電磁屏蔽技術畢業(yè)設計

1、在人類進入信息化的時代,隨著科學的進步,電子技術的發(fā)展 , 輻射無孔 不入,電磁干擾越來越嚴重。所以電磁兼容設計已經成為產品設計中十分重 要的一項內容。在電子設備及電子產品中 , 電磁干擾能量通過傳導性耦合和輻 射性耦合來傳輸。為滿足電磁兼容性要求 , 對傳導性耦合需采取濾波技術 , 對 輻射性耦合則需采用屏蔽技術來加以抑制。電磁屏蔽已成為解決電磁兼容問 題的最重要手段之一 , 大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決。因此 電磁屏蔽技術在生活中有很大的重要性。在利用電磁屏蔽技術的同時應該對 其充分了解。本文詳細討論了電子設備的電磁屏蔽設計技術,系統(tǒng)地分析了 電子設備電磁屏蔽的技術原理,屏蔽

2、效能的計算方法,各種屏蔽材料的性能 和應用場合,屏蔽的各種注意事項,孔眼的屏蔽效能的計算,屏蔽效能的檢 測以及特殊部位的特殊屏蔽措施。關鍵詞:電磁兼容;電磁屏蔽;屏蔽材料;屏蔽效能在人類進入信息化社會的今天,電磁波作為一種資源已在 0Hz400 GHz 的寬頻率范圍內廣泛地應用在電子設備中,隨之而來的電磁干擾電就從低頻 到微波波段,無孔不入地輻射或傳導給運行中的設備和周圍的環(huán)境,給設備、 系統(tǒng)及生態(tài)帶來了越來越嚴重的危害。目前,世界各國都越來越重視電磁干擾和電磁兼容問題,相繼開展了對 電磁兼容的研究,并制定如電磁輻射衛(wèi)生標準,我國也不例外,如 3C 認證及 其改進、國軍標 CE/RE、民標 G

3、JB9254等相關一系列電磁輻射標準。在已實 施有關規(guī)定的國家中,凡電磁波干擾的控制達不到標準的電子電氣產品不允 許出廠和進口,用以限制電磁輻射的影響。這些受各種電磁輻射標準控制的 電子產品從兒童玩具到各種大型電子設備,涉及的產品非常廣泛。隨著貿易 全球化的發(fā)展,對電子設備的電磁輻射的控制標準的落后,就會在國家對外 電子設備出口中形成貿易壁壘,嚴重阻礙相對落后國家對外經濟的發(fā)展。這 種由于電磁輻射控制標準的實施形成的貿易壁壘效應也促使各個國家重視電 子設備在電磁輻射方面規(guī)范的制定,并加強對電子設備尤其是對外出口電子 設備電磁輻射的研究和控制。電磁兼容性指的是設備 (分系統(tǒng)、系統(tǒng) 在共同的電磁環(huán)

4、境中能一起執(zhí)行 各自功能的共存狀態(tài),包含兩方面的含義:(1設備不會由于受到處于同一電 磁環(huán)境中其它設備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級, (2它也不會使同一 電磁環(huán)境中其它設備 (分系統(tǒng)、系統(tǒng) 因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的 降級。電磁屏蔽是解決電子設備電磁兼容問題的重要手段之一,大部分電磁 兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決,特別是隨著電路工作的頻率日益提高,單純依靠線路板設計往往不能滿足電磁兼容標準的要求。電子設備的屏蔽設 計與傳統(tǒng)的結構設計有許多不同之處,一般地在結構設計時如果沒有考慮屏 蔽問題,很難滿足電磁兼容性要求。所以,在設計電子產品時,必須從一開 始就考慮電磁屏蔽問題。1 電磁

5、屏蔽的技術原理電磁屏蔽是電磁兼容技術的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干 擾源封閉起來,使其外部電磁場強度低于允許值的一種措施?；蛴媒饘倨帘?材料將電磁敏感電路封閉起來,使其內部電磁場強度低于允許值的一種措施。 電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的反射、吸收和引導作用 (圖 1 。電磁屏蔽不僅對輻射干擾有良好的抑制效果,而且對靜電干擾和傳導耦 合干擾的電容性耦合、電感性耦合均有明顯的抑制作用。 反射吸收作用 電磁場引導作用圖 1 屏蔽原理示意圖1.1 靜電屏蔽用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來,在屏蔽體的內側將感應出 與帶電導體等量的負電荷,外側出現與帶電導體等量的正電荷,因此外

