減少電磁干擾的方法簡(jiǎn)介

    隨著(zhù)現代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子設備的數量及種類(lèi)不斷增加,使得電磁環(huán)境(EME)日趨復雜,電子設備的電磁兼容性就顯得也越來(lái)越重要。

    經(jīng)驗證明,如果在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段解決電磁兼容問(wèn)題的費用為1個(gè)單位;那么等到產(chǎn)品設計定型后再解決其問(wèn)題,費用將增加10倍;而到產(chǎn)品批量生產(chǎn)后再解決時(shí),費用將增加100倍;到用戶(hù)發(fā)現問(wèn)題后才解決時(shí),費用可能高達1000倍。而在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設計,就可望把80%~90%的電磁兼容性問(wèn)題解決在產(chǎn)品定型之前。所以說(shuō)只按常規進(jìn)行產(chǎn)品功能設計,不僅在技術(shù)上帶來(lái)一系列的難題,而且還會(huì )造成 人力、財力的極大浪費。再例如現代的飛機上,普遍采用了電傳式飛機控制系統以及發(fā)動(dòng)機的微計算機控制系統,使得電磁兼容性問(wèn)題不僅關(guān)系到一般的系統性能,而且影響到飛行**。因此在復雜的電磁環(huán)境中,如

何減少相互間的電磁干擾,使各種設備**正常運行,是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。電磁兼容正是解決這類(lèi)問(wèn)題的一門(mén)新興學(xué)科。

1 電磁兼容

   國軍標(GJB72A一2002)中給出電磁兼容(Electromag-netic Compatibility即EMC)的定義是:設備、分系統、系統在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài);包括以下兩個(gè)方面:

1)設備、分系統、系統在預定的電磁環(huán)境中運行時(shí),可按規定的**裕度實(shí)現正常的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級;

2)設備、分系統、系統在預定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會(huì )給環(huán)境(或其他設備)帶來(lái)不可接受的電磁干擾。

電磁兼容的研究?jì)热菥褪钦页龈蓴_源,削弱電磁干擾。

   電磁兼容設計的目的:

1)電子設備內部的電路相互不產(chǎn)生干擾,達到預期功能;

2)電子設備產(chǎn)生的電磁干擾強度低于特定的極限值;

3)電子設備對外界的電磁干擾有一定的抵抗力。

2 電磁干擾及其抑制方法

    系統要發(fā)生電磁兼容性問(wèn)題———電磁干擾,必須具備三個(gè)因素,即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備。所以,在解決電磁干擾問(wèn)題時(shí),要從這三個(gè)因素人手,對癥下藥,消除其中某一個(gè)因素,就能解決電磁兼容問(wèn)題。對新研制的電子產(chǎn)品,應該從設計開(kāi)始階段就考慮電磁兼容問(wèn)題,進(jìn)行電磁兼容設計。常用的有效的方法有:接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)。本文主要深入詳盡的探討屏蔽技術(shù)在電磁兼容設計中應用。

3 屏蔽技術(shù)的應用

3.1 原理

    電磁屏蔽是利用屏蔽體對干擾電磁波的吸收、反射來(lái)達到減弱干擾能量的作用,也就是切斷電磁波的耦合途徑。它采用低電阻的導體材料,并利用電磁波在屏蔽導體表面產(chǎn)生反射以及在導體內部產(chǎn)生吸收和多次反射而起到屏蔽作用,其目的是為了有效地阻止電磁波從一例空間向另一例空間傳揚。

    質(zhì),于是在板的左表面產(chǎn)生反射,使一部分電磁波Hor(或Eor)向左傳播,即反射波。另一部分電磁波射入金屬內部,其場(chǎng)強為Hmo(或Emo ),向右繼續傳播,經(jīng)過(guò)金屬板厚度t后,由于金屬對電磁波的吸收,場(chǎng)強減弱至Hmt(或Emt)。

到達金屬板右界面的電磁波,又有一部分被反射回金屬向左傳播,其反射場(chǎng)強為Hmr(或Emr);另一部分穿過(guò)右界面向右繼續傳播。其場(chǎng)強為Ht(或Et)。因此,電磁波經(jīng)過(guò)金屬板時(shí),通過(guò)反射、吸收,場(chǎng)強逐漸減弱。故金屬板的屏蔽作用是左界面的反射、金屬中的吸收和右界面的反射等三部分組成的。實(shí)際上,上述金屬板內的電磁波反射吸收過(guò)程并不是只進(jìn)行一次就完成的,而是在金屬板的兩個(gè)界面之間往復多次直到耗盡。電磁波在金屬內的損耗表現為渦流損耗。渦流的密度隨著(zhù)透入金屬內部的深度的增加而按指數規律減小,且隨電磁波的頻率不同而變,頻率愈高,渦流在表面的損耗就愈大。

