部分還有操作鍵、顯示屏的開(kāi)孔，后面板上還有通風(fēng)孔等等，所以實(shí)際機箱在電氣上并不連續，而電氣不連續的機箱會(huì )降低其屏蔽效能。下面是對機箱設計中的一些基本做法：

(1)結構材料 ① 適用于底板和機殼的材料大多數是良導體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場(chǎng)，主要的屏蔽機理是反射而不是吸收; ② 對磁場(chǎng)的屏蔽需用鐵磁材料，如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射; ③ 在強電磁場(chǎng)環(huán)境中，要求材料能屏蔽電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩種成分，因此需要結構上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響;④ 對于塑料殼體，是在其內壁噴涂屏蔽層，或在汽塑時(shí)摻入金屬纖維。

(2)縫隙：① 在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好地搭接。*壞的電搭接對殼體的屏蔽效能起決定性作用;② 保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。

(3)穿透和開(kāi)口：① 要注意由于電纜穿過(guò)機殼使整體屏蔽效能降低的程度，典型的未濾波的導線(xiàn)穿過(guò)屏蔽體時(shí)，屏蔽效能降低 30dB以上。② 電源線(xiàn)進(jìn)入機殼時(shí)，全部應通過(guò)濾波器盒。濾波器的輸入端*好能穿出到屏蔽機殼外;若濾波器結構不宜穿出機殼，則應在電源線(xiàn)進(jìn)入機殼處專(zhuān)為濾波器設置一隔艙。③ 信號線(xiàn)、控制線(xiàn)進(jìn)入或穿出機殼時(shí)，要通過(guò)適當的濾波器。具有濾波插針的多芯連接器(插座)適用于這種場(chǎng)合使用。

(4)搭接：① 盡可能用同樣的金屬搭接。保證搭接的直流電阻不大于 2.5 毫歐;② 對不同金屬進(jìn)行搭接要注意各種金屬在電化學(xué)序列表中的相對位置。電位差要盡可能小，并有合適的防腐蝕措施。當級別相差較遠的金屬搭接時(shí)，需在兩金屬表面間放入一個(gè)中間級別的金屬墊圈; ③ 修整搭接表面，以便得到*大的接觸面積 ;④ 搭接前清洗所有配接表面。為防止氧化，在清  除了保護層之后就馬上搭接配合表面; ⑤ 對于長(cháng)久性搭接應盡可能用熔焊或銅焊錫焊連接所

有的接合面。射頻搭接應優(yōu)先采用長(cháng)久性搭接。

2.插箱的屏蔽

當插箱的工作頻率較高容易干擾其他插箱工作時(shí)，或工作非常敏感易受到其他插箱干擾時(shí)，有必要考慮插箱的屏蔽性能，插箱的屏蔽比較復雜，一般可采用以下方式：(1)面板采用金屬面板，一般使用 U 形面板;(2)為保證面板間的良好搭接，*好使用金屬簧 片;(3)面板與機框間*好用金屬簧 片或導電襯墊保證搭接;(4)機框的搭接必須良好保證; (5)插箱的上下一般有通風(fēng)散熱要求，可使用多孔薄板;(6)為及時(shí)泄放面板上的靜電，面板上*好有一金屬插針，此插針有靜電泄放和定位兩個(gè)作用;在機框內對應插針處必須有定位孔和接地簧 片配合。

3.電纜的屏蔽：由于電磁波存在于每個(gè)角落，所以稍有疏忽，就可能導致嚴重的損失，因此，對于各物件的屏蔽得慎重規劃。在各物件中，首重電纜之屏蔽，電纜的屏蔽*常使用編織的金屬網(wǎng)，而影響其屏蔽效能的因素包括：屏蔽材料及厚度，屏蔽層的終結方法及所使用的接頭，線(xiàn)上的駐波比，電纜本身的長(cháng)度及方向;此外，就實(shí)際上，電纜加屏蔽層后的柔軟度亦應重視。此外，電纜的屏蔽層應加以絕緣，因為不當的接地會(huì )產(chǎn)生雜訊;同時(shí)，除了同軸電纜之外，屏蔽層不應視為信號之回線(xiàn)。另外，用于傳送高頻信號的電纜其屏蔽層應兩端接地。除了電纜得加屏蔽層之外，接頭也應一并考慮;同時(shí)，接頭的屏蔽應予以適當的接地，而其屏蔽效能應不低于電纜屏蔽。

四、屏蔽材料的發(fā)展方向

(1)高分子導電涂料：

高分子導電涂料是用金屬粉末、碳粉、石墨等導電填料與高分子聚合物如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸樹(shù)脂等混合后，涂于塑料表面制成的，由于其具有易在復雜形狀表面涂敷，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，現在越來(lái)越受到青睞。導電涂料的種類(lèi)主要有銀系、碳系、銅系、鎳系等。銀系的化學(xué)性質(zhì)穩定,導電性能好，屏蔽效果可達65dB以上。

(2)復合型屏蔽材料：

復合屏蔽材料是目前研究比較熱門(mén)的一類(lèi)新型屏蔽材料，由絕緣的合成樹(shù)脂、良導電性能材料及添加劑混合加工制成。根據填充材料類(lèi)型的不同，大致可分為金屬纖維復合材料和非金屬纖維復合材料兩大類(lèi)。

(3)導電織物：

導電織物就是在一般紡織品表面鍍上金屬，或者將金屬纖維編入紡織品中，使之既具有金屬良好的屏蔽效能，同時(shí)又不失紡織品原有的柔韌性等特征。其品種主要有碳纖維與普通纖維混紡織物、金屬纖維無(wú)紡布、普通化纖絡(luò )合銅纖維織物等。由于方便、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn),現在導電織物正成為研究的熱點(diǎn)。

(4)發(fā)泡材料：

發(fā)泡材料大致包括發(fā)泡金屬和發(fā)泡塑料兩大類(lèi)。發(fā)泡金屬是金屬和空氣的復合材料，根據其內部氣泡的形態(tài)可把發(fā)泡金屬分成兩種：氣泡獨立存在的獨立氣泡型和氣泡連續分布的連續氣泡型。許多金屬材料如碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鉛、鈦、銀、鎳基超合金等都可制成發(fā)泡金屬;其中又以發(fā)泡鋁技術(shù)*為成熟、應用*為廣泛。由于其結構上多孔的特點(diǎn),使得電磁波在金屬內部的吸收損耗和多次反射，損耗大大增加,因此厚度很薄就可起到很好的屏蔽效果。

五、電磁屏蔽技術(shù)中還存在以下困難有待解決

降低屏蔽材料的厚度，同時(shí)也降低了材料的屏蔽效能，這與結構設計要求增加強度和厚度相矛盾。阻抗匹配也是屏蔽吸波材料開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)，理想情況是一種材料的電導率和磁導率越高越好，然而對于單組分材料很難同時(shí)具備較高的介電常數和磁導率：低頻磁場(chǎng)屏蔽仍然是電磁屏蔽中的難點(diǎn)，目前常用的方法是采用多重屏蔽和遠離場(chǎng)源，但更有效的措施還需進(jìn)一步研究。復合屏蔽材料和結構由于其設計功能上的限制，工藝成型難度較大。

六、總之屏蔽設計是 EMC 設計中相當重要的一環(huán)

屏蔽措施的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統的 EMC 效果。但由于電磁波無(wú)處不在，所以屏蔽也是一個(gè)多樣、復雜和充滿(mǎn)變化的問(wèn)題，只有在在每個(gè)可能受到電磁干擾的地方都多加注意，從細微之處抓起，才能達到較好的屏蔽效果。