电磁屏蔽技术——实用屏蔽体设计的关键

      电磁屏蔽技术

      电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。
屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防治静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。
静电屏蔽应具有两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。
电磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性，对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。
因而为了满足电磁兼容性要求，常常用高导电性的材料作为屏蔽材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层。
在实际的屏蔽中，电磁屏蔽效能更大程度上依赖于机箱的结构，即导电的连续性。机箱上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源。穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。
解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料，它能够保持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有导电橡胶、双重导电橡胶、金属编织网套、螺旋管衬垫、定向金属导电橡胶等。
机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离有关。通过适当的设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能的要求。
通风口可使用穿孔金属板，只要孔的直径足够小，就能够达到所要求的屏蔽效能。当对通风量的要求高时，必须使用截止波导通风板（蜂窝板），否则不能兼顾屏蔽和通风量的要求。如果对屏蔽要求不高，并且环境条件较好，可以使用铝箔制成的蜂窝板。这种产品的价格低，但强度差，容易损坏。如果对屏蔽的要求高，或环境恶劣（如军用环境），则要使用铜制或钢制蜂窝板，这种产品各方面性能优越，但价格高昂。
诸如计算机显示屏等，即要满足视觉需要，又要满足防电磁泄漏要求。通常在显示屏前加装高性能屏蔽视窗。屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时，一定要使用适当的滤波器，或对导线进行适当的屏蔽。

      干扰抑制滤波技术
滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。
信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量，同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。
电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。
线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，由于导线的存在，往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少，由于高频信号的辐射效率较高，这个高频成分的减少，线路板的辐射将大大改善。
电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生，必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)通过，而对较高频率的干扰有很大的损耗，由于这个滤波器专门用于设备电源线上，所以称为电源线滤波器。

电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中，其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中，称为共模干扰。通常200Hz以下时，差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时，共模干扰成分占主要成分。电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但由于电路结构不同，对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。电磁兼容设计的内容

要使产品具有良好的电磁兼容性，需要专门考虑与电磁兼容相关的设计内容。电磁兼容设计一般包含以下几个方面的内容。

* 地线设计：许多电磁干扰问题是由地线产生的，因为地线电位是整个电路工作的基准电位，如果地线设计不当，地线电位就不稳，就会导致电路故障。地线设计的目的是要保证地线电位尽量稳定，从而消除干扰现象。

* 线路板设计：无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响，或者电路之间产生相互干扰，线路板都是问题的核心，因此设计好线路板对于保证设备的电磁兼容性具有重要的意义。线路板设计的目的就是减小线路板上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性，减小线路板上电路之间的相互影响。

* 滤波设计：对于任何设备而言，滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线，因此，设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的，而外界干扰往往也是首先被导线接收到，然后串入设备的。滤波的目的就是消除导线上的这些干扰信号，防止电路中的干扰信号传到导线上，借助导线辐射，也防止导线接收到的干扰信号传入电路。

* 屏蔽与搭接设计：对于大部分设备而言，屏蔽都是必要的。特别是随着电路工作的频率日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。机箱的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处，一般如果在结构设计时没有考虑电磁屏蔽的要求，很难将屏蔽效果加到机箱上。所以，对于现代电子产品设计，必须从开始就考虑屏蔽的问题。

 

       实用屏蔽体设计的关键

一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在实际工作中，要达到80dB以上的屏蔽效能也是十分困难的。这是因为，屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于屏蔽体的结构。屏蔽体要满足电磁屏蔽的基本原则。电磁屏蔽的基本原则有两个：

一、屏蔽体的导电连续性：这指的是整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。这一点在实现起来十分困难。因为一个完全封闭的屏蔽体是没有任何使用价值的。一个实用的机箱上会有很多孔缝造成屏蔽：通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分的结合缝隙等。由于这些导致导电不连续的因素存在，如果设计人员在设计时没有考虑如何处理，屏蔽体的屏蔽效能往往很低，甚至没有屏蔽效能。

二、不能有直接穿过屏蔽体的导体：一个屏蔽效能再高的屏蔽机箱，一旦有导线直接穿过屏蔽机箱，其屏蔽效能会损失99.9%（60dB）以上。但是，实际机箱上总会有电缆穿出（入），至少会有一条电源电缆存在，如果没有对这些电缆进行妥善的处理（屏蔽或滤波），这些电缆会极大的损坏屏蔽体。妥善处理这些电缆是屏蔽设计的重要内容之一。（穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大）

三、电磁屏蔽体与接地无关：对于静电场屏蔽，屏蔽体是必须接地的。但是对于电磁屏蔽，屏蔽体的屏蔽效能却与屏蔽体接地与否无关，这是设计人员必须明确的。在很多场合，将屏蔽体接地确实改变了电磁状态，但这是由于其它一些原因，而不是由于接地导致屏蔽体的屏蔽效能发生改变。