電磁屏蔽技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、在人類進(jìn)入信息化的時(shí)代,隨著科學(xué)的進(jìn)步,電子技術(shù)的發(fā)展 , 輻射無(wú)孔 不入,電磁干擾越來(lái)越嚴(yán)重。所以電磁兼容設(shè)計(jì)已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中十分重 要的一項(xiàng)內(nèi)容。在電子設(shè)備及電子產(chǎn)品中 , 電磁干擾能量通過(guò)傳導(dǎo)性耦合和輻 射性耦合來(lái)傳輸。為滿足電磁兼容性要求 , 對(duì)傳導(dǎo)性耦合需采取濾波技術(shù) , 對(duì) 輻射性耦合則需采用屏蔽技術(shù)來(lái)加以抑制。電磁屏蔽已成為解決電磁兼容問(wèn) 題的最重要手段之一 , 大部分電磁兼容問(wèn)題都可以通過(guò)電磁屏蔽來(lái)解決。因此 電磁屏蔽技術(shù)在生活中有很大的重要性。在利用電磁屏蔽技術(shù)的同時(shí)應(yīng)該對(duì) 其充分了解。本文詳細(xì)討論了電子設(shè)備的電磁屏蔽設(shè)計(jì)技術(shù),系統(tǒng)地分析了 電子設(shè)備電磁屏蔽的技術(shù)原理,屏蔽

2、效能的計(jì)算方法,各種屏蔽材料的性能 和應(yīng)用場(chǎng)合,屏蔽的各種注意事項(xiàng),孔眼的屏蔽效能的計(jì)算,屏蔽效能的檢 測(cè)以及特殊部位的特殊屏蔽措施。關(guān)鍵詞:電磁兼容;電磁屏蔽;屏蔽材料;屏蔽效能在人類進(jìn)入信息化社會(huì)的今天,電磁波作為一種資源已在 0Hz400 GHz 的寬頻率范圍內(nèi)廣泛地應(yīng)用在電子設(shè)備中,隨之而來(lái)的電磁干擾電就從低頻 到微波波段,無(wú)孔不入地輻射或傳導(dǎo)給運(yùn)行中的設(shè)備和周圍的環(huán)境,給設(shè)備、 系統(tǒng)及生態(tài)帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)重的危害。目前,世界各國(guó)都越來(lái)越重視電磁干擾和電磁兼容問(wèn)題,相繼開(kāi)展了對(duì) 電磁兼容的研究,并制定如電磁輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)也不例外,如 3C 認(rèn)證及 其改進(jìn)、國(guó)軍標(biāo) CE/RE、民標(biāo) G

3、JB9254等相關(guān)一系列電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)。在已實(shí) 施有關(guān)規(guī)定的國(guó)家中,凡電磁波干擾的控制達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的電子電氣產(chǎn)品不允 許出廠和進(jìn)口,用以限制電磁輻射的影響。這些受各種電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)控制的 電子產(chǎn)品從兒童玩具到各種大型電子設(shè)備,涉及的產(chǎn)品非常廣泛。隨著貿(mào)易 全球化的發(fā)展,對(duì)電子設(shè)備的電磁輻射的控制標(biāo)準(zhǔn)的落后,就會(huì)在國(guó)家對(duì)外 電子設(shè)備出口中形成貿(mào)易壁壘,嚴(yán)重阻礙相對(duì)落后國(guó)家對(duì)外經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。這 種由于電磁輻射控制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施形成的貿(mào)易壁壘效應(yīng)也促使各個(gè)國(guó)家重視電 子設(shè)備在電磁輻射方面規(guī)范的制定,并加強(qiáng)對(duì)電子設(shè)備尤其是對(duì)外出口電子 設(shè)備電磁輻射的研究和控制。電磁兼容性指的是設(shè)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(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電 磁環(huán)境中其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí), (2它也不會(huì)使同一 電磁環(huán)境中其它設(shè)備 (分系統(tǒng)、系統(tǒng) 因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的 降級(jí)。電磁屏蔽是解決電子設(shè)備電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一,大部分電磁 兼容問(wèn)題都可以通過(guò)電磁屏蔽來(lái)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(shè)計(jì)往往不能滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求。電子設(shè)備的屏蔽設(shè) 計(jì)與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有許多不同之處,一般地在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果沒(méi)有考慮屏 蔽問(wèn)題,很難滿足電磁兼容性要求。所以,在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí),必須從一開(kāi) 始就考慮電磁屏蔽問(wèn)題。1 電磁

