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EMC設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié):屏蔽設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2019-01-11 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】EMC是設(shè)備的一種能力,它要求設(shè)備在其電磁環(huán)境中能正常完成它的功能,又不至于因?yàn)榄h(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(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)能力。EMC設(shè)計(jì)是通信產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可缺少的重要組成部分。 EMC設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的一項(xiàng)就是有關(guān)設(shè)備的屏蔽設(shè)計(jì)。
 
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(nèi)部的輻射電磁能越過(guò)某一區(qū)域;二是防止外來(lái)的輻射進(jìn)入某一區(qū)域,現(xiàn)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(tǒng)已經(jīng)為越來(lái)越多的用戶所認(rèn)識(shí),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(rèn)可。屏蔽系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性,可以提供安全、高速、穩(wěn)定的信息傳輸通道。屏蔽系統(tǒng)擁有一套完整的屏蔽、接地體系,提供最完整、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案,以滿足當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)日益提升的需求。對(duì)于屏蔽系統(tǒng)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(xiàn)出屏蔽的優(yōu)越性和價(jià)值。
 
一.屏蔽系統(tǒng)的應(yīng)用
 
1.信息安全:提高信息傳輸?shù)陌踩员WC敏感數(shù)據(jù)不外漏,是選擇屏蔽系統(tǒng)最重要的一個(gè)原因。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化的普及,信息安全的重要性已經(jīng)越來(lái)越被廣大用戶所重視,防止信息泄露就成為一個(gè)至關(guān)重要的問題。
 
2.高速網(wǎng)絡(luò):相對(duì)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(fù)雜等原因,對(duì)外界的干擾更加敏感,通訊更容易受到外界的干擾。對(duì)屏蔽系統(tǒng)而言,屏蔽層屏蔽的不僅僅是外界電磁干擾,線纜之間的干擾也同樣被隔離,屏蔽布線系統(tǒng)對(duì)ANEXT產(chǎn)生的影響具有先天的技術(shù)優(yōu)勢(shì),所以屏蔽系統(tǒng)相對(duì)高速的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。
 
3.特殊的傳輸環(huán)境:特殊的安裝環(huán)境需要對(duì)外界的電磁干擾加以防護(hù),比如建筑物附近有電臺(tái)、電視臺(tái)等強(qiáng)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(xù)或間斷工作的強(qiáng)電磁干擾。在布線系統(tǒng)實(shí)施之前,雖然這些干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的影響很難定量分析,但使用屏蔽系統(tǒng)可以更好地保障網(wǎng)絡(luò)通訊正常運(yùn)行。
 
二.屏弊的設(shè)計(jì)
 
1.屏蔽室:能提供電平低而穩(wěn)定的環(huán)境,它為測(cè)量精度的提高,測(cè)量的可靠性和重復(fù)性的改善帶來(lái)了較大的益處。但是由于被測(cè)設(shè)備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)屏蔽室的6個(gè)面產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的漫反射,特別在輻射發(fā)射測(cè)量和輻射敏感測(cè)量中表現(xiàn)更為嚴(yán)重導(dǎo)致在屏蔽室里產(chǎn)生巨大的誤差。
 
2.混合波室:在一個(gè)長(zhǎng)方體屏蔽室里放置一個(gè)旋轉(zhuǎn)的大的金屬反射體來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)均勻場(chǎng)環(huán)境。所以在涽波室內(nèi)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(zhuǎn)改變了電磁波抵達(dá)這一點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度和波的反射次數(shù)。從統(tǒng)計(jì)意義上講,腔體內(nèi)的場(chǎng)將不會(huì)有明顯的諧振場(chǎng)結(jié)構(gòu),最終在腔體的測(cè)試區(qū)內(nèi)得到統(tǒng)計(jì)上均勻的,認(rèn)意極化的,各項(xiàng)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,橫電磁室將輸入能量轉(zhuǎn)換為均勻磁場(chǎng),因而消除了由使用天線可能帶來(lái)的長(zhǎng)得不均勻性問題。同時(shí)GTEM室地隔板與漸變的波導(dǎo)壁在終端都是匹配連接地,因此消除了其他設(shè)備所固有的反射和諧振現(xiàn)象。
 
三.屏蔽的應(yīng)用
 
1.機(jī)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(xù)均勻的。在實(shí)際的機(jī)箱和屏蔽盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,通常都有電源線和控制線的引入和引出,在面板部分還有操作鍵、顯示屏的開孔,后面板上還有通風(fēng)孔等等,所以實(shí)際機(jī)箱在電氣上并不連續(xù),而電氣不連續(xù)的機(jī)箱會(huì)降低其屏蔽效能。 下面是對(duì)機(jī)箱設(shè)計(jì)中的一些基本做法:
 
(1)結(jié)構(gòu)材料 ① 適用于底板和機(jī)殼的材料大多數(shù)是良導(dǎo)體,如銅、鋁等,可以屏蔽電場(chǎng),主要的屏蔽機(jī)理是反射而不是吸收; ② 對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽需用鐵磁材料,如高導(dǎo)磁率合金和鐵。主要的屏蔽機(jī)理是吸收而不是反射; ③ 在強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(duì)于塑料殼體,是在其內(nèi)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(jī)殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好地搭接。最壞的電搭接對(duì)殼體的屏蔽效能起決定性作用;② 保證接縫處金屬對(duì)金屬的接觸,以防電磁能的泄漏和輻射。
 
