電磁屏蔽技術(shù)
電磁屏蔽就是以金屬隔離的原理來(lái)控制電磁干擾由一個(gè)區域向另一區域感應和輻射傳播的方法。
屏蔽一般分為兩種類(lèi)型:一類(lèi)是靜電屏蔽,主要用于防治靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響,另一類(lèi)是電磁屏蔽,主要用于防止交變電場(chǎng)、交變磁場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)的影響。
靜電屏蔽應具有兩個(gè)基本要點(diǎn),即完善的屏蔽體和良好的接地。
電磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽體具有良好的導電連續性,對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。
因而為了滿(mǎn)足電磁兼容性要求,常常用高導電性的材料作為屏蔽材料,如銅板、銅箔、鋁板、鋁箔、鋼板或金屬鍍層、導電涂層。
在實(shí)際的屏蔽中,電磁屏蔽效能更大程度上依賴(lài)于機箱的結構,即導電的連續性。機箱上的接縫、開(kāi)口等都是電磁波的泄漏源。穿過(guò)機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。
解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料,它能夠保持縫隙處的導電連續性。常見(jiàn)的電磁密封襯墊有導電橡膠、雙重導電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導電橡膠等。
機箱上開(kāi)口的電磁泄漏與開(kāi)口的形狀、輻射源的特性和輻射源到開(kāi)口處的距離有關(guān)。通過(guò)適當的設計開(kāi)口尺寸和輻射源到開(kāi)口的距離能夠改善屏蔽效能的要求。
通風(fēng)口可使用穿孔金屬板,只要孔的直徑足夠小,就能夠達到所要求的屏蔽效能。當對通風(fēng)量的要求高時(shí),必須使用截止波導通風(fēng)板(蜂窩板),否則不能兼顧屏蔽和通風(fēng)量的要求。如果對屏蔽要求不高,并且環(huán)境條件較好,可以使用鋁箔制成的蜂窩板。這種產(chǎn)品的價(jià)格低,但強度差,容易損壞。如果對屏蔽的要求高,或環(huán)境惡劣(如軍用環(huán)境),則要使用銅制或鋼制蜂窩板,這種產(chǎn)品各方面性能優(yōu)越,但價(jià)格高昂。
諸如計算機顯示屏等,即要滿(mǎn)足視覺(jué)需要,又要滿(mǎn)足防電磁泄漏要求。通常在顯示屏前加裝高性能屏蔽視窗。屏蔽機箱上絕不允許有導線(xiàn)直接穿過(guò)。當導線(xiàn)必須穿過(guò)機箱時(shí),一定要使用適當的濾波器,或對導線(xiàn)進(jìn)行適當的屏蔽。
干擾抑制濾波技術(shù)
濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號和抑制干擾,為實(shí)現這兩大功能而設計的網(wǎng)絡(luò )都稱(chēng)為濾波器。通常按功用可把濾波器分為信號選擇濾波器和電磁干擾(EMI)濾波器兩大類(lèi)。
信號選擇濾波器是以有效去除不需要的信號分量,同時(shí)是對被選擇信號的幅度相位影響最小的濾波器。
電磁干擾濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標的濾波器。電磁干擾濾波器常常又分為信號線(xiàn)EMI濾波器、電源EMI濾波器、印刷電路板EMI濾波器、反射EMI濾波器、隔離EMI濾波器等幾類(lèi)。
線(xiàn)路板上的導線(xiàn)是最有效的接收和輻射天線(xiàn),由于導線(xiàn)的存在,往往會(huì )使線(xiàn)路板上產(chǎn)生過(guò)強的電磁輻射。同時(shí),這些導線(xiàn)又能接受外部的電磁干擾,使電路對干擾很敏感。在導線(xiàn)上使用信號濾波器是一個(gè)解決高頻電磁干擾輻射和接收很有效的方法。脈沖信號的高頻成分很豐富,這些高頻成分可以借助導線(xiàn)輻射,使線(xiàn)路板的輻射超標。信號濾波器的使用可使脈沖信號的高頻成分大大減少,由于高頻信號的輻射效率較高,這個(gè)高頻成分的減少,線(xiàn)路板的輻射將大大改善。
電源線(xiàn)是電磁干擾傳入設備和傳出設備主要途徑。通過(guò)電源線(xiàn),電網(wǎng)上的干擾可以傳入設備,干擾設備的正常工作。同樣,設備的干擾也可以通過(guò)電源線(xiàn)傳到電網(wǎng)上,對網(wǎng)上其它設備造成干擾。為了防止這兩種情況的發(fā)生,必須在設備的電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器,這個(gè)濾波器只容許設備的工作頻率(50Hz,60Hz,400Hz)通過(guò),而對較高頻率的干擾有很大的損耗,由于這個(gè)濾波器專(zhuān)門(mén)用于設備電源線(xiàn)上,所以稱(chēng)為電源線(xiàn)濾波器。