6、側仍 有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地,外側的正電荷將流入大地,外側將不 會有電場存在,即帶正電導體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內。如圖 2是用電力 系統(tǒng)表示儀器金屬外殼的屏蔽作用。殼外的帶電體能使金屬外殼感應帶電, 但電力線不能穿入殼內。 圖 2 金屬外殼的屏蔽作用1.2 交變電場屏蔽為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓,可以在干擾源和敏感電路 之間設置導電性好的金屬屏蔽體,并將金屬屏蔽體接地。交變電場對敏感電 路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電 阻之積。只要設法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場對敏感電路的耦 合干擾電壓變得很小。1.3 交變磁場屏蔽交變磁場

7、屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場屏蔽是利用高導磁率的材料 構成磁力線的低磁阻通路,使大部分磁場被封在屏蔽體內。屏蔽體的導磁率 越高,厚度越大,磁阻越小,磁場屏蔽的效果越好。當然要與設備的重量相 協調。高頻磁場的屏蔽是利用高導電率的材料產生的渦流的反向磁場來抵銷 干擾磁場而實現的。1.4 交變電磁場屏蔽一般采用導電率高的材料作屏蔽體,并將屏蔽體接地而為零電位。它是 利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱 高頻磁場的干擾,又因屏蔽體接地而實現電場屏蔽。2 屏蔽效能計算屏蔽效能 (SE的定義是:在電磁場中同一地點無屏蔽時的電磁場強度與 加屏蔽體后的電磁場強度之比。常用分貝數

8、 (dB表示。B R A SE += (2-1式中:A 吸收損耗R 反射損耗 B 多次反射損耗2.1 電磁波反射損耗由于空氣和屏蔽金屬的電磁波阻抗不同,使入射電磁波產生反射作用。 而空氣的電磁波阻抗在不同場源和場區(qū)中是不一樣的,所以分別計算如下:磁場源近場中的反射損耗 R (dB為: (354. 0364. 5012. 0log 202210+=r r r r f D D f R (2-2 電場源近場中的反射損耗 R(dB為:(2310log 10322D f R r r += (2-3 電磁場源遠場中的反射損耗 R(dB為:(r r f R 10log 10168-= (2-4式中:r 相對

9、導磁率r 相對導電率f 電磁波頻率(赫茲D 輻射源到屏蔽體的距離(米2.2 電磁波吸收損耗當進入金屬屏蔽內的電磁波在屏蔽金屬內傳播時,由于衰減而產生吸收作用。吸收損耗 A(dB為:(131. 0r r f d A = (2-5式中:d 屏蔽材料厚度 (毫米 2.3 電磁波多次反射損耗電磁波在屏蔽層間的多次反射損耗 B (dB為:(A j A Z Z Z Z B A w m w m 23. 0sin 23. 0cos 101log 201. 02210-+-=- (2-6 式中:m Z 屏蔽金屬的電磁波阻抗w Z 空氣的電磁波阻抗當 A >10dB時,一般可以不計多次反射損耗。2.4 屏蔽

10、效能計算實例場源距離屏蔽體 (厚度 0. 254mm30cm 遠的屏蔽效能 (dB計算結果見表 1。 表 1中近場和遠場的分界點 2, 為電磁場的波長。表 1 場源距離屏蔽體(厚度 0.254mm 30cm 遠的屏蔽效能 (dB 3 屏蔽的注意事項3.1 屏蔽的完整性如果屏蔽體不完整,將導致電磁場泄漏。特別是電磁場屏蔽,它利用屏 蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁 場干擾。如果屏蔽體不完整,渦流的效果降低,即屏蔽的效果大打折扣。 3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和應用場合電磁屏蔽技術的進展,促使屏蔽材料的形式不斷發(fā)展,而不再局限于單 層金屬平板模式,屏蔽效能也不斷提高

11、。應用時要特別注意不同的屏蔽材料 具有不同的屏蔽效能和應用場合。電子設備采用金屬平板做機箱,既堅固耐用,又具有電磁屏蔽作用。其 電磁屏蔽效能與下述參數有關:金屬平板材料性質、電磁場源性質、電磁場 源與金屬平板的距離、 屏蔽體接地狀況等等。 各種金屬屏蔽材料的性能見表 2。 表 2 各種金屬屏蔽材料的性能 當今許多電子設備采用工程塑料做機箱,由于工程塑料的加工工藝性能好,使機箱造型美觀,成本低、質量輕。但工程塑料無電磁防護性能。屏蔽 薄膜是采用噴涂、真空沉積、電鍍和粘貼等工藝技術,在工程塑料和有機介 質的表面覆蓋一層導電膜,從而起到平板的屏蔽作用。一般導電膜的厚度小 于電磁波在其內部傳播波長的

