工程師EMC應用設計秘籍（二）

七、電磁屏蔽材料的選用

       具有較高導電、導磁特性的材料可以用作屏蔽材料。常用的有鋼板、鋁板、鋁箔、銅板、銅箔等。也可以在塑料機箱上噴涂鎳漆或銅漆的方法實(shí)現屏蔽。

       屏蔽機箱的屏蔽效能除了與所選屏蔽材料的導電率、導磁率和厚度有關(guān)外，在很大程度上還依賴(lài)于機箱的結構，即其導電連續性。任何實(shí)用的屏蔽機箱上都有縫隙，這些縫隙是由于屏蔽板之間臨時(shí)性搭接所造成的。由于縫隙的導電不連續性，在縫隙處會(huì )產(chǎn)生電磁泄漏。因此，對于長(cháng)久性搭接，可以使用焊接的方法消除縫隙。如果使用鉚接或螺釘連接，間距必須足夠小。對于非長(cháng)久性搭接，采用電磁密封襯墊等屏蔽材料則是十分有效的手段。

1.電磁密封襯墊

        電磁密封襯墊是一中彈性好、導電性高的材料。將這種材料填充在縫隙處，能保持導電連續性，是解決縫隙電磁泄漏的好方法。在選用電磁密封襯墊時(shí)，需要熟悉以下特性參數：

        轉移阻抗設襯墊和兩側屏蔽板的接合面上流過(guò)電流I，而兩側屏蔽板之間的電壓為V，則轉移阻抗定義為Zr=V/I。轉移阻抗越低，則兩側屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加襯墊后該縫隙的屏蔽效能越高。

       硬度襯墊的硬度應當適中，硬度太低，易造成接觸**，屏蔽效能較低;硬度太高，需要較大的壓力，給結構設計造成困難。

       壓縮長(cháng)久形變襯墊只有在外力作用下發(fā)生一定的形變時(shí)，才有屏蔽作用。當外力去掉后，襯墊不會(huì )完全恢復到原來(lái)的形狀，即發(fā)生了長(cháng)久形變。當然，襯墊的壓縮長(cháng)久形變越小越好。

      襯墊厚度襯墊的厚度應能滿(mǎn)足接觸面不平整度的要求，利用其彈性，將縫隙填充滿(mǎn)，達到導電連續性的目的。

常用的電磁密封襯墊有以下幾種類(lèi)型：

       金屬絲網(wǎng)襯墊用金屬絲編織成的彈性網(wǎng)套，為純金屬接觸，接觸電阻低;但金屬絲在高頻時(shí)會(huì )呈現較大感抗，使屏蔽效能降低。所以只適用于l吉赫以下的頻率范圍。

      橡膠芯編織網(wǎng)套將金屬絲編織的網(wǎng)套套在發(fā)泡橡膠芯或硅橡膠芯上，具有很好的彈性和導電性。

      導電橡膠襯墊在硅橡膠內填充金屬顆?；蚪饘俳z，構成導電的彈性物質(zhì)。由于導電橡膠中的導電顆粒之間的容抗在高頻時(shí)會(huì )降低，因此，填充金屬顆粒在高頻時(shí)屏蔽效能較高。如果填充方向一致的金屬絲，還可以做到純金屬接觸，但由于金屬絲在高頻時(shí)呈現較大感抗，使屏蔽效能降低，所以填充金屬絲時(shí)只適用于低頻。

       鈹銅指形簧  片利用被銅良好的導電性和彈性，可制成各種指形簧   片。由于純金屬接觸，直流電阻低，感抗又小，所以低頻和高頻時(shí)都具有較高的屏蔽效能。

       螺旋管襯墊用鍍錫被銅或不銹鋼做成的螺旋管，具有良好的彈性和導電性，是目前屏蔽效能*高的襯墊。

2.導電化合物

       導電化合物包括各種導電膠和各種導電填充物等。環(huán)氧導電膠可用于金屬之間，金屬與非金屬之間，各種硬性表面之間的導電粘接?？纱婧稿a，完成微波器件引線(xiàn)連接;可修復印制板線(xiàn)路，可用于導電陶瓷粘接，天線(xiàn)元件粘接，玻璃除霜粘接，導電/導熱粘接，微波波導部件粘接等。硅脂導電膠用于將彈性的導電橡膠粘接固定在金屬表面上，可應用于航天、航空、**等電子設備中。導電填充物是一種高導電漿糊狀材料，用于無(wú)法加裝屏蔽襯墊的縫隙處，固化后仍保持彈性。

3.截止波導通風(fēng)板

      屏蔽機箱的通風(fēng)口及其它開(kāi)口都是主要的電磁輻射源。采用開(kāi)小孔或加金屬絲網(wǎng)的方法都難以達到滿(mǎn)意的屏蔽效能。理論證明，當金屬管截面尺寸滿(mǎn)足一定條件時(shí)，可以傳輸一定頻率范圍的電磁波，稱(chēng)為波導管。而波導管存在一個(gè)截止頻率，當頻率低于截止頻率時(shí)，電磁波被截止而不能傳輸。根據這個(gè)原理可以設計成截止波導管。截止波導通風(fēng)板由許多截止波導管依次排列組成，為了提高通風(fēng)效率，每個(gè)截止波導管的截面都設計為六角形，故又稱(chēng)蜂窩狀通風(fēng)板。當屏蔽效能要求很高時(shí)，可用兩塊截止波導通風(fēng)板構成雙層通風(fēng)板。而通風(fēng)板材料的導電率是屏蔽效能的重要因素，采用高導電率材料或鍍層的通風(fēng)板可以得到高屏蔽效能。

