1、上海海事大学 院 系 文理学院 专 业 年 级 电磁场 2014 级 学 生 姓 名 李 标 学 号 201431010019 二 一 五 年 一 月 非完全密封金属板电磁屏蔽方法分析 摘要： 本文首先 简要介绍了日常生活中的电子设备 存在缝隙和 孔隙 的情况，然后以一一块开缝金属板为例 估算电磁泄漏 ，计算了 非完全密封金属板的电磁屏蔽效能 S， 最后介绍了 减小或避免非完全密封金属板电磁泄漏的有效方法 。 关键字： 缝隙 电磁泄漏 屏蔽效能 金属板 1 引言 电子设备工作时，常常会受到各种电磁干扰 (Electromagnetic interference)，包括自身的干扰和来自其它设备的
2、干扰，同时也会对其它设备产生电磁干扰。电磁干扰若超过了设备的允许值，就会影响设备的正常工作。为了保证电子设备的正常工作，在进行电子设备的结构设计时必须考虑电磁屏蔽。屏蔽有两个目的，其一是限制内部辐射区域电磁能量的泄漏，其二是防止外部的辐射进入自身区域。若设备外部箱体设计成完全密封的导电壳体，可以较好地实现上述两个屏蔽目的。 但实际上设备不可能设计成完全密封的壳体，必然存在着缝隙和孔隙，如板间接缝、开关孔、线缆孔、散热孔、仪表以及机械接头等很多缝隙和孔 隙，这些缝隙和孔隙导致了屏蔽体电流的局部不连续，是使屏蔽效能降低的主要原因。因此做好机箱的电磁屏蔽是解决电子设备电磁兼容问题的一个必不可少的环节
3、，本文主要通过计算分析如何减小非完全密封金属板的电磁泄漏问题。 2 非完全密封金属板的电磁泄漏 尽管无缝金属板具有很高的电磁屏蔽效能，但实际的屏蔽机柜往往由于因某些需要 -如板间接缝、开关孔、线缆孔、散热孔、仪表以及机械接头等，使屏蔽机柜带有缝隙 (孔隙 )。从而形成经缝隙 (孔隙 )的电磁泄漏，这样，非完全密封的电磁泄漏就会降低总的屏蔽效能。 为了满足电磁兼容性要求，往往 采用铜或铝高导电性材料做成金属板，将需保护的范围完全屏蔽起来，使内外两个范围相互不受影响，这就是屏蔽机柜。下面为某系统屏蔽机柜结构示意图： 在电子设备上容易形成缝隙 (孔隙 )的部位主要是盖板和大壳体的接合处以及指示灯、键
4、盘及按钮等部位，如果屏蔽机柜设计不合理，各接触表面没有磨平，这样就会存在较多的缝隙 (孑L 隙 )。在电磁试验中用近场探头检测电子设备盖板和壳体间及其它存在缝隙 (孔隙 )等部位，如果发现泄漏处，采用贴附铜箔带可大体阻止住缝隙的泄漏，但需要注意的是，一处泄漏修好，原来未泄漏部分可能又会出现新的泄漏。因此当修好一处泄漏时，还必须再次用检漏器检测一次。 我们用一块有缝隙的金属板作为例子来估算电磁泄漏，如下图所示： 通过金属板缝隙泄漏的磁场为： /0 tgg eHH 式中 H0、 Hg 一分别为金属板前、后侧面的磁场强度； t-金属板的厚度 (cm)； g-金属板缝隙间距 (cm)，缝隙长度则假定为
5、无限长。 由式可知，缝隙深而窄 (即 t大而 g小 )，电磁泄漏就小；在缝隙尺寸一定的情况下，频率越高，缝隙泄漏的影响就越大。因此，被屏蔽的场频越高，就越需要注意减小屏蔽体的缝隙。 通过缝隙的衰减量 Sg为： 0020 l g 20 l g 20 l g ( ) 20 0.434 3 27.27 4 ( dB )gggt t te g g gHHS HH 由式可知，当 g=t 时 ,sg=27dB，即当屏蔽壳体上的缝隙间距等于屏蔽壳体的厚度时，通过缝隙的衰减量约为 27dB。 3 非完全密封金属板的电磁屏蔽效能计算 电磁场穿越过金属板或壳体大体有以下两个途径。即穿越过屏蔽壳体的传输和穿越过壳体
6、上的孔隙的传输。这两个传输途径实际上是互不相关的，因此在计算屏蔽效能时可以分成两部分进行： (1)假定屏蔽壳体是理想密封的金属板，即在无缝屏蔽壳体情况下，计算金属板的传输系数 Tt。通过计算，选择屏蔽壳体的材料及厚度。 (2)假定屏蔽壳体是理想的导电金属板，即在电磁场只能穿越过屏蔽壳体的孔隙的情况下，计算孔隙的传输系数 Th。通过计算，确定屏蔽壳体的结构。 设穿越过壳体和穿越过孔隙的电磁矢量在空间同向而且相位相同，因此有孔隙金属板总的传输系数 T为： 1 hT TT总的屏蔽效能 -衰减量 112 0 l g 2 0 l gthS T TT 由式可知，对于有孑 L隙的金属板来说，即使选择的屏蔽材
