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      電磁兼容的屏蔽設計的一些重要知識

      日期:2022-06-20 17:32
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      摘要: EMC(電磁兼容)是設備的一種能力,它要求設備在其電磁環境中能正常完成它的功能,又不至于因為環境干擾而影響其正常工作。產品的 EMC 性能直接關系到產品的工作穩定性、環境適應能力。EMC 設計是通信產品設計中不可缺少的重要組成部分。EMC 設計中比較關鍵的一項就是有關設備的屏蔽設計。屏蔽能有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個:一是限制內部的輻射電磁能越過某一區域;二是防止外來的輻射進入某一區域,現有的屏蔽措施都是基于這兩個目的而施行。 目前,屏蔽系統已經為越來越多的用戶所認識,...

      EMC(電磁兼容)是設備的一種能力,它要求設備在其電磁環境中能正常完成它的功能,又不至于因為環境干擾而影響其正常工作。產品的 EMC 性能直接關系到產品的工作穩定性、環境適應能力。EMC 設計是通信產品設計中不可缺少的重要組成部分。EMC 設計中比較關鍵的一項就是有關設備的屏蔽設計。屏蔽能有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個:一是限制內部的輻射電磁能越過某一區域;二是防止外來的輻射進入某一區域,現有的屏蔽措施都是基于這兩個目的而施行。


      目前,屏蔽系統已經為越來越多的用戶所認識,它在電磁兼容方面的良好性能也正在為越來越多的人所認可。屏蔽系統具有良好的電磁兼容性,可以提供安全、高速、穩定的信息傳輸通道。屏蔽系統擁有一套完整的屏蔽、接地體系,提供*完整、*全  面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案,以滿足當今網絡日益提升的需求。對于屏蔽系統而言,接地是至關重要的過程,只有正確有效地接地才能體現出屏蔽的優越性和價值。


      一、屏蔽系統的應用

      1.信息安全:提高信息傳輸的安全性保證敏感數據不外漏,是選擇屏蔽系統*重要的一個原因。隨著網絡信息化的普及,信息安全的重要性已經越來越被廣大用戶所重視,防止信息泄露就成為一個至關重要的問題。

      2.高速網絡:相對于100M和1000M的網絡來說高速網絡由于編碼更復雜等原因,對外界的干擾更加敏感,通訊更容易受到外界的干擾。對屏蔽系統而言,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,屏蔽布線系統對ANEXT產生的影響具有先天的技術優勢,所以屏蔽系統相對高速的網絡運行更加穩定可靠。

      3.特殊的傳輸環境:特殊的安裝環境需要對外界的電磁干擾加以防護,比如建筑物附近有電臺、電視臺等強射頻源,或者在大型動力裝置附近,或者是各種的工業環境。這些環境中均有明確存在的連續或間斷工作的強電磁干擾。在布線系統實施之前,雖然這些干擾對網絡運行的影響很難定量分析,但使用屏蔽系統可以更好地保障網絡通訊正常運行。


      二、屏弊的設計

      1.屏蔽室:能提供電平低而穩定的環境,它為測量精度的提高,測量的可靠性和重復性的改善帶來了較大的益處。但是由于被測設備在屏蔽室中產生的干擾信號通過屏蔽室的6個面產生無規則的漫反射,特別在輻射發射測量和輻射敏感測量中表現更為嚴重導致在屏蔽室里產生巨大的誤差。


      2.混合波室:在一個長方體屏蔽室里放置一個旋轉的大的金屬反射體來實現一個均勻場環境。所以在涽波室內某點的電磁場是來自各個方向反射波在這一點的矢量和。另外扇葉的旋轉改變了電磁波抵達這一點的路徑長度和波的反射次數。從統計意義上講,腔體內的場將不會有明顯的諧振場結構,*終在腔體的測試區內得到統計上均勻的,認意極化的,各項通行的場環境。

      3.橫電磁室:由3個部分組成:主體段、過渡段、矩形同軸連接線,橫電磁室將輸入能量轉換為均勻磁場,因而消除了由使用天線可能帶來的長得不均勻性問題。同時GTEM室地隔板與漸變的波導壁在終端都是匹配連接地,因此消除了其他設備所固有的反射和諧振現象。



      三、屏蔽的應用

      1.機柜(或屏蔽盒)的屏蔽:

      實際中的電磁屏蔽體都不是一個全封閉的屏蔽體,亦即它在電氣上不是連續均勻的。在實際的機箱和屏蔽盒結構設計中,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,后面板上還有通風孔等等,所以實際機箱在電氣上并不連續,而電氣不連續的機箱會降低其屏蔽效能。下面是對機箱設計中的一些基本做法:

      (1)結構材料 ① 適用于底板和機殼的材料大多數是良導體,如銅、鋁等,可以屏蔽電場,主要的屏蔽機理是反射而不是吸收; ② 對磁場的屏蔽需用鐵磁材料,如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射; ③ 在強電磁場環境中,要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分,因此需要結構上完好的鐵磁材料。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 對于塑料殼體,是在其內壁噴涂屏蔽層,或在汽塑時摻入金屬纖維。