12、l /4。幾種噴涂工藝達到的屏蔽效能見表 3。 表 3 幾種噴涂工藝達到的屏蔽效能 不同厚度的銅薄膜的屏蔽效能見表 4。表 4銅薄膜的屏蔽效能 表頭或顯示器的屏蔽,可在表頭或顯示器的正面設置透光導電材料來實 現。透光導電材料是在有機介質或玻璃的表面覆蓋一層導電膜,使其既透光, 又具有一定的屏蔽效能。幾種透光率導電玻璃的屏蔽效能 (dB見表 5。 當有通風、透光、加水、測量等需要時,要在設備外殼上開孔,為提高 設備的電磁屏蔽效果,應采用金屬絲網的孔眼屏蔽。或用于電子設備殼體的 接縫處,提供有效的電磁屏蔽?？籽鄣钠帘涡?SE(dB與電磁波的頻率、孔 眼的尺寸和數量等參數有關,其計算公式如下:32

13、1K K K B R A SE += (3-1 式中:圓形孔吸收損耗D t A 32= (3-2 矩形孔吸收損耗t A 3. 27= (3-3反射損耗(N N R 41lg 202+= (3-4式中:N 孔內波阻抗和入射波阻抗之比圓形孔r D N 68. 3=(近區(qū)磁場 (3-5D f N =-51079. 5(近區(qū)電場 (3-6矩形孔r W N =(近區(qū)磁場 (3-7W f N =-51069. 6(近區(qū)電場 (3-8式中:t 孔的深度 (厘米 D 圓形孔的直徑 (厘米 W 矩形孔寬邊長度 (厘米 f 電磁波頻率 (兆赫茲 r 孔到輻射源的距離 (厘米 多次反射損耗(A N N B 1. 0

14、2210111lg 20-+-= (3-9單位面積孔數的修正系數Sn K lg 101-= (3-10 式中:n 單位面積孔數 (孔數/厘米 2S 每個孔的面積 (厘米 2低頻穿透修正系數(2215. 351lg 20-+-=w C K (3-11式中:w C 孔間的導體寬度 (厘米 屏蔽材料的集膚深度 (厘米 修正系數(686. lg 203K = (3-12為提高孔眼的屏蔽效能可采取以下措施:(1在大口徑孔眼上覆蓋金屬絲網,要使絲網與屏蔽體接觸良好; (2將大孔改為多個小孔; (3采用波導衰減器式通風口;(4在透光和測量孔上覆蓋有金屬絲網的屏蔽玻璃;(5在需要水、氣密封的孔上墊含有橡膠等材

15、料的金屬絲網。下面介紹幾種常用的金屬絲網屏蔽材料:(1全金屬絲網襯墊全金屬絲網襯墊是一種彈性的、導電的編織型金屬襯墊絲網條,用于電 子設備殼體的接縫處,提供有效的電磁屏蔽。應用時,鑄造或機加工的殼體 選用矩形截面的全金屬絲網襯墊,板金殼體選用圓形截面的全金屬絲網襯墊, 壓縮量為原高度的 25%左右。全金屬絲網襯墊的屏蔽效能 (dB見表 6。表 6全金屬絲網襯墊的屏蔽效能 (2環(huán)境密封金屬絲網襯墊環(huán)境密封金屬絲網襯墊是由編織金屬絲網和橡膠結合而成,環(huán)境密封金 屬絲網襯墊除能提供有效的電磁屏蔽外,還可以提供有效的環(huán)境密封。可用 于電子設備殼體的固定接縫處或者活動接縫處,例如門縫等等。一般壓縮量 為