5、屏蔽的技術(shù)原理電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)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(lái),使其外部電磁場(chǎng)強(qiáng)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(lái),使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)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(duì)電磁能流的反射、吸收和引導(dǎo)作用 (圖 1 。電磁屏蔽不僅對(duì)輻射干擾有良好的抑制效果,而且對(duì)靜電干擾和傳導(dǎo)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(chǎng)引導(dǎo)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(dǎo)體包圍起來(lái),在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出 與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷,外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷,因此外

6、側(cè)仍 有電場(chǎng)存在。如果將金屬屏蔽體接地,外側(cè)的正電荷將流入大地,外側(cè)將不 會(huì)有電場(chǎng)存在,即帶正電導(dǎo)體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。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(yīng)帶電, 但電力線不能穿入殼內(nèi)。 圖 2 金屬外殼的屏蔽作用1.2 交變電場(chǎng)屏蔽為降低交變電場(chǎng)對(duì)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(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體,并將金屬屏蔽體接地。交變電場(chǎng)對(duì)敏感電 路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場(chǎng)電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電 阻之積。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦 合干擾電壓變得很小。1.3 交變磁場(chǎng)屏蔽交變磁場(chǎng)

7、屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場(chǎng)屏蔽是利用高導(dǎo)磁率的材料 構(gòu)成磁力線的低磁阻通路,使大部分磁場(chǎng)被封在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的導(dǎo)磁率 越高,厚度越大,磁阻越小,磁場(chǎng)屏蔽的效果越好。當(dāng)然要與設(shè)備的重量相 協(xié)調(diào)。高頻磁場(chǎng)的屏蔽是利用高導(dǎo)電率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場(chǎng)來(lái)抵銷 干擾磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)的。1.4 交變電磁場(chǎng)屏蔽一般采用導(dǎo)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(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱 高頻磁場(chǎng)的干擾,又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。2 屏蔽效能計(jì)算屏蔽效能 (SE的定義是:在電磁場(chǎng)中同一地點(diǎn)無(wú)屏蔽時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與 加屏蔽體后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。常用分貝數(shù)

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(chǎn)生反射作用。 而空氣的電磁波阻抗在不同場(chǎng)源和場(chǎng)區(qū)中是不一樣的,所以分別計(jì)算如下:磁場(chǎng)源近場(chǎng)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(chǎng)源近場(chǎng)中的反射損耗 R(dB為:(2310log 10322D f R r r += (2-3 電磁場(chǎng)源遠(yuǎn)場(chǎng)中的反射損耗 R(dB為:(r r f R 10log 10168-= (2-4式中:r 相對(duì)

9、導(dǎo)磁率r 相對(duì)導(dǎo)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(dāng)進(jìn)入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在屏蔽金屬內(nèi)傳播時(shí),由于衰減而產(chǎn)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(dāng) A >10dB時(shí),一般可以不計(jì)多次反射損耗。2.4 屏蔽

10、效能計(jì)算實(shí)例場(chǎng)源距離屏蔽體 (厚度 0. 254mm30cm 遠(yuǎn)的屏蔽效能 (dB計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1。 表 1中近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的分界點(diǎn) 2, 為電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)。表 1 場(chǎng)源距離屏蔽體(厚度 0.254mm 30cm 遠(yuǎn)的屏蔽效能 (dB 3 屏蔽的注意事項(xiàng)3.1 屏蔽的完整性如果屏蔽體不完整,將導(dǎo)致電磁場(chǎng)泄漏。特別是電磁場(chǎng)屏蔽,它利用屏 蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁 場(chǎng)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(yīng)用場(chǎng)合電磁屏蔽技術(shù)的進(jìn)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(yīng)用時(shí)要特別注意不同的屏蔽材料 具有不同的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合。電子設(shè)備采用金屬平板做機(jī)箱,既堅(jiān)固耐用,又具有電磁屏蔽作用。其 電磁屏蔽效能與下述參數(shù)有關(guān):金屬平板材料性質(zhì)、電磁場(chǎng)源性質(zhì)、電磁場(chǎng) 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(jiàn)表 2。 表 2 各種金屬屏蔽材料的性能 當(dāng)今許多電子設(shè)備采用工程塑料做機(jī)箱,由于工程塑料的加工工藝性能好,使機(jī)箱造型美觀,成本低、質(zhì)量輕。但工程塑料無(wú)電磁防護(hù)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(shù),在工程塑料和有機(jī)介 質(zhì)的表面覆蓋一層導(dǎo)電膜,從而起到平板的屏蔽作用。一般導(dǎo)電膜的厚度小 于電磁波在其內(nèi)部傳播波長(zhǎng)的

