屏蔽是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施。屏蔽是抑制辐射干扰的有效办法。应用时应注意,屏蔽措施经常要与接地共同使用才能发挥作用。屏蔽可理解为隔离的一种方法,但隔离所包含的内容不止于此,它还包括位置的远离和传导干扰路径的切断等。
屏蔽的方法有电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽。要获得良好屏蔽效果,取得理想的效/费比,首先要确定干扰源的类型、场强的方向、干扰源与感受器的距离,有针对地采取屏蔽方法及选择合适的材料。通过分析波阻抗和能量密度,可知电偶极子在近场(r<λ/2π)的波阻抗为高阻抗(>377Ω),近场的能量主要为电场分量,可忽略磁场分量;磁偶极子在近场的波阻抗为低阻抗(<377Ω),近场的能量主要为磁场分量,可忽略电场分量。电偶极子和磁偶极子在远场(r>λ/2π)的波阻抗相等(均为377Ω),此时电场和磁场分量相等。这就是说两类源在近场的差别较大,因此可根据其波阻抗和能量性质,将上述两种源称为高阻抗电场源和低阻抗磁场源。注意,上述近场和远场的条件即r的大小,是与频率f有关的。所以又可以说,在较低的频率范围内,干扰一般发生在近场。高阻抗电场源的近场主要为电场分量,低阻抗磁场源的近场主要为磁场分量。当频率增高时,干扰趋于远场,此时电场和磁场分量均不可忽略。对应于三种情况的屏蔽分别称为:电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。静电屏蔽和恒定磁场的屏蔽分别是电屏蔽和磁屏蔽的特例。
1、电屏蔽设计要点
首先,选择铜、铝合金材料作屏蔽体材料,高频时表面镀上银层,同时屏蔽体必须良好的接地,并要正确选择接地点,合理设计屏蔽体形状。用螺钉接地时应加内齿垫圈,用导线接地时应尽量缩短导线长度,而导线两端最好用焊接。屏蔽体接地点应靠近被屏蔽的低电平元件的入地点。要获得高的屏蔽效能,可采用盒形结构,尽量减小开孔面积和减少开孔数量,合理设计屏蔽盒双层盖、共盖、分盖结构,妥善选用合适的弹性件,减小接触电阻。
2、磁屏蔽设计要点
低频磁场干扰是一个棘手的问题。对于低频磁场屏蔽,涡流的屏蔽作用很小,主要有赖于高磁导率材料所具有的高磁导率起磁分路作用。屏蔽体的磁导率越高、壁层越厚,则磁分路作用愈明显,磁屏蔽效能愈好。通常情况下,磁屏蔽采用钢板作屏蔽体,必要时可采用双层屏蔽,铁镍合金等高磁导率材料。磁屏蔽的结构设计时应仔细考虑屏蔽体的接缝与孔洞的处理:必须使屏蔽体的接缝与壁内磁通的流经方向尽可能平行、正确布置通风孔,以尽可能减小屏蔽体磁阻的上升。高导磁率材料在机械冲击的条件下会极大地损失磁性,导致屏蔽效能下降。因此,屏蔽体在经过机械加工后,如敲击、焊接、折弯、钻孔等,必须经过热处理以恢复磁性。
内部空心的屏蔽盒,是常用的屏蔽结构形式,其磁屏蔽效能可按下式近似计算:
SE=0.22μr[1-(1-t/r)^3]+1
式中 μr——相对磁导率;
t——屏蔽体壁厚;
r——与屏蔽盒相等容积的等效球半径。
3、电磁屏蔽设计要点
对于电磁屏蔽,因为金属的导电、导磁能力越好,金属吸收电磁场的能力越强;电磁场的频率越高,越易于被金属吸收。因此对于电磁屏蔽,采用铜、铝合金材料作屏蔽体表面镀上银层,可取得良好的屏蔽效果。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,各根据实际情况,选择合适的导电衬垫、梳形簧片、屏蔽显示窗、截止波导、导电涂料等,实现电磁密封。
4、电磁屏蔽设计程序
电磁屏蔽设计是电子设备结构设计的重要组成部分,科学、合理地进行电磁屏蔽设计,是设计师必须仔细斟酌的问题。其设计程序为:一、根据设备和电路单元、部件的工作环境和电磁兼容性要求,提出确保正常运行所需的屏蔽效能值。二、按所需的屏蔽效能值确定屏蔽的类型。三、由屏蔽体的功能(机箱或设备内部的屏蔽)、容许的屏蔽空间确定屏蔽体的尺寸、形状和结构形式。四、针对干扰场强的特性和所处的场区,根据实心型屏蔽理论合理选择屏蔽体的材料,并按屏蔽体的机械特性(刚度和强度)和屏蔽效能值确定屏蔽体的壁厚,并应留有足够的富余值。五、进行屏蔽体的完善性设计,即根据设备的具体要求和生产工艺条件选择相应的措施,以抑制屏蔽体上所有电气不连续处造成的电磁能泄漏。
5、合理布局
合理布局包括系统设备内各单元之间的相对位置和电缆走线等,其基本原则是使感受器和干扰源尽可能远离,输出与输入端口妥善分隔,高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆分别敷设。通过合理布局能使相互干扰减小到最小程度而又费用不多。一个产品若在设计阶段注意选择合理的元器件,并优化线路布局,尤其高频连接线尽量短,接地电阻尽量小,必要时再加上适当的屏蔽和滤波等措施,那么其电磁兼容性能便不会存在大的问题。 |