16、原高度的 25%左右。其中帶橡膠芯金屬絲網襯墊的屏蔽效能 (dB見表 7。 表 7帶橡膠芯金屬絲網襯墊的屏蔽效能 (3金屬絲網屏蔽玻璃金屬絲網屏蔽玻璃是將金屬絲網壓在兩層玻璃之間,不僅能提供有效的 電磁屏蔽,還可以提供有效的透光?？捎糜陔娮釉O備的觀察窗口,例如表頭、 數字或圖象顯示器等。金屬絲網屏蔽玻璃的屏蔽效能 (dB見表 8。表 8金屬絲網屏蔽玻璃的屏蔽效能 (4鋁制蜂窩通風板鋁制蜂窩通風板是由鋁框中的鋁制蜂窩構成。波導型的蜂窩不僅具有電 磁屏蔽效能,而且具有高的空氣流動性?？捎糜陔娮釉O備的通風窗口。鋁制 蜂窩通風板的屏蔽效能 (dB見表 9。 導電纖維分為以下五種:(1在化纖織物上鍍銅或

17、鎳后制成導電布,可對高頻和微波具有靈活的屏 蔽性能;(2將導電布和樹脂復合制成吸收導電布,由于選用能吸收電磁波的樹 脂,因此屏蔽性能更好;(3用導電良好的金屬或碳黑纖維和化纖混合制成導電布。以上三種導電織物可以做防靜電和防電磁輻射的工作服,做屏蔽窗簾、 帳篷、保護罩。其屏蔽效能一般在 5060 dB。(4用導電纖維和木漿混合制成導電紙。導電紙可以做敏感集成電路的屏蔽包裝。其屏蔽效能一般在 3040 dB。 (5由許多獨立的金屬絲合成到硅橡膠中制成的。這種定向金屬絲填充硅橡膠能提供有效的電磁屏蔽和環(huán)境密封,常用于 非固定縫隙,例如法蘭的連接。定向金屬絲填充硅實芯橡膠的屏蔽效能 (dB見表 10。

18、表 10定向金屬絲填充硅實芯橡膠的屏蔽效能 導電顆粒屏蔽材料是將鍍銀的玻璃粒子、純銀粒子、碳黑粒子、銅鍍銀 粒子、鎳鍍銀粒子、鋁鍍銀粒子、石墨鍍鎳粒子分別摻在硅或氟硅橡膠,可 以擠出各種形狀,用于電磁和水汽密封。它們的屏蔽效能 (dB見表 11。 導電涂料是在聚丙烯和聚氨脂中摻入純銀金屬粒子,可應用于塑料機殼 屏蔽和需要柔性屏蔽的設備上。鈹銅簧片是具有彈性的屏蔽材料?？捎糜陔娮釉O備活動接縫的屏蔽,例 如門、窗等。鈹銅簧片的屏蔽效能 (dB見表 12。 屏蔽復合板是由金屬箔、絕緣基片和壓敏膠組成?？捎糜谟∷㈦娐?、電 子設備的屏蔽等。其屏蔽效能一般在 4045dB 。純棉滌電磁材料是將銅原子均勻地

19、分布于棉滌材料中,形成既透明又具 有電磁屏蔽功能的材料。其屏蔽效能大于 50dB ?？蓱糜谝暺辽渚€輻射保護、 手機微波輻射防護等等。3.3 屏蔽體的壁厚和表面處理屏蔽體的壁厚在滿足剛性與強度的要求下不超過 2. 5mm 。一般都選擇 1.01.5mm 。壁厚增大,對電磁流的吸收損耗越大,屏蔽效果越好,但壁厚 會受重量等因素的制約。屏蔽體表面處理直接影響到其表面的導電性,影響 接觸面的接觸電阻,影響整體殼體的電氣連續(xù)性,從而影響儀器的屏蔽效果。 3.4 屏蔽體良好接地金屬屏蔽體良好接地,對靜電屏蔽而言,將使屏蔽體外側的感應電荷流 人大地,而不會有感應電場存在。對交變電場屏蔽而言,由于交變電場對

20、敏 感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接 地電阻之積,只要設法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場對敏感電路 的耦合干擾電壓變得很小。因此,金屬屏蔽體的接地不好,將會降低屏蔽效 果。良好的接地方案和屏蔽措施,可以避免由電磁感應而降低屏蔽設備的屏蔽效能,可使電子設備的電磁兼容達到事半功倍的效果。不考慮安全接地,僅從電路參考點的角度考慮,接地可分為懸浮地、單 點接地、多點接地和混合接地。(1懸浮地對電子產品而言,懸浮地是指設備的地線在電氣上與參考地及其它導體 相絕緣,即設備懸浮地。另一種情況是在有些電子產品中,為了防止機箱上 的騷擾電流直接耦合到信號電路,有意使信號地