12、l /4。幾種噴涂工藝達(dá)到的屏蔽效能見(jiàn)表 3。 表 3 幾種噴涂工藝達(dá)到的屏蔽效能 不同厚度的銅薄膜的屏蔽效能見(jiàn)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(shè)置透光導(dǎo)電材料來(lái)實(shí) 現(xiàn)。透光導(dǎo)電材料是在有機(jī)介質(zhì)或玻璃的表面覆蓋一層導(dǎo)電膜,使其既透光, 又具有一定的屏蔽效能。幾種透光率導(dǎo)電玻璃的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 5。 當(dāng)有通風(fēng)、透光、加水、測(cè)量等需要時(shí),要在設(shè)備外殼上開(kāi)孔,為提高 設(shè)備的電磁屏蔽效果,應(yīng)采用金屬絲網(wǎng)的孔眼屏蔽?；蛴糜陔娮釉O(shè)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(shù)量等參數(shù)有關(guān),其計(jì)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(nèi)波阻抗和入射波阻抗之比圓形孔r D N 68. 3=(近區(qū)磁場(chǎng) (3-5D f N =-51079. 5(近區(qū)電場(chǎng) (3-6矩形孔r W N =(近區(qū)磁場(chǎng) (3-7W f N =-51069. 6(近區(qū)電場(chǎng) (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(zhǎng)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(shù)的修正系數(shù)Sn K lg 101-= (3-10 式中:n 單位面積孔數(shù) (孔數(shù)/厘米 2S 每個(gè)孔的面積 (厘米 2低頻穿透修正系數(shù)(2215. 351lg 20-+-=w C K (3-11式中:w C 孔間的導(dǎo)體寬度 (厘米 屏蔽材料的集膚深度 (厘米 修正系數(shù)(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(wǎng),要使絲網(wǎng)與屏蔽體接觸良好; (2將大孔改為多個(gè)小孔; (3采用波導(dǎo)衰減器式通風(fēng)口;(4在透光和測(cè)量孔上覆蓋有金屬絲網(wǎng)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(wǎng)。下面介紹幾種常用的金屬絲網(wǎng)屏蔽材料:(1全金屬絲網(wǎng)襯墊全金屬絲網(wǎng)襯墊是一種彈性的、導(dǎo)電的編織型金屬襯墊絲網(wǎng)條,用于電 子設(shè)備殼體的接縫處,提供有效的電磁屏蔽。應(yīng)用時(shí),鑄造或機(jī)加工的殼體 選用矩形截面的全金屬絲網(wǎng)襯墊,板金殼體選用圓形截面的全金屬絲網(wǎng)襯墊, 壓縮量為原高度的 25%左右。全金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 6。表 6全金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能 (2環(huán)境密封金屬絲網(wǎng)襯墊環(huán)境密封金屬絲網(wǎng)襯墊是由編織金屬絲網(wǎng)和橡膠結(jié)合而成,環(huán)境密封金 屬絲網(wǎng)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?？捎?于電子設(shè)備殼體的固定接縫處或者活動(dòng)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(wǎng)襯墊的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 7。 表 7帶橡膠芯金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能 (3金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃是將金屬絲網(wǎng)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。可用于電子設(shè)備的觀察窗口,例如表頭、 數(shù)字或圖象顯示器等。金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 8。表 8金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能 (4鋁制蜂窩通風(fēng)板鋁制蜂窩通風(fēng)板是由鋁框中的鋁制蜂窩構(gòu)成。波導(dǎo)型的蜂窩不僅具有電 磁屏蔽效能,而且具有高的空氣流動(dòng)性。可用于電子設(shè)備的通風(fēng)窗口。鋁制 蜂窩通風(fēng)板的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 9。 導(dǎo)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(dǎo)電布,可對(duì)高頻和微波具有靈活的屏 蔽性能;(2將導(dǎo)電布和樹脂復(fù)合制成吸收導(dǎo)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(dǎo)電良好的金屬或碳黑纖維和化纖混合制成導(dǎo)電布。以上三種導(dǎo)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(hù)罩。其屏蔽效能一般在 5060 dB。(4用導(dǎo)電纖維和木漿混合制成導(dǎo)電紙。導(dǎo)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(dú)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(shí)芯橡膠的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 10。