7、料有良好的屏蔽性能，如果屏蔽结构处理不当，孔隙很大，通过孔隙的传输系数很大，则总的屏蔽效果仍然是很低的。因而实际屏蔽效果决定于缝隙和孔隙所引起的泄漏，而不是决定于材料本身的屏蔽性能。 孔隙的泄漏与孔隙的直线尺寸、孑 L的数量以及波长有密切关系。随着频率增高，孔隙泄漏严重。如高频下的屏蔽，在孔隙周围有电流流过，这时的屏蔽已起了天线作用，直接降低了屏蔽效果，因此频率越高越应引起注意。在相同的孔隙面积情况下，缝隙比孔隙的泄漏严重。当缝隙长度接近工作波长时，就成为电 磁波辐射器，这时屏蔽效果将大大降低。因此屏蔽机柜应尽可能不开或少开孔隙。如果万不得已一定要设孔隙时，则对于圆孔或矩形孔，要求其直线尺寸(
8、圆孔直径或矩形孔对角线 )小于 /5 ，其中 入为最小工作波长；对于缝隙，要求其直线尺寸 (缝隙长度 )小于 /10 。 带孔的金属板、罩、及金属网对超高频以上的频率基本上已没有屏蔽效能。所以超高频以上频率需采用截止波导管 (似高通滤波器 )来屏蔽。 4 减小或避免非完全密封金属板电磁泄漏的有效方法 对于电子设备一些特殊的开孔部位，如键盘、按钮、表头等孔隙较大的地方必须在部件后部加屏蔽罩 ，并采取相应的滤波措施，才能保证电磁波不从这些孔洞泄漏。实际中安装屏蔽机柜时，由于接触不良造成缝隙是影响屏蔽效果的主要原因，这点在设计屏蔽机柜结构及安装时应特别加以注意。另外，屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过
9、。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。 在对某电子设备进行电磁兼容性测试的工程中，由于设计人员在设计机柜结构时没有严格按照电磁兼容 (EMC)规范要求，机箱出现缝隙(孔隙 )现象严重，以致于验收设备时部分指标不能达到电磁兼容 (EMC)测试要求，尤其是测试项目 REl02。在 200M 一 18G 之间超标现象严重，相当一部分频点超标达到 30dB。 经过研究讨论并进行了一系列试验，制定了相应的电磁控制措施： (1)在面板与盖板之间加一圈导电橡胶线，并增加固定螺钉，减小固定螺钉间距； (2)在面板与盖板的接缝中涂导电涂料或加导电衬垫： (3)接缝间的配合表面进
10、行清洗，在开孔或接触处加折叠铜网，然后重新接合： (4)在显示屏覆盖一层金属屏蔽网。 之后经重新对机柜进行 EMC：测试，在测试项目 REl02 时，除个别频点超标外，指标基本满足要求。如下面图所示： 设计屏蔽结构时应严格按照电磁兼容 (EMC)规范要求，尽量减少设备机柜的缝隙 (孔隙 )。确实因为需要以致存在缝隙 (孔隙 )的，应该进行屏蔽，这时要注意选好屏蔽材料，并注意接缝问表面的清洗，将其表层的非导电物质彻底清除干净，以确保其良好的电接触，尽可能使两金属板的对接面有更多部分紧密接触，当 EMC 规范与表面涂覆规范在要求上有矛盾时，必须修改表面涂覆规范。 如果屏蔽机柜设计不合理，各接触表面
11、没有磨平，存在缝隙 (孔隙 )较多，这个时候就很麻烦了，必须采取一定的措施进行修正，甚至要对机柜结构进行重新设计。所以要减少电磁泄漏 ，并通过 EMC测试，最初的结构设计很重要。 5 总结 因机箱电磁屏蔽效果差而影响到设备的电磁兼容性能 达不到标准要求， 从而 不得不投入许多的人力物力对产品进行改动，甚至返工。这不仅延误时间，也浪费资金与人力。要想保证屏蔽体的屏蔽完整性，设计时就应该认真考虑电磁屏蔽问题，在使用处理电磁屏蔽问题的一些基本技术得时候，必须处理好这些技术的关键之处，不然，会出现措施都有，但是措施都不完善，以致电磁屏蔽效果不明显的问题。 通过对电子设备壳体材料理想状态下的电磁屏蔽效能的计算，可以看出，影响电子设备壳体屏蔽效能的主要因素是 壳体上的各种导致电不连续的缝隙和孔隙。因此，电磁屏蔽设计的重点应针对这些缝隙和孑 L 隙进行。解决好金属板缝隙 (孔隙 )泄漏问题，有利于提高电子设备的电计，必须从一开始就考虑屏蔽的问题。在电子设备结构设计中，采用上述屏蔽设计，取得了比较好的屏蔽效果，对于提高设备的可靠性具有很强的现实意义。
