電磁干擾的來源及屏蔽方法介紹

EMC問題常常是制約中國電子產(chǎn)品出口的一個原因，本文主要論述EMI的來源及一些非常具體的抑制方法。

　　電磁兼容性（EMC）是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾 （IEEE C63.12-1987）。”對于無線收發(fā)設(shè)備來說，采用非連續(xù)頻譜可部分實(shí)現(xiàn)EMC性能，但是很多有關(guān)的例子也表明EMC并不總是能夠做到。例如在筆記 本電腦和測試設(shè)備之間、打印機(jī)和臺式電腦之間以及蜂窩電話和醫(yī)療儀器之間等都具有高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾（EMI）。

　　EMC問題來源

　　所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。

　　EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個電路：輻射和傳導(dǎo)。信號輻射是通過外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去；而信號傳導(dǎo)則通過耦合到電源、信號和控制線上離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。

　　很多EMI抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候下面這些簡單原則可以有助于實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；通過屏蔽、過濾 或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)，這些性能在設(shè)計(jì)階段的早期就 應(yīng)完成。

　　對設(shè)計(jì)工程師而言，采用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上 噴射涂層及鍍層（如導(dǎo)電漆及鋅線噴涂等）。無論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)人員確定作為外殼材料之后，就可著手開始選擇襯墊。

　　金屬屏蔽效率

　　可用屏蔽效率（SE）對屏蔽罩的適用性進(jìn)行評估，其單位是分貝，計(jì)算公式為：

　　SEdB=A+R+B

　　其中 A：吸收損耗（dB） R：反射損耗（dB） B：校正因子（dB）（適用于薄屏蔽罩內(nèi)存在多個反射的情況）

　　一個簡單的屏蔽罩會使所產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度降至最初的十分之一，即SE等于20dB；而有些場合可能會要求將場強(qiáng)降至為最初的十萬分之一，即SE要等于100dB。

　　吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時(shí)能量損耗的數(shù)量，吸收損耗計(jì)算式為：

　　AdB=1.314（f×σ×μ）1/2×t

　　其中 f：頻率（MHz） μ：銅的導(dǎo)磁率 σ：銅的導(dǎo)電率 t：屏蔽罩厚度

　　反射損耗（近場）的大小取決于電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離。對于桿狀或直線形發(fā)射天線而言，離波源越近波阻越高，然后隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無變化（恒為377）。

　　相反，如果波源是一個小型線圈，則此時(shí)將以磁場為主，離波源越近波阻越低。波阻隨著與波源距離的增加而增加，但當(dāng)距離超過波長的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在377處。

　　反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決于波的類型，而且取決于屏蔽罩與波源之間的距離。這種情況適用于小型帶屏蔽的設(shè)備。

　　近場反射損耗可按下式計(jì)算：

　　R（電）dB=321.8-（20×lg r）-（30×lg f）-［10×lg（μ/σ）］

　　R（磁）dB=14.6+（20×lg r）+（10×lg f）+［10×lg（μ/σ）］

　　其中 r：波源與屏蔽之間的距離。

　　SE算式最后一項(xiàng)是校正因子B，其計(jì)算公式為：

　　B=20lg［-exp（-2t/σ）］

　　此式僅適用于近磁場環(huán)境并且吸收損耗小于10dB的情況。由于屏蔽物吸收效率不高，其內(nèi)部的再反射會使穿過屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。

只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強(qiáng)也會使導(dǎo)磁率降 低，還有就是采用機(jī)械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會降低導(dǎo)磁率。綜上所述，選擇用于屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常復(fù)雜，通常要向EMI屏蔽材料供應(yīng)商以及有關(guān) 咨詢機(jī)構(gòu)尋求解決方案。

　　在高頻電場下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續(xù)，并將敏感部分完全遮蓋住，沒有缺口或縫隙（形成一個法拉 第籠）。然而在實(shí)際中要制造一個無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個部分進(jìn)行制作，因此就會有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打 孔以便安裝與插卡或裝配組件的連線。