18、表 10定向金屬絲填充硅實(shí)芯橡膠的屏蔽效能 導(dǎo)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(jiàn)表 11。 導(dǎo)電涂料是在聚丙烯和聚氨脂中摻入純銀金屬粒子,可應(yīng)用于塑料機(jī)殼 屏蔽和需要柔性屏蔽的設(shè)備上。鈹銅簧片是具有彈性的屏蔽材料。可用于電子設(shè)備活動(dòng)接縫的屏蔽,例 如門、窗等。鈹銅簧片的屏蔽效能 (dB見(jiàn)表 12。 屏蔽復(fù)合板是由金屬箔、絕緣基片和壓敏膠組成?？捎糜谟∷㈦娐贰㈦?子設(shè)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?yīng)用于視屏射線輻射保護(hù)、 手機(jī)微波輻射防護(hù)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(qiáng)度的要求下不超過(guò) 2. 5mm 。一般都選擇 1.01.5mm 。壁厚增大,對(duì)電磁流的吸收損耗越大,屏蔽效果越好,但壁厚 會(huì)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(dǎo)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(duì)靜電屏蔽而言,將使屏蔽體外側(cè)的感應(yīng)電荷流 人大地,而不會(huì)有感應(yīng)電場(chǎng)存在。對(duì)交變電場(chǎng)屏蔽而言,由于交變電場(chǎng)對(duì)

20、敏 感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場(chǎng)電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接 地電阻之積,只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場(chǎng)對(duì)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(huì)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(yīng)而降低屏蔽設(shè)備的屏蔽效能,可使電子設(shè)備的電磁兼容達(dá)到事半功倍的效果。不考慮安全接地,僅從電路參考點(diǎn)的角度考慮,接地可分為懸浮地、單 點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。(1懸浮地對(duì)電子產(chǎn)品而言,懸浮地是指設(shè)備的地線在電氣上與參考地及其它導(dǎo)體 相絕緣,即設(shè)備懸浮地。另一種情況是在有些電子產(chǎn)品中,為了防止機(jī)箱上 的騷擾電流直接耦合到信號(hào)電路,有意使信號(hào)地

21、與機(jī)箱絕緣,即單元電路懸 浮地。懸浮地容易產(chǎn)生靜電積累和靜電放電,在雷電環(huán)境下,還會(huì)在機(jī)箱和 單元電路間產(chǎn)生飛弧,甚至使操作人員遭到電擊。設(shè)備懸浮地時(shí),當(dāng)電源相 線與機(jī)箱短路時(shí),有引起觸電的危險(xiǎn)。所以懸浮地不宜用于通信系統(tǒng)和一般 電子產(chǎn)品。(2單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地是為許多接在一起的電路提供共同參考點(diǎn)的方法。串聯(lián)單點(diǎn)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(lián)單點(diǎn)接地最簡(jiǎn)單, 它沒(méi)有共阻抗耦合和低頻地環(huán)路的問(wèn)題。每一個(gè)電路模塊都接到一個(gè)單點(diǎn)地, 每一個(gè)子單元在同一點(diǎn)與參考點(diǎn)相聯(lián)。地線上其它部分的電流不會(huì)耦合進(jìn)電 路。(3多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地設(shè)備中的內(nèi)部電路都以機(jī)殼為參考點(diǎn),而所有機(jī)殼又以大地

22、為 參考。有一個(gè)安全地把所有的機(jī)殼連在一起,然后再與地或輔助信號(hào)地相連。 這種接地結(jié)構(gòu)的原理在于為許多并聯(lián)路徑提供了到地的低阻抗通路,并且在系統(tǒng)內(nèi)部接地很簡(jiǎn)單。只要連接公共參考點(diǎn)的任何導(dǎo)體的長(zhǎng)度小于騷擾波長(zhǎng) 的幾分之一,多點(diǎn)接地的效果都很好。多點(diǎn)接地能夠避免單點(diǎn)接地在高頻時(shí) 的問(wèn)題。在數(shù)字電路和高頻大信號(hào)電路中必須使用多點(diǎn)接地。(4混合接地混合接地既包含了單點(diǎn)接地的特性,也包含了多點(diǎn)接地的特性。例如, 系統(tǒng)內(nèi)的電源需要單點(diǎn)接地,而射頻部分則需要多點(diǎn)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(shí)呈現(xiàn)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(zhǎng)的電纜的屏蔽外層通過(guò)電容接到

