EMC設(shè)計(jì)時(shí)為什么需要進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)

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(wèn)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(wèn)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(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(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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