4.導電玻璃和導電膜片

       顯示屏或顯示窗口既要滿(mǎn)足視覺(jué)要求，又要滿(mǎn)足防電磁輻射的要求，為此，可選用導電玻璃實(shí)現屏蔽。導電玻璃可用兩塊光學(xué)玻璃中間夾金屬絲網(wǎng)構成，金屬絲網(wǎng)的密度越大，屏蔽效能就越高，但透光性變得越差。導電玻璃也可由光學(xué)玻璃或有機玻璃表面鍍的金屬薄膜構成。此外，還可以在透明聚脂膜片上鍍以金屬薄膜，制成柔性透明導電膜片。這種膜片的透光性可達70%(80%，而且膜片很薄，僅0.13mm，可以直接貼覆在常規玻璃或有機玻璃表面，特別適用于要求高透明度和中等屏蔽效能的儀表表盤(pán)、液晶顯示器、面板指示燈孔、彩色顯示器等部位。

八、電磁干擾濾波器的選用

      實(shí)踐表明，即使對一個(gè)經(jīng)過(guò)很好設計并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會(huì )有傳導干擾發(fā)射或傳導干擾進(jìn)入產(chǎn)品。濾波是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時(shí)，可以用電磁干擾濾波器將無(wú)用的干擾濾除。因此，恰當地選擇和正確地使用濾波器對抑制傳導干擾是十分重要的。從頻率選擇的角度出發(fā)，電磁干擾濾波器屬于低通濾波器，分為信號線(xiàn)濾波器和電源線(xiàn)濾波器等。

1.信號線(xiàn)濾波器

        信號線(xiàn)濾波器是用在各種信號線(xiàn)上的低通濾波器，用來(lái)濾除高頻干擾成分?？煞譃榫€(xiàn)路板濾波器、饋通濾波器和連接器濾波器等三種。線(xiàn)路板濾波器適合于安裝在線(xiàn)路板上，具有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn);饋通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，特別適用于單根導線(xiàn)或電纜穿過(guò)屏蔽體時(shí)使用;濾波器連接器適用于多根導線(xiàn)或電纜穿過(guò)屏蔽體時(shí)使用。濾波器連接器在外形上和尺寸上都和普通連接器相同，兩者完全可以互換。但濾波器連接器的每個(gè)針或孔上都有一個(gè)低通濾波器，它的電路可以是單個(gè)電容的，也可以是L型或π型的。

       選用信號線(xiàn)濾波器時(shí)，應根據使用的場(chǎng)合，選擇濾波器的類(lèi)型，根據濾波要求選擇濾波器的電路和性能指標，為了保證信號頻率順利通過(guò)濾波器，濾波器的截止頻率應高于信號頻率的上限。此外，還應正確選擇濾波器的工作電壓、電流、溫度范圍等。在使用信號線(xiàn)濾波器時(shí)，*重要的是保證濾波器有良好的接地，接地線(xiàn)應盡量短。濾波器外殼應與屏蔽體有良好的電接觸，可以使用焊接方式或采用射頻電磁密封襯墊。

       新研制的濾波器陣列板是將濾波器制成微形器件，并排列成陣列，能快速安裝到電子產(chǎn)品的底板或隔斷上，以實(shí)現密封或隔離。

2.鐵氧體電磁干擾抑制元件

        鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，*重要的性能參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。磁導率μ可以表示為復數，實(shí)數部分構成電感，虛數部分代表?yè)p耗，隨著(zhù)頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數。例如磁導率為850的鐵氧體，在10MHz時(shí)阻抗小于10Ω，而超過(guò)l00MHz后阻抗大于100Ω，使高頻干擾大大衰減。這樣，就構成了一個(gè)低通濾波器。低頻時(shí)R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制;高頻時(shí)R增大，電磁干擾被吸收并轉換成熱能。

       鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線(xiàn)和數據線(xiàn)上。例如在印制板的電源線(xiàn)入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

      不同的鐵氧體抑制元件，有不同的*佳抑制頻率范圍。通常磁導率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時(shí)，長(cháng)而細的形狀比短而粗的抑制效果好，內徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問(wèn)題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。

        鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路，則應盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。

        安裝時(shí)還應當注意，鐵氧體元件易破碎，應采取可靠的固定措施。

3. 電源線(xiàn)濾波器

       電源線(xiàn)是電磁干擾傳入設備和傳出設備的主要途徑。為防止這兩種情況的發(fā)生，必須在設備的電源接口安裝電源線(xiàn)濾波器。它只允許電源頻率通過(guò)，而高于電源頻率的電磁干擾卻受到很大的衰減。

       電源線(xiàn)上的干擾以?xún)煞N形式出現，在火線(xiàn)、零線(xiàn)回路中的干擾為差模干擾，在火線(xiàn)、零線(xiàn)與地線(xiàn)回路中的干擾為共模干擾。雖然電源線(xiàn)濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制作用，但效果不一樣，應分別給出兩者的插入損耗。除了特別說(shuō)明允許不接地的濾波器外，所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器中的共模旁路電容只有接地時(shí)才起作用。

        使用電源濾波器時(shí)，應盡量靠近電源入口處安裝，并使濾波器的輸入/輸出端之間屏蔽隔離，避免電磁干擾從輸入端直接耦合到濾波器的輸出端。此外，濾波器的接地點(diǎn)還應盡量靠近設備的接地點(diǎn)。電源線(xiàn)濾波器的技術(shù)指標包括：*大泄漏電流、耐壓、額定工作頻率、額定工作電壓、額定工作電流和溫度范圍等。

九、結束語(yǔ)

    電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問(wèn)題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設計的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設計出符合標準要求、性能價(jià)格比*優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。