23、機(jī)殼處避免 射頻駐波的產(chǎn)生。電容對(duì)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(shè)備的地線分布到設(shè)備內(nèi)部的各級(jí)電路單元,它難免會(huì)與其它電 路構(gòu)成環(huán)路,如在不對(duì)稱信號(hào)傳輸電路中,地線和信號(hào)線可構(gòu)成回路;地線 本身也可能構(gòu)成地環(huán)回路。當(dāng)某一交變磁場(chǎng)與這些回路交連時(shí),環(huán)路中產(chǎn)生 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是差模干擾。環(huán)路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:dt d e i = (3-13式中:i e 為環(huán)路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。地環(huán)路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) i e 與傳輸信號(hào)電壓串聯(lián)或者耦合輸送到下一級(jí)電路的輸入端,從而構(gòu)成干擾。切斷地環(huán)干擾的最

24、有效的方法是實(shí)施單點(diǎn)接地, 必須指出,從電磁兼容的角度出發(fā),實(shí)施單點(diǎn)接地是重要的技術(shù)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(dāng)被感應(yīng)的電磁干擾在導(dǎo)線上進(jìn)行傳輸時(shí),如果導(dǎo)線的阻抗完全對(duì)稱, 則共模干擾就不應(yīng)對(duì)電路引起干擾。然而,實(shí)際的回路真正達(dá)到完全對(duì)稱是 不可能的。如果阻抗出現(xiàn)不平衡,在傳輸中就會(huì)從共模干擾轉(zhuǎn)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(gè)方面著手: ·接地極本身和接地導(dǎo)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(kuò)散過(guò)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(shù)。減小電子設(shè)備對(duì)地的分布電容要減小電容一般要增加設(shè)備到地的距離。(3接地電位差干擾的抑制方法采用兩點(diǎn)接地存在電位差,它串聯(lián)在信號(hào)回路中,可以對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生 干擾。接地平面產(chǎn)生電位差的原因是很復(fù)雜的,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要采取有效的 措施加以抑制,主要方法有:·設(shè)計(jì)專用地阻抗接地系統(tǒng);·應(yīng)用隔離變壓器;·光耦合隔離;·使用光纖傳輸信號(hào)。(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(shè)備和系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)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(dá)到所設(shè) 計(jì)的濾波作用。

26、(3噪聲和騷擾控制對(duì)內(nèi)部噪聲和外部騷擾的控制需要設(shè)備或系統(tǒng)上的許多點(diǎn)與最佳地相 連,從而為騷擾信號(hào)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(hào)都需要一個(gè)公共參考點(diǎn)。因此,電路 參考地是接地的一個(gè)重要原因之一。公共參考地必須是零電位,工作電流不應(yīng)通過(guò)它。(1系統(tǒng)級(jí)接地如圖 4為某以電子設(shè)備的接地設(shè)計(jì)框圖,該系統(tǒng)包括了多種電子設(shè)備和 電機(jī),因此地線應(yīng)分開(kāi)設(shè)置。各分系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的不同,采用不同的接地方 式,對(duì)于電源,伺服系統(tǒng)等低頻設(shè)備采用并聯(lián)單點(diǎn)接地,它沒(méi)有共阻抗耦合 和低頻地環(huán)路的問(wèn)題。對(duì)于高頻設(shè)備和數(shù)字電路必須使用多點(diǎn)接地,這樣能 夠避免單點(diǎn)接地在高頻時(shí)電路上產(chǎn)生較大的共模