21、與機箱絕緣,即單元電路懸 浮地。懸浮地容易產生靜電積累和靜電放電,在雷電環(huán)境下,還會在機箱和 單元電路間產生飛弧,甚至使操作人員遭到電擊。設備懸浮地時,當電源相 線與機箱短路時,有引起觸電的危險。所以懸浮地不宜用于通信系統(tǒng)和一般 電子產品。(2單點接地單點接地是為許多接在一起的電路提供共同參考點的方法。串聯單點接 地由于各電路單元共用一條線,易引起共地阻抗干擾。并聯單點接地最簡單, 它沒有共阻抗耦合和低頻地環(huán)路的問題。每一個電路模塊都接到一個單點地, 每一個子單元在同一點與參考點相聯。地線上其它部分的電流不會耦合進電 路。(3多點接地多點接地設備中的內部電路都以機殼為參考點,而所有機殼又以大地

22、為 參考。有一個安全地把所有的機殼連在一起,然后再與地或輔助信號地相連。 這種接地結構的原理在于為許多并聯路徑提供了到地的低阻抗通路,并且在系統(tǒng)內部接地很簡單。只要連接公共參考點的任何導體的長度小于騷擾波長 的幾分之一,多點接地的效果都很好。多點接地能夠避免單點接地在高頻時 的問題。在數字電路和高頻大信號電路中必須使用多點接地。(4混合接地混合接地既包含了單點接地的特性,也包含了多點接地的特性。例如, 系統(tǒng)內的電源需要單點接地,而射頻部分則需要多點接地?；旌辖拥厥褂秒?抗性器件使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時呈現不同的特性。這在寬帶敏感電路中 是必要的。在圖 3中,一條較長的電纜的屏蔽外層通過電容接到

23、機殼處避免 射頻駐波的產生。電容對低頻和直流有較高的阻抗,因此能夠避免兩模塊之 間的地環(huán)路形成。圖 3 混合接地(1克服地線干擾的有效方法是切斷干擾地環(huán)路或減少地環(huán)路面積 從電子設備的地線分布到設備內部的各級電路單元,它難免會與其它電 路構成環(huán)路,如在不對稱信號傳輸電路中,地線和信號線可構成回路;地線 本身也可能構成地環(huán)回路。當某一交變磁場與這些回路交連時,環(huán)路中產生 的感應電動勢就是差模干擾。環(huán)路中的感應電動勢為:dt d e i = (3-13式中:i e 為環(huán)路中的感應電動勢。地環(huán)路中的感應電動勢 i e 與傳輸信號電壓串聯或者耦合輸送到下一級電路的輸入端,從而構成干擾。切斷地環(huán)干擾的最

24、有效的方法是實施單點接地, 必須指出,從電磁兼容的角度出發(fā),實施單點接地是重要的技術措施。(2克服共模干擾的主要辦法是降低接地系統(tǒng)阻抗當被感應的電磁干擾在導線上進行傳輸時,如果導線的阻抗完全對稱, 則共模干擾就不應對電路引起干擾。然而,實際的回路真正達到完全對稱是 不可能的。如果阻抗出現不平衡,在傳輸中就會從共模干擾轉換成干擾,影 響電路的正常工作。減小共模干擾的方法主要包括:減小接地電阻從接地極的電阻的組成分析,減小接地電阻主要從以下幾個方面著手: ·接地極本身和接地導線的電阻;·接地極表面同接地土壤之間的接觸電阻;·接地極流出的電流,其擴散過程的電阻。減小地線

25、分布電感地線選用銅材料,降低自感系數。減小電子設備對地的分布電容要減小電容一般要增加設備到地的距離。(3接地電位差干擾的抑制方法采用兩點接地存在電位差,它串聯在信號回路中,可以對電子設備產生 干擾。接地平面產生電位差的原因是很復雜的,在系統(tǒng)設計時要采取有效的 措施加以抑制,主要方法有:·設計專用地阻抗接地系統(tǒng);·應用隔離變壓器;·光耦合隔離;·使用光纖傳輸信號。(1屏蔽接地為了獲得最大的屏蔽效能,屏蔽層需要很好接地。因此,在設備和系統(tǒng) 的設計過程中應考慮到接地。(2濾波器參考地濾波器,尤其是電源濾波器,必須以本地地為參考,以盡可能達到所設 計的濾波作用。

