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电磁兼容的屏蔽设计的一些重要知识

发布时间:2022-05-30   点击次数:399次

你了解电磁兼容的屏蔽设计吗?

EMC(电磁兼容)是设备的一种能力,它要求设备在其电磁环境中能正常完成它的功能,又不至于因为环境干扰而影响其正常工作。产品的 EMC 性能直接关系到产品的工作稳定性、环境适应能力。EMC 设计是通信产品设计中*的重要组成部分。EMC 设计中比较关键的一项就是有关设备的屏蔽设计。屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个:一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域,现有的屏蔽措施都是基于这两个目的而施行。


目前,屏蔽系统已经为越来越多的用户所认识,它在电磁兼容方面的良好性能也正在为越来越多的人所认可。屏蔽系统具有良好的电磁兼容性,可以提供安全、高速、稳定的信息传输通道。屏蔽系统拥有一套完整的屏蔽、接地体系,提供最完整、的电缆、部件及端到端全屏蔽解决方案,以满足当今网络日益提升的需求。对于屏蔽系统而言,接地是至关重要的过程,只有正确有效地接地才能体现出屏蔽的优越性和价值。


一、屏蔽系统的应用

1.信息安全:提高信息传输的安全性保证敏感数据不外漏,是选择屏蔽系统最重要的一个原因。随着网络信息化的普及,信息安全的重要性已经越来越被广大用户所重视,防止信息泄露就成为一个至关重要的问题。

2.高速网络:相对于100M和1000M的网络来说高速网络由于编码更复杂等原因,对外界的干扰更加敏感,通讯更容易受到外界的干扰。对屏蔽系统而言,屏蔽层屏蔽的不仅仅是外界电磁干扰,线缆之间的干扰也同样被隔离,屏蔽布线系统对ANEXT产生的影响具有先天的技术优势,所以屏蔽系统相对高速的网络运行更加稳定可靠。

3.特殊的传输环境:特殊的安装环境需要对外界的电磁干扰加以防护,比如建筑物附近有电台、电视台等强射频源,或者在大型动力装置附近,或者是各种的工业环境。这些环境中均有明确存在的连续或间断工作的强电磁干扰。在布线系统实施之前,虽然这些干扰对网络运行的影响很难定量分析,但使用屏蔽系统可以更好地保障网络通讯正常运行。


二、屏弊的设计

1.屏蔽室:能提供电平低而稳定的环境,它为测量精度的提高,测量的可靠性和重复性的改善带来了较大的益处。但是由于被测设备在屏蔽室中产生的干扰信号通过屏蔽室的6个面产生无规则的漫反射,特别在辐射发射测量和辐射敏感测量中表现更为严重导致在屏蔽室里产生巨大的误差。

2.混合波室:在一个长方体屏蔽室里放置一个旋转的大的金属反射体来实现一个均匀场环境。所以在涽波室内某点的电磁场是来自各个方向反射波在这一点的矢量和。另外扇叶的旋转改变了电磁波抵达这一点的路径长度和波的反射次数。从统计意义上讲,腔体内的场将不会有明显的谐振场结构,最终在腔体的测试区内得到统计上均匀的,认意极化的,各项通行的场环境。

3.横电磁室:由3个部分组成:主体段、过渡段、矩形同轴连接线,横电磁室将输入能量转换为均匀磁场,因而消除了由使用天线可能带来的长得不均匀性问题。同时GTEM室地隔板与渐变的波导壁在终端都是匹配连接地,因此消除了其他设备所固有的反射和谐振现象。


三、屏蔽的应用

1.机柜(或屏蔽盒)的屏蔽:

实际中的电磁屏蔽体都不是一个全封闭的屏蔽体,亦即它在电气上不是连续均匀的。在实际的机箱和屏蔽盒结构设计中,通常都有电源线和控制线的引入和引出,在面板部分还有操作键、显示屏的开孔,后面板上还有通风孔等等,所以实际机箱在电气上并不连续,而电气不连续的机箱会降低其屏蔽效能。下面是对机箱设计中的一些基本做法:

(1)结构材料 ① 适用于底板和机壳的材料大多数是良导体,如铜、铝等,可以屏蔽电场,主要的屏蔽机理是反射而不是吸收; ② 对磁场的屏蔽需用铁磁材料,如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射; ③ 在强电磁场环境中,要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分,因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好坏的影响;④ 对于塑料壳体,是在其内壁喷涂屏蔽层,或在汽塑时掺入金属纤维。

(2)缝隙:① 在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好地搭接。最坏的电搭接对壳体的屏蔽效能起决定性作用;② 保证接缝处金属对金属的接触,以防电磁能的泄漏和辐射。

(3)穿透和开口:① 要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度,典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时,屏蔽效能降低 30dB以上。② 电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外;若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱。③ 信号线、控制线进入或穿出机壳时,要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器(插座)适用于这种场合使用。