27、電壓的問(wèn)題。該系統(tǒng)設(shè)備復(fù) 雜,地線采用分組敷設(shè),分為:信號(hào)地線 (包括數(shù)字地線、模擬地線等 、噪 聲地線 (騷擾源地線 和金屬件地線 (機(jī)殼地 等如圖 4所示。圖 4 大系統(tǒng)設(shè)備接地框圖 (2機(jī)柜級(jí)接地機(jī)柜級(jí)的接地采用數(shù)字地、模擬地、安全地三套系統(tǒng),并從印制板、組 合、機(jī)柜直至地網(wǎng)加以貫徹。數(shù)字地:用于數(shù)字信號(hào)接地。模擬地:用于模擬信號(hào)接地。若有高電平模擬信號(hào),則應(yīng)將高、低電平 模擬信號(hào)地分開(kāi),若信號(hào)幅值超過(guò)數(shù)字電路開(kāi)啟電壓,可視為高電平信 號(hào)。安全地 (機(jī)殼地 :用于設(shè)備機(jī)殼、機(jī)箱、機(jī)架和不帶電的金屬構(gòu)件及噪 聲干擾大的電動(dòng)機(jī)、繼電器電路及高電平模擬信號(hào),則應(yīng)將高、低電平模擬 信號(hào)接地。地阻

28、抗表達(dá)式: 81014. 4-=rrRF f aR (/m (3-14式中:a 當(dāng)量直徑 =截面周長(zhǎng) 2;f 工作頻率;r 相對(duì)磁導(dǎo)率; r 相對(duì)電導(dǎo)率。由上式看出,接地線材料確定時(shí), r , r 確定,地線阻抗隨頻率上升而 增加,特別是當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度與工作波長(zhǎng)可比擬時(shí),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(hào)采用單點(diǎn)接地,以削弱地環(huán)路干擾。 高頻信號(hào)采用多點(diǎn)接地,以抑制電場(chǎng)輻射。數(shù)字信號(hào)包含有大量諧波分量, 應(yīng)按高頻信號(hào)對(duì)待。在機(jī)柜后側(cè)設(shè)置了數(shù)字地、模擬地、安全地的接地母線,即匯流條,機(jī)柜還設(shè)置了數(shù)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(yīng) 地網(wǎng)的接地點(diǎn)上,三條接地網(wǎng)在設(shè)備骨架上匯聚一點(diǎn),統(tǒng)一與大地線焊接。 由上式看出,當(dāng)量直徑 a 在截面面積不變時(shí),隨截面周長(zhǎng)增加而增加,因此, 應(yīng)采用扁平接地電纜匯流條選用銅帶以增大當(dāng)量直徑 a ,從而減小接地阻抗, 如圖 5所示。 圖 5 機(jī)柜接地(3組合級(jí)接地機(jī)柜匯流條 XT1為模擬地, XT2為安全地, XT3為數(shù)字地,組合內(nèi)部設(shè)安 全地、模擬地、數(shù)字地。每一組合配一個(gè)圓形插頭座 XCH24F5ZD ,插頭觸點(diǎn)分 別為模擬地,安全地,為數(shù)字地。組合與機(jī)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(jié)合表面不平、不干凈、焊接質(zhì)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(duì)固定的接縫最好采用連續(xù)焊接。焊接前,應(yīng)將要焊接表面的非導(dǎo)電物質(zhì)清 除干凈。要盡可能對(duì)全部外殼間斷處進(jìn)行搭接。對(duì)非固定的接縫應(yīng)采用并壓 緊導(dǎo)電襯墊,以提高接縫的電磁密封效果。常用的導(dǎo)電襯墊材料有金屬編織 物、含有金屬絲的橡膠等。對(duì)活動(dòng)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(dǎo)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(chǎng)中時(shí),rlN = (3-16 在遠(yuǎn)區(qū)平面場(chǎng)中時(shí),lfjN =-51069. 6 (3-17 式中:t 金屬板厚度 (厘米 l 縫隙長(zhǎng)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(guò)增加旁邊長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn);(2減少結(jié)合面縫隙寬度,可通過(guò)提高結(jié)合面加工精度、焊接或整體鑄造 來(lái)實(shí)現(xiàn);(3加裝導(dǎo)電襯墊,常用的導(dǎo)電襯墊有:編織金屬網(wǎng)、軟金屬、梳狀簧片、 導(dǎo)電橡膠等等;(4在接縫處涂導(dǎo)電涂料,常用的導(dǎo)電涂料有:導(dǎo)電膠、導(dǎo)電脂等等;(5調(diào)整緊固釘間距,使其小于 20, 為電磁場(chǎng)的波長(zhǎng);圖 7 接縫的處理 當(dāng)有通風(fēng)