26、(3噪聲和騷擾控制對內部噪聲和外部騷擾的控制需要設備或系統(tǒng)上的許多點與最佳地相 連,從而為騷擾信號提供“最低阻抗”通道。(4電路參考地為了保證理想的傳輸,所有的信號都需要一個公共參考點。因此,電路 參考地是接地的一個重要原因之一。公共參考地必須是零電位,工作電流不應通過它。(1系統(tǒng)級接地如圖 4為某以電子設備的接地設計框圖,該系統(tǒng)包括了多種電子設備和 電機,因此地線應分開設置。各分系統(tǒng)根據設備的不同,采用不同的接地方 式,對于電源,伺服系統(tǒng)等低頻設備采用并聯單點接地,它沒有共阻抗耦合 和低頻地環(huán)路的問題。對于高頻設備和數字電路必須使用多點接地,這樣能 夠避免單點接地在高頻時電路上產生較大的共模

27、電壓的問題。該系統(tǒng)設備復 雜,地線采用分組敷設,分為:信號地線 (包括數字地線、模擬地線等 、噪 聲地線 (騷擾源地線 和金屬件地線 (機殼地 等如圖 4所示。圖 4 大系統(tǒng)設備接地框圖 (2機柜級接地機柜級的接地采用數字地、模擬地、安全地三套系統(tǒng),并從印制板、組 合、機柜直至地網加以貫徹。數字地:用于數字信號接地。模擬地:用于模擬信號接地。若有高電平模擬信號,則應將高、低電平 模擬信號地分開,若信號幅值超過數字電路開啟電壓,可視為高電平信 號。安全地 (機殼地 :用于設備機殼、機箱、機架和不帶電的金屬構件及噪 聲干擾大的電動機、繼電器電路及高電平模擬信號,則應將高、低電平模擬 信號接地。地阻

28、抗表達式: 81014. 4-=rrRF f aR (/m (3-14式中:a 當量直徑 =截面周長 2;f 工作頻率;r 相對磁導率; r 相對電導率。由上式看出,接地線材料確定時, r , r 確定,地線阻抗隨頻率上升而 增加,特別是當地線長度與工作波長可比擬時,地線上電流、電壓呈駐波分 布,地線成了輻射天線,因此低頻信號采用單點接地,以削弱地環(huán)路干擾。 高頻信號采用多點接地,以抑制電場輻射。數字信號包含有大量諧波分量, 應按高頻信號對待。在機柜后側設置了數字地、模擬地、安全地的接地母線,即匯流條,機柜還設置了數字地、模擬地、安全地的接地螺栓(M8x30mm , 用安裝線 AF-200,

29、2.5焊接三條接地電纜,此三條線的另一端分別搭接相應 地網的接地點上,三條接地網在設備骨架上匯聚一點,統(tǒng)一與大地線焊接。 由上式看出,當量直徑 a 在截面面積不變時,隨截面周長增加而增加,因此, 應采用扁平接地電纜匯流條選用銅帶以增大當量直徑 a ,從而減小接地阻抗, 如圖 5所示。 圖 5 機柜接地(3組合級接地機柜匯流條 XT1為模擬地, XT2為安全地, XT3為數字地,組合內部設安 全地、模擬地、數字地。每一組合配一個圓形插頭座 XCH24F5ZD ,插頭觸點分 別為模擬地,安全地,為數字地。組合與機柜匯流條連接如圖 6所示。 圖 6 組合接地3.5 特殊部位的特殊屏蔽措施在屏蔽體的接

30、縫處,由于結合表面不平、不干凈、焊接質量不好、緊固 螺釘之間存在空隙等原因,在接縫處造成縫隙,致使屏蔽體的屏蔽效果降低。 對固定的接縫最好采用連續(xù)焊接。焊接前,應將要焊接表面的非導電物質清 除干凈。要盡可能對全部外殼間斷處進行搭接。對非固定的接縫應采用并壓 緊導電襯墊,以提高接縫的電磁密封效果。常用的導電襯墊材料有金屬編織 物、含有金屬絲的橡膠等。對活動的接縫,如門框上,采用彈性指簧以提高 接縫的電磁屏蔽效果。導電襯墊的固定方式有:溝槽定位、粘貼固定和肋片 緊固的方式?？p隙的屏蔽效能 (SE 為:(N N l t SE 41lg 203. 272+= (3-15式中:N 縫隙波阻抗和空間波阻抗