電源線(xiàn)上的干擾電路以?xún)煞N形式出現。一種是在火線(xiàn)零線(xiàn)回路中,其干擾被稱(chēng)為差模干擾。另一種是在和火線(xiàn)、零線(xiàn)與地線(xiàn)和大地的回路中,稱(chēng)為共模干擾。通常200Hz以下時(shí),差模干擾成分占主要部分。1MHz以上時(shí),共模干擾成分占主要成分。電源濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制作用,但由于電路結構不同,對差模干擾和共模干擾的抑制效果不一樣。所以濾波器的技術(shù)指標中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。電磁兼容設計的內容
要使產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性,需要專(zhuān)門(mén)考慮與電磁兼容相關(guān)的設計內容。電磁兼容設計一般包含以下幾個(gè)方面的內容。
* 地線(xiàn)設計:許多電磁干擾問(wèn)題是由地線(xiàn)產(chǎn)生的,因為地線(xiàn)電位是整個(gè)電路工作的基準電位,如果地線(xiàn)設計不當,地線(xiàn)電位就不穩,就會(huì )導致電路故障。地線(xiàn)設計的目的是要保證地線(xiàn)電位盡量穩定,從而消除干擾現象。
* 線(xiàn)路板設計:無(wú)論設備產(chǎn)生電磁干擾發(fā)射還是受到外界干擾的影響,或者電路之間產(chǎn)生相互干擾,線(xiàn)路板都是問(wèn)題的核心,因此設計好線(xiàn)路板對于保證設備的電磁兼容性具有重要的意義。線(xiàn)路板設計的目的就是減小線(xiàn)路板上的電路產(chǎn)生的電磁輻射和對外界干擾的敏感性,減小線(xiàn)路板上電路之間的相互影響。
* 濾波設計:對于任何設備而言,濾波都是解決電磁干擾的關(guān)鍵技術(shù)之一。因為設備中的導線(xiàn)是效率很高的接收和輻射天線(xiàn),因此,設備產(chǎn)生的大部分輻射發(fā)射都是通過(guò)各種導線(xiàn)實(shí)現的,而外界干擾往往也是首先被導線(xiàn)接收到,然后串入設備的。濾波的目的就是消除導線(xiàn)上的這些干擾信號,防止電路中的干擾信號傳到導線(xiàn)上,借助導線(xiàn)輻射,也防止導線(xiàn)接收到的干擾信號傳入電路。
* 屏蔽與搭接設計:對于大部分設備而言,屏蔽都是必要的。特別是隨著(zhù)電路工作的頻率日益提高,單純依靠線(xiàn)路板設計往往不能滿(mǎn)足電磁兼容標準的要求。機箱的屏蔽設計與傳統的結構設計有許多不同之處,一般如果在結構設計時(shí)沒(méi)有考慮電磁屏蔽的要求,很難將屏蔽效果加到機箱上。所以,對于現代電子產(chǎn)品設計,必須從開(kāi)始就考慮屏蔽的問(wèn)題。
實(shí)用屏蔽體設計的關(guān)鍵
一般除了低頻磁場(chǎng)外,大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際工作中,要達到80dB以上的屏蔽效能也是十分困難的。這是因為,屏蔽體的屏蔽效能不僅取決于屏蔽體的結構。屏蔽體要滿(mǎn)足電磁屏蔽的基本原則。電磁屏蔽的基本原則有兩個(gè):
一、屏蔽體的導電連續性:這指的是整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續的導電體。這一點(diǎn)在實(shí)現起來(lái)十分困難。因為一個(gè)完全封閉的屏蔽體是沒(méi)有任何使用價(jià)值的。一個(gè)實(shí)用的機箱上會(huì )有很多孔縫造成屏蔽:通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調節桿的開(kāi)口、不同部分的結合縫隙等。由于這些導致導電不連續的因素存在,如果設計人員在設計時(shí)沒(méi)有考慮如何處理,屏蔽體的屏蔽效能往往很低,甚至沒(méi)有屏蔽效能。
二、不能有直接穿過(guò)屏蔽體的導體:一個(gè)屏蔽效能再高的屏蔽機箱,一旦有導線(xiàn)直接穿過(guò)屏蔽機箱,其屏蔽效能會(huì )損失99.9%(60dB)以上。但是,實(shí)際機箱上總會(huì )有電纜穿出(入),至少會(huì )有一條電源電纜存在,如果沒(méi)有對這些電纜進(jìn)行妥善的處理(屏蔽或濾波),這些電纜會(huì )極大的損壞屏蔽體。妥善處理這些電纜是屏蔽設計的重要內容之一。(穿過(guò)屏蔽體的導體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大)
三、電磁屏蔽體與接地無(wú)關(guān):對于靜電場(chǎng)屏蔽,屏蔽體是必須接地的。但是對于電磁屏蔽,屏蔽體的屏蔽效能卻與屏蔽體接地與否無(wú)關(guān),這是設計人員必須明確的。在很多場(chǎng)合,將屏蔽體接地確實(shí)改變了電磁狀態(tài),但這是由于其它一些原因,而不是由于接地導致屏蔽體的屏蔽效能發(fā)生改變。
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