32、、照明、加水、測(cè)量等需要時(shí),為提高設(shè)備的電磁屏蔽效果, 應(yīng)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(shù)量等參 數(shù)有關(guān)。 圖 8 一般孔眼示意圖因電纜需要活動(dòng)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(dǎo)磁的金屬絲編織的,可以實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)屏蔽。如需實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)屏蔽, 電纜的屏蔽層應(yīng)采用導(dǎo)磁的金屬絲編織。當(dāng)設(shè)備的通風(fēng)和屏蔽要求較高時(shí),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(gòu)成的。其中每一個(gè)金屬管 都起波導(dǎo)衰減器的作用,而通風(fēng)的風(fēng)壓降不大。蜂房板的電磁屏蔽效果取決 于波導(dǎo)管

33、的衰減特性,即與波導(dǎo)管的幾何尺寸有關(guān)。當(dāng)設(shè)備需要安裝表頭、數(shù)據(jù)或圖形顯示器時(shí),應(yīng)對(duì)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(shè)置屏蔽罩。屏蔽罩通過(guò)導(dǎo)電襯墊與金屬面板連接,通過(guò)屏蔽罩的進(jìn)出線設(shè)置穿心 電容。選擇的屏蔽式電連接器應(yīng)有足夠的插針供電纜內(nèi)各個(gè)屏蔽層在電連接器 頭端接,在電連接器座內(nèi)各個(gè)屏蔽層的插針用盡量短的連線接到外殼后再接 到殼內(nèi)各個(gè)相應(yīng)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(gè)地連接,最好是焊接;電連接器座通過(guò)導(dǎo)電襯墊 與設(shè)備的金屬外殼保持良好的電氣連接;電連接器頭也應(yīng)與電連接器座保持 良好的電氣連接。當(dāng)單層

34、屏蔽的效果達(dá)不到要求時(shí),可以采用多層屏蔽。特別是對(duì)頻帶較 寬的屏蔽,分別采用導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率高的幾種材料組成多層屏蔽,可以達(dá)到 對(duì)高頻電場(chǎng)和低頻磁場(chǎng)均有較好效果的屏蔽。(1在電磁干擾源和對(duì)電磁干擾敏感的接收電路之間設(shè)置導(dǎo)線屏蔽,并 接到電路板的基準(zhǔn)電位上。(2將導(dǎo)電線條之間的涂覆層盡量多的保留,并接到電路板的基準(zhǔn)電位 上。(3在印刷電路板的三個(gè)周邊 (電連接器邊除外 設(shè)置地線。(4對(duì)電磁干擾源和對(duì)電磁干擾敏感的接收電路分別設(shè)置屏蔽罩,并接 到電路板的基準(zhǔn)電位上。(5在印刷電路板之間設(shè)置屏蔽板,并接到電路板的基準(zhǔn)電位上。4 電磁屏蔽設(shè)計(jì)的基本方法及屏蔽效能檢測(cè)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(guān),距離越大,屏蔽效能越好。(2干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓方式出現(xiàn)時(shí),應(yīng)采取電場(chǎng)屏蔽的方法。要 求屏蔽殼體良好接地,接地電阻應(yīng)小于 2 m。當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾是以電流 形式出現(xiàn)時(shí),應(yīng)采取磁場(chǎng)屏蔽的方法。(3干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料所產(chǎn)生的渦流對(duì) 外來(lái)電波的抵消作用,達(dá)到屏蔽的效果,如當(dāng)干擾源的頻率高于 1 00 kHz時(shí), 應(yīng)采用良導(dǎo)體的材料來(lái)做屏蔽殼體,殼體的厚度只考慮滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求, 在 0. 20. 8 mm即可。干擾電磁波的頻率較低時(shí),采用高導(dǎo)磁率的材料,從 而使磁力線限制在屏蔽體的內(nèi)部,防止擴(kuò)散到屏蔽外的空間去,如當(dāng)干擾源 的頻率低于