31、之比,在近區(qū)磁場中時,rlN = (3-16 在遠區(qū)平面場中時,lfjN =-51069. 6 (3-17 式中:t 金屬板厚度 (厘米 l 縫隙長度 (厘米 f 電磁波頻率 (兆赫茲 r 縫隙到輻射源的距離 (厘米 為提高縫隙的屏蔽效能可采取以下措施:(1增加金屬板厚度,可通過增加旁邊長度來實現;(2減少結合面縫隙寬度,可通過提高結合面加工精度、焊接或整體鑄造 來實現;(3加裝導電襯墊,常用的導電襯墊有:編織金屬網、軟金屬、梳狀簧片、 導電橡膠等等;(4在接縫處涂導電涂料,常用的導電涂料有:導電膠、導電脂等等;(5調整緊固釘間距,使其小于 20, 為電磁場的波長;圖 7 接縫的處理 當有通風

32、、照明、加水、測量等需要時,為提高設備的電磁屏蔽效果, 應采用孔眼屏蔽?？籽燮帘蔚男Чc電磁波的頻率、孔眼的尺寸和數量等參 數有關。 圖 8 一般孔眼示意圖因電纜需要活動和彎曲,其屏蔽采用編織帶的形式。編織帶的屏蔽效果 隨編織密度的增大而增加,隨電磁波的頻率的增大而降低。一般電纜的屏蔽 層是用不導磁的金屬絲編織的,可以實現電磁場屏蔽。如需實現磁場屏蔽, 電纜的屏蔽層應采用導磁的金屬絲編織。當設備的通風和屏蔽要求較高時,采用蜂房板屏蔽有較好的效果。蜂房 板屏蔽是利用許多并列的六角形金屬管焊在一起構成的。其中每一個金屬管 都起波導衰減器的作用,而通風的風壓降不大。蜂房板的電磁屏蔽效果取決 于波導管

33、的衰減特性,即與波導管的幾何尺寸有關。當設備需要安裝表頭、數據或圖形顯示器時,應對面板孔加以屏蔽,以 保證屏蔽的完整性。面板孔屏蔽的較好方法為在表頭或顯示器的后方設置屏蔽罩。屏蔽罩通過導電襯墊與金屬面板連接,通過屏蔽罩的進出線設置穿心 電容。選擇的屏蔽式電連接器應有足夠的插針供電纜內各個屏蔽層在電連接器 頭端接,在電連接器座內各個屏蔽層的插針用盡量短的連線接到外殼后再接 到殼內各個相應屏蔽層上。為保證屏蔽的完整性:要沿著電纜一周,將電纜 的外屏蔽層和電連接器整個地連接,最好是焊接;電連接器座通過導電襯墊 與設備的金屬外殼保持良好的電氣連接;電連接器頭也應與電連接器座保持 良好的電氣連接。當單層

34、屏蔽的效果達不到要求時,可以采用多層屏蔽。特別是對頻帶較 寬的屏蔽,分別采用導電率和導磁率高的幾種材料組成多層屏蔽,可以達到 對高頻電場和低頻磁場均有較好效果的屏蔽。(1在電磁干擾源和對電磁干擾敏感的接收電路之間設置導線屏蔽,并 接到電路板的基準電位上。(2將導電線條之間的涂覆層盡量多的保留,并接到電路板的基準電位 上。(3在印刷電路板的三個周邊 (電連接器邊除外 設置地線。(4對電磁干擾源和對電磁干擾敏感的接收電路分別設置屏蔽罩,并接 到電路板的基準電位上。(5在印刷電路板之間設置屏蔽板,并接到電路板的基準電位上。4 電磁屏蔽設計的基本方法及屏蔽效能檢測4.1 電磁屏蔽的基本方法:(1屏蔽效

35、能與屏蔽體到輻射源的距離有關,距離越大,屏蔽效能越好。(2干擾源產生的干擾是以電壓方式出現時,應采取電場屏蔽的方法。要 求屏蔽殼體良好接地,接地電阻應小于 2 m。當干擾源產生的干擾是以電流 形式出現時,應采取磁場屏蔽的方法。(3干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料所產生的渦流對 外來電波的抵消作用,達到屏蔽的效果,如當干擾源的頻率高于 1 00 kHz時, 應采用良導體的材料來做屏蔽殼體,殼體的厚度只考慮滿足機械強度的要求, 在 0. 20. 8 mm即可。干擾電磁波的頻率較低時,采用高導磁率的材料,從 而使磁力線限制在屏蔽體的內部,防止擴散到屏蔽外的空間去,如當干擾源 的頻率低于