(3)穿透和開口:① 要注意由于電纜穿過(guò)機(jī)殼使整體屏蔽效能降低的程度,典型的未濾波的導(dǎo)線穿過(guò)屏蔽體時(shí),屏蔽效能降低 30dB以上。② 電源線進(jìn)入機(jī)殼時(shí),全部應(yīng)通過(guò)濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機(jī)殼外;若濾波器結(jié)構(gòu)不宜穿出機(jī)殼,則應(yīng)在電源線進(jìn)入機(jī)殼處專為濾波器設(shè)置一隔艙。③ 信號(hào)線、控制線進(jìn)入或穿出機(jī)殼時(shí),要通過(guò)適當(dāng)?shù)臑V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(duì)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(duì)位置。電位差要盡可能小,并有合適的防腐蝕措施。當(dāng)級(jí)別相差較遠(yuǎn)的金屬搭接時(shí),需在兩金屬表面間放入一個(gè)中間級(jí)別的金屬墊圈; ③ 修整搭接表面,以便得到最大的接觸面積 ;④ 搭接前清洗所有配接表面。為防止氧化,在清除了保護(hù)層之后就馬上搭接配合表面; ⑤ 對(duì)于永久性搭接應(yīng)盡可能用熔焊或銅焊錫焊連接所有的接合面。射頻搭接應(yīng)優(yōu)先采用永久性搭接。
 
2.插箱的屏蔽
 
當(dāng)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(fù)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,最好使用金屬簧片;(3)面板與機(jī)框間最好用金屬簧片或?qū)щ娨r墊保證搭接;(4)機(jī)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,面板上最好有一金屬插針,此插針有靜電泄放和定位兩個(gè)作用;在機(jī)框內(nèi)對(duì)應(yīng)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(dǎo)致嚴(yán)重的損失,因此,對(duì)于各物件的屏蔽得慎重規(guī)劃。在各物件中,首重電纜之屏蔽,電纜的屏蔽最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(jié)方法及所使用的接頭,線上的駐波比,電纜本身的長(zhǎng)度及方向;此外,就實(shí)際上,電纜加屏蔽層后的柔軟度亦應(yīng)重視。 此外,電纜的屏蔽層應(yīng)加以絕緣,因?yàn)椴划?dāng)?shù)慕拥貢?huì)產(chǎn)生雜訊;同時(shí),除了同軸電纜之外,屏蔽層不應(yīng)視為信號(hào)之回線。另外,用于傳送高頻信號(hào)的電纜其屏蔽層應(yīng)兩端接地。除了電纜得加屏蔽層之外,接頭也應(yīng)一并考慮;同時(shí),接頭的屏蔽應(yīng)予以適當(dāng)?shù)慕拥?,而其屏蔽效能?yīng)不低于電纜屏蔽。
 
四.屏蔽材料的發(fā)展方向
 
(1)高分子導(dǎo)電涂料:
 
高分子導(dǎo)電涂料是用金屬粉末、碳粉、石墨等導(dǎo)電填料與高分子聚合物如環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等混合后,涂于塑料表面制成的,由于其具有易在復(fù)雜形狀表面涂敷,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在越來(lái)越受到青睞。導(dǎo)電涂料的種類主要有銀系、碳系、銅系、鎳系等。銀系的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,導(dǎo)電性能好,屏蔽效果可達(dá)65dB以上。
 
(2)復(fù)合型屏蔽材料:
 
復(fù)合屏蔽材料是目前研究比較熱門的一類新型屏蔽材料,由絕緣的合成樹脂、良導(dǎo)電性能材料及添加劑混合加工制成。根據(jù)填充材料類型的不同,大致可分為金屬纖維復(fù)合材料和非金屬纖維復(fù)合材料兩大類。
 
(3)導(dǎo)電織物:
 
導(dǎo)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(xiàn)在導(dǎo)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。發(fā)泡金屬是金屬和空氣的復(fù)合材料,根據(jù)其內(nèi)部氣泡的形態(tài)可把發(fā)泡金屬分成兩種:氣泡獨(dú)立存在的獨(dú)立氣泡型和氣泡連續(xù)分布的連續(xù)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)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛。由于其結(jié)構(gòu)上多孔的特點(diǎn),使得電磁波在金屬內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求增加強(qiáng)度和厚度相矛盾。阻抗匹配也是屏蔽吸波材料開發(fā)的難點(diǎn),理想情況是一種材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率越高越好,然而對(duì)于單組分材料很難同時(shí)具備較高的介電常數(shù)和磁導(dǎo)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(yuǎn)離場(chǎng)源,但更有效的措施還需進(jìn)一步研究。復(fù)合屏蔽材料和結(jié)構(gòu)由于其設(shè)計(jì)功能上的限制,工藝成型難度較大。
 
六.總之屏蔽設(shè)計(jì)是 EMC 設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的一環(huán),屏蔽措施的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)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(fù)雜和充滿變化的問題,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(xì)微之處抓起,才能達(dá)到較好的屏蔽效果。所以作為一名當(dāng)代大學(xué)生,我們應(yīng)當(dāng)好好學(xué)習(xí),掌握豐富的文化知識(shí)和總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為其屏蔽技術(shù)的發(fā)展做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。
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