36、 1 00 kHz時(shí),采用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料來(lái)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(kāi)口。(4同一種屏蔽材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽最高, 對(duì)磁場(chǎng)屏蔽最低, 即磁場(chǎng)最難屏蔽, 還應(yīng)注意屏蔽材料在不同頻段的特性有所不同。在某些場(chǎng)合,如果要對(duì)高頻 和低頻的電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí),一般采用不同的金屬材料組成多 層屏蔽。若屏蔽外部強(qiáng)磁場(chǎng),則外部用不易飽和的高導(dǎo)磁率的材料,內(nèi)部用 易飽和的高導(dǎo)磁率的材料;若屏蔽內(nèi)部的強(qiáng)磁場(chǎng),則材料的選擇與上述相反。 對(duì)于雙層或多層屏蔽不能進(jìn)行多點(diǎn)電接觸,否則,就相當(dāng)于一層屏蔽。為了 得到最佳的屏蔽效果,對(duì)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(dǎo)電材料共同構(gòu)成的多層屏蔽時(shí),屏蔽層 間不應(yīng)有間隙。4.2 屏蔽效能的檢測(cè)設(shè)備屏蔽體做好之后需要進(jìn)行屏蔽效能的檢測(cè)。屏蔽效能的檢測(cè)設(shè)備有:變 頻信號(hào)源、射頻放大器、發(fā)射天線、電磁場(chǎng)接收天線、衰減器、測(cè)量接收機(jī)、 數(shù)據(jù)記錄儀。4.3 屏蔽效能的檢測(cè)方法:屏蔽效能的測(cè)試方法一般分為三種方式。屏蔽箱外部放置發(fā)射天線,內(nèi)部放置接收天線,接收天線將接收的信號(hào) 通過(guò)電纜傳送到頻譜分析儀 (圖 9 。 圖 9 屏蔽體屏蔽效能測(cè)試方式一屏蔽箱內(nèi)部放置發(fā)射天線,外部放置接收天線接收泄漏場(chǎng)。信號(hào)源通過(guò)電纜 將信號(hào)送至發(fā)射天線 (圖 10 。 圖 10屏蔽體屏蔽效能測(cè)試方式二發(fā)射天線為球形偶

38、極子天線,自帶信號(hào)源。天線放置屏蔽箱內(nèi)部,接收 天線放置在外部, 接收天線將接收的信號(hào)通過(guò)電纜傳送到頻譜分析儀 (圖 11 圖 11 屏蔽體屏蔽效能測(cè)試方式三測(cè)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(huì)被電纜 (接收 天線與頻譜儀之間的信號(hào)電纜 接收,嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。即使采用 同軸電纜,影響還是很明顯。測(cè)試方法二存在的最大缺陷同方法一類似,就是信號(hào)發(fā)生器與發(fā)射天線 之間的電纜 (即使是同軸電纜 會(huì)起到很好的發(fā)射作用,從而嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié) 果的準(zhǔn)確性。測(cè)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(diǎn)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(chǎng);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(duì)較大,直徑一般都 在 150mm 以上,因而很難應(yīng)用于小型電子設(shè)備。國(guó)際上也有直接將激勵(lì)源放置到屏蔽體內(nèi)部的測(cè)試,但是局限性也很大, 國(guó)內(nèi)也在不斷的探索與研究之中。縫隙屏蔽效能測(cè)試存在的困難性更加突顯了進(jìn)行縫隙電磁泄漏仿真的重要意義。 4.4 屏蔽效能SE的檢測(cè)分析 屏蔽效能SE計(jì)算式為： SE = 20 log10 (W - H ) (Y - H ) (4-1 式中： H 測(cè)量無(wú)發(fā)射時(shí)的環(huán)境電平； W 測(cè)量無(wú)屏蔽時(shí)在測(cè)量點(diǎn)接收到發(fā)射機(jī)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度； Y 測(cè)量有屏蔽時(shí)在測(cè)量點(diǎn)接收到發(fā)射機(jī)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。 計(jì)算后，將屏蔽效能SE與設(shè)計(jì)要求相比較：是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，安全余 量是否滿足要求，是否有過(guò)設(shè)計(jì)。如果達(dá)不到要求，就要具體分析原因并加 以改進(jìn)，直到滿足要求。如果有過(guò)設(shè)計(jì)，也要具體分析原因并在以后的設(shè)計(jì) 中加以避免。 沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No 31 結(jié)論 電磁兼容性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可忽略的問(wèn)題，直接影響到系統(tǒng)設(shè)備工作的 可靠性、穩(wěn)定性和品質(zhì)指標(biāo)。本文所述的方法