(4)搭接:① 尽可能用同样的金属搭接。保证搭接的直流电阻不大于 2.5 毫欧;② 对不同金属进行搭接要注意各种金属在电化学序列表中的相对位置。电位差要尽可能小,并有合适的防腐蚀措施。当级别相差较远的金属搭接时,需在两金属表面间放入一个中间级别的金属垫圈; ③ 修整搭接表面,以便得到最大的接触面积 ;④ 搭接前清洗所有配接表面。为防止氧化,在清除了保护层之后就马上搭接配合表面; ⑤ 对于性搭接应尽可能用熔焊或铜焊锡焊连接所

有的接合面。射频搭接应优先采用性搭接。

2.插箱的屏蔽

当插箱的工作频率较高容易干扰其他插箱工作时,或工作非常敏感易受到其他插箱干扰时,有必要考虑插箱的屏蔽性能,插箱的屏蔽比较复杂,一般可采用以下方式:(1)面板采用金属面板,一般使用 U 形面板;(2)为保证面板间的良好搭接,最好使用金属簧片;(3)面板与机框间最好用金属簧片或导电衬垫保证搭接;(4)机框的搭接必须良好保证; (5)插箱的上下一般有通风散热要求,可使用多孔薄板;(6)为及时泄放面板上的静电,面板上最好有一金属插针,此插针有静电泄放和定位两个作用;在机框内对应插针处必须有定位孔和接地簧片配合。

3.电缆的屏蔽:由于电磁波存在于每个角落,所以稍有疏忽,就可能导致严重的损失,因此,对于各物件的屏蔽得慎重规划。在各物件中,首重电缆之屏蔽,电缆的屏蔽最常使用编织的金属网,而影响其屏蔽效能的因素包括:屏蔽材料及厚度,屏蔽层的终结方法及所使用的接头,线上的驻波比,电缆本身的长度及方向;此外,就实际上,电缆加屏蔽层后的柔软度亦应重视。此外,电缆的屏蔽层应加以绝缘,因为不当的接地会产生杂讯;同时,除了同轴电缆之外,屏蔽层不应视为信号之回线。另外,用于传送高频信号的电缆其屏蔽层应两端接地。除了电缆得加屏蔽层之外,接头也应一并考虑;同时,接头的屏蔽应予以适当的接地,而其屏蔽效能应不低于电缆屏蔽。


四、屏蔽材料的发展方向

(1)高分子导电涂料:

高分子导电涂料是用金属粉末、碳粉、石墨等导电填料与高分子聚合物如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等混合后,涂于塑料表面制成的,由于其具有易在复杂形状表面涂敷,成本低廉等优点,现在越来越受到青睐。导电涂料的种类主要有银系、碳系、铜系、镍系等。银系的化学性质稳定,导电性能好,屏蔽效果可达65dB以上。

(2)复合型屏蔽材料:

复合屏蔽材料是目前研究比较热门的一类新型屏蔽材料,由绝缘的合成树脂、良导电性能材料及添加剂混合加工制成。根据填充材料类型的不同,大致可分为金属纤维复合材料和非金属纤维复合材料两大类。

(3)导电织物:

导电织物就是在一般纺织品表面镀上金属,或者将金属纤维编入纺织品中,使之既具有金属良好的屏蔽效能,同时又不失纺织品原有的柔韧性等特征。其品种主要有碳纤维与普通纤维混纺织物、金属纤维无纺布、普通化纤络合铜纤维织物等。由于方便、质轻等优点,现在导电织物正成为研究的热点。

(4)发泡材料:

发泡材料大致包括发泡金属和发泡塑料两大类。发泡金属是金属和空气的复合材料,根据其内部气泡的形态可把发泡金属分成两种:气泡独立存在的独立气泡型和气泡连续分布的连续气泡型。许多金属材料如碳钢、不锈钢、铝、铜、铅、钛、银、镍基超合金等都可制成发泡金属;其中又以发泡铝技术最为成熟、应用最为广泛。由于其结构上多孔的特点,使得电磁波在金属内部的吸收损耗和多次反射,损耗大大增加,因此厚度很薄就可起到很好的屏蔽效果。


五、电磁屏蔽技术中还存在以下困难有待解决

降低屏蔽材料的厚度,同时也降低了材料的屏蔽效能,这与结构设计要求增加强度和厚度相矛盾。阻抗匹配也是屏蔽吸波材料开发的难点,理想情况是一种材料的电导率和磁导率越高越好,然而对于单组分材料很难同时具备较高的介电常数和磁导率:低频磁场屏蔽仍然是电磁屏蔽中的难点,目前常用的方法是采用多重屏蔽和远离场源,但更有效的措施还需进一步研究。复合屏蔽材料和结构由于其设计功能上的限制,工艺成型难度较大。


六、总之屏蔽设计是 EMC 设计中相当重要的一环

屏蔽措施的好坏直接关系到整个系统的 EMC 效果。但由于电磁波无处不在,所以屏蔽也是一个多样、复杂和充满变化的问题,只有在在每个可能受到电磁干扰的地方都多加注意,从细微之处抓起,才能达到较好的屏蔽效果。以上就是电磁兼容的屏蔽设计的一些知识,希望能给大家帮助。


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