      (2)縫隙:① 在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好地搭接。*壞的電搭接對殼體的屏蔽效能起決定性作用;② 保證接縫處金屬對金屬的接觸,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機殼使整體屏蔽效能降低的程度,典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時,屏蔽效能降低 30dB以上。② 電源線進入機殼時,全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端*好能穿出到屏蔽機殼外;若濾波器結構不宜穿出機殼,則應在電源線進入機殼處專為濾波器設置一隔艙。③ 信號線、控制線進入或穿出機殼時,要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多芯連接器(插座)適用于這種場合使用。

      (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 對不同金屬進行搭接要注意各種金屬在電化學序列表中的相對位置。電位差要盡可能小,并有合適的防腐蝕措施。當級別相差較遠的金屬搭接時,需在兩金屬表面間放入一個中間級別的金屬墊圈; ③ 修整搭接表面,以便得到*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  除了保護層之后就馬上搭接配合表面; ⑤ 對于長久性搭接應盡可能用熔焊或銅焊錫焊連接所

      有的接合面。射頻搭接應優先采用長久性搭接。

      2.插箱的屏蔽

      當插箱的工作頻率較高容易干擾其他插箱工作時,或工作非常敏感易受到其他插箱干擾時,有必要考慮插箱的屏蔽性能,插箱的屏蔽比較復雜,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,*好使用金屬簧 片;(3)面板與機框間*好用金屬簧 片或導電襯墊保證搭接;(4)機框的搭接必須良好保證; (5)插箱的上下一般有通風散熱要求,可使用多孔薄板;(6)為及時泄放面板上的靜電,面板上*好有一金屬插針,此插針有靜電泄放和定位兩個作用;在機框內對應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角落,所以稍有疏忽,就可能導致嚴重的損失,因此,對于各物件的屏蔽得慎重規劃。在各物件中,首重電纜之屏蔽,電纜的屏蔽*常使用編織的金屬網,而影響其屏蔽效能的因素包括:屏蔽材料及厚度,屏蔽層的終結方法及所使用的接頭,線上的駐波比,電纜本身的長度及方向;此外,就實際上,電纜加屏蔽層后的柔軟度亦應重視。此外,電纜的屏蔽層應加以絕緣,因為不當的接地會產生雜訊;同時,除了同軸電纜之外,屏蔽層不應視為信號之回線。另外,用于傳送高頻信號的電纜其屏蔽層應兩端接地。除了電纜得加屏蔽層之外,接頭也應一并考慮;同時,接頭的屏蔽應予以適當的接地,而其屏蔽效能應不低于電纜屏蔽。


      四、屏蔽材料的發展方向

      (1)高分子導電涂料:

      高分子導電涂料是用金屬粉末、碳粉、石墨等導電填料與高分子聚合物如環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等混合后,涂于塑料表面制成的,由于其具有易在復雜形狀表面涂敷,成本低廉等優點,現在越來越受到青睞。導電涂料的種類主要有銀系、碳系、銅系、鎳系等。銀系的化學性質穩定,導電性能好,屏蔽效果可達65dB以上。

      (2)復合型屏蔽材料:

      復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、良導電性能材料及添加劑混合加工制成。根據填充材料類型的不同,大致可分為金屬纖維復合材料和非金屬纖維復合材料兩大類。

      (3)導電織物:

      導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、金屬纖維無紡布、普通化纖絡合銅纖維織物等。由于方便、質輕等優點,現在導電織物正成為研究的熱點。

      (4)發泡材料:

      發泡材料大致包括發泡金屬和發泡塑料兩大類。發泡金屬是金屬和空氣的復合材料,根據其內部氣泡的形態可把發泡金屬分成兩種:氣泡獨立存在的獨立氣泡型和氣泡連續分布的連續氣泡型。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泡金屬;其中又以發泡鋁技術*為成熟、應用*為廣泛。由于其結構上多孔的特點,使得電磁波在金屬內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、電磁屏蔽技術中還存在以下困難有待解決

      降低屏蔽材料的厚度,同時也降低了材料的屏蔽效能,這與結構設計要求增加強度和厚度相矛盾。阻抗匹配也是屏蔽吸波材料開發的難點,理想情況是一種材料的電導率和磁導率越高越好,然而對于單組分材料很難同時具備較高的介電常數和磁導率:低頻磁場屏蔽仍然是電磁屏蔽中的難點,目前常用的方法是采用多重屏蔽和遠離場源,但更有效的措施還需進一步研究。復合屏蔽材料和結構由于其設計功能上的限制,工藝成型難度較大。


      六、總之屏蔽設計是 EMC 設計中相當重要的一環

      屏蔽措施的好壞直接關系到整個系統的 EMC 效果。但由于電磁波無處不在,所以屏蔽也是一個多樣、復雜和充滿變化的問題,只有在在每個可能受到電磁干擾的地方都多加注意,從細微之處抓起,才能達到較好的屏蔽效果。

      粵公網安備 44190002002243號

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