3.2 影響屏蔽效果的幾個(gè)因素及其解決措施

3.2.1 材料

    當電磁波通過(guò)金屬板時(shí),由于金屬板產(chǎn)生感應渦流形成歐姆損耗,并轉變?yōu)闊崮軗p耗,與此同時(shí),渦流反磁場(chǎng)抵消入射波干擾場(chǎng)產(chǎn)生吸收損耗。用于電場(chǎng)屏蔽的屏蔽效能可由下式表示:

    由以上公式可以看出,金屬的導電、導磁能力越強,金屬吸收電磁波能力越強;電磁波的頻率越高,越易被金屬吸收。下面給出了常見(jiàn)金屬的相對磁導率、相對電導率(見(jiàn)表1)。

因此,在選擇屏蔽材料時(shí),綜合其他因素應遵循以下原則:

1)當干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流。形成對外來(lái)電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。

2)當干擾電磁場(chǎng)的頻率較低時(shí),要采用高導磁率的材

料,從而使磁力線(xiàn)限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。

3.2.2 縫隙、孔洞

   屏蔽體的屏蔽效能不僅取決于構成屏蔽體的材料,而且取決于屏蔽體的結構。上面討論的是完整連續屏蔽體。但現實(shí)中一個(gè)完全封閉的屏蔽體是沒(méi)有任何價(jià)值的。機箱或殼體上常開(kāi)有很多顯示窗、通風(fēng)口、不同部分結合的縫隙等。

   由于這些導致電不連續的因素存在,屏蔽體的屏蔽效能往往很低,甚至沒(méi)有屏蔽效能;因此對屏蔽體縫隙、孔洞的研究也是十分必要的。

從縫隙中泄漏的電磁場(chǎng)強度的計算公式為:

1)對于有孔縫的機箱,應將孔縫盡量布置于遠離激勵源的地方。

2)增加接縫處的重疊尺寸,由上述公式(2)可見(jiàn)。

3)縮短螺釘的間距。在結合面上不加導電彈性襯墊時(shí),應盡可能增加螺釘數量,減小螺釘間距,使縫隙長(cháng)度響應減小,使屏蔽效能提高。

4)開(kāi)孔設計

當開(kāi)孔面積相同時(shí),應盡量少開(kāi)大孔以及細長(cháng)孔。對于可集中、又可分開(kāi)開(kāi)孔的機箱,應分別開(kāi)孔,以減少泄漏量。

5)加接金屬導管

   一般來(lái)說(shuō),對大的孔洞,在實(shí)際設計中常采用金屬通風(fēng)道,當頻率高于100MHz時(shí),可采用波導管作為通風(fēng)道。由于金屬管相當于一個(gè)高通濾波器,使低于金屬管截止效率的電磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)管內傳遞有很大的衰減,所以就減小了孔洞引起的泄漏。金屬管的*低截止頻率f只與管的橫向截面的內徑尺寸有關(guān),其關(guān)系可由下列公式表示:

圓波導管:fc=17.5/d

矩形波導管:fc=15/b

式中:fc———*低截止頻率,Hz;

d———圓波導管內直徑,cm;

b———矩形波導管內寬邊長(cháng),cm。

   在設計金屬管時(shí),首先,根據泄漏電磁場(chǎng)的*高頻率f來(lái)確定fc,使fc≥f;其次,按需要選圓管或方管,由上式計算管的橫截面的內徑尺寸;第三,根據需求的衰減計算管應有的長(cháng)度。

   在屏蔽設計中,還要注意,不能有導體直接穿過(guò)屏蔽體,屏蔽效能再高的屏蔽體,一旦有導線(xiàn)直接穿過(guò)屏蔽機箱,其屏蔽效能就會(huì )損失99.9%(60dB)以上。

   屏蔽只是減少電子設備電磁干擾的一種方法,它通常與濾波、接地、搭接等措施一起應用,從根本上解決電子設備的電磁兼容問(wèn)題。

4 結束語(yǔ)

   當前,電子設備已處于飛速發(fā)展的時(shí)期,并且這個(gè)發(fā)展過(guò)程仍以日益增長(cháng)的速度持續著(zhù),隨著(zhù)電子技術(shù)的迅速發(fā)展,現代的電子設備己廣泛地應用于人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。

   電子設備的快速發(fā)展和廣泛應用,必然導致電子設備在電磁環(huán)境中工作。因此必須解決電子設備的電磁兼容性問(wèn)題。電磁兼容是一個(gè)復雜的問(wèn)題,它需要設計人員具有較強的專(zhuān)業(yè)知識和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗,為此,我們要不斷地學(xué)習和總結經(jīng)驗,為我國生產(chǎn)出更加穩定可靠的現代化的電子設備而努力。