36、 1 00 kHz時,采用高導磁率的鐵磁材料來做屏蔽殼體,屏蔽殼體 盡可能的厚一些,注意不能在磁通垂直方向開口。(4同一種屏蔽材料對電場屏蔽最高, 對磁場屏蔽最低, 即磁場最難屏蔽, 還應注意屏蔽材料在不同頻段的特性有所不同。在某些場合,如果要對高頻 和低頻的電磁場都具有良好的屏蔽效果時,一般采用不同的金屬材料組成多 層屏蔽。若屏蔽外部強磁場,則外部用不易飽和的高導磁率的材料,內部用 易飽和的高導磁率的材料;若屏蔽內部的強磁場,則材料的選擇與上述相反。 對于雙層或多層屏蔽不能進行多點電接觸,否則,就相當于一層屏蔽。為了 得到最佳的屏蔽效果,對都是鐵磁材料的屏蔽層,之間的距離等于每層屏蔽 材料的

37、厚度。屏蔽層是鐵磁材料與導電材料共同構成的多層屏蔽時,屏蔽層 間不應有間隙。4.2 屏蔽效能的檢測設備屏蔽體做好之后需要進行屏蔽效能的檢測。屏蔽效能的檢測設備有:變 頻信號源、射頻放大器、發(fā)射天線、電磁場接收天線、衰減器、測量接收機、 數據記錄儀。4.3 屏蔽效能的檢測方法:屏蔽效能的測試方法一般分為三種方式。屏蔽箱外部放置發(fā)射天線,內部放置接收天線,接收天線將接收的信號 通過電纜傳送到頻譜分析儀 (圖 9 。 圖 9 屏蔽體屏蔽效能測試方式一屏蔽箱內部放置發(fā)射天線,外部放置接收天線接收泄漏場。信號源通過電纜 將信號送至發(fā)射天線 (圖 10 。 圖 10屏蔽體屏蔽效能測試方式二發(fā)射天線為球形偶

38、極子天線,自帶信號源。天線放置屏蔽箱內部,接收 天線放置在外部, 接收天線將接收的信號通過電纜傳送到頻譜分析儀 (圖 11 圖 11 屏蔽體屏蔽效能測試方式三測試方法一存在的最大缺陷就是發(fā)射天線發(fā)射的電磁波會被電纜 (接收 天線與頻譜儀之間的信號電纜 接收,嚴重影響測試結果的準確性。即使采用 同軸電纜,影響還是很明顯。測試方法二存在的最大缺陷同方法一類似,就是信號發(fā)生器與發(fā)射天線 之間的電纜 (即使是同軸電纜 會起到很好的發(fā)射作用,從而嚴重影響測試結 果的準確性。測試方法三采用的是自帶電源的輻射源,能夠避免方法一和方法二的缺 陷,但是也存在兩點不足:一方面是輻射源的發(fā)射功率太小,而且一般而言

39、接縫和縫隙具有較高的屏蔽效能,使得外部的接收天線接受不到泄漏場;另 一方面由于發(fā)射功率的要求,球形偶極子天線的尺寸相對較大,直徑一般都 在 150mm 以上,因而很難應用于小型電子設備。國際上也有直接將激勵源放置到屏蔽體內部的測試,但是局限性也很大, 國內也在不斷的探索與研究之中?？p隙屏蔽效能測試存在的困難性更加突顯了進行縫隙電磁泄漏仿真的重要意義。 4.4 屏蔽效能SE的檢測分析 屏蔽效能SE計算式為： SE = 20 log10 (W - H ) (Y - H ) (4-1 式中： H 測量無發(fā)射時的環(huán)境電平； W 測量無屏蔽時在測量點接收到發(fā)射機的電磁場強度； Y 測量有屏蔽時在測量點接收到發(fā)射機的電磁場強度。 計算后，將屏蔽效能SE與設計要求相比較：是否達到設計要求，安全余 量是否滿足要求，是否有過設計。如果達不到要求，就要具體分析原因并加 以改進，直到滿足要求。如果有過設計，也要具體分析原因并在以后的設計 中加以避免。 沈陽大學畢業(yè)設計（論文） No 31 結論 電磁兼容性是系統(tǒng)設計中不可忽略的問題，直接影響到系統(tǒng)設備工作的 可靠性、穩(wěn)定性和品質指標。本文所述的方法