電磁干擾的屏蔽方法

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1、電磁干擾的屏蔽方法上網(wǎng)時(shí)間：2000年11月26日EMC問(wèn)題常常是制約中國(guó)電子產(chǎn)品出口的一個(gè)原因，本文主要論述EMI的來(lái)源及一些非常具體的抑制方法?！MC問(wèn)題來(lái)源·金屬屏蔽效率·EMI抑制策略·屏蔽設(shè)計(jì)難點(diǎn)·襯墊及附件·結(jié)論電磁相容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作並且同時(shí)不會(huì)對(duì)此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾(IEEEC63.12-1987)?！睂?duì)於無(wú)線收發(fā)設(shè)備來(lái)說(shuō)，採(cǎi)用非連續(xù)頻譜可部份實(shí)現(xiàn)EMC性能，但是很多有關(guān)的例子也表明EMC並不總是能夠做到。例如在筆記本電腦和測(cè)試設(shè)備之間、列印機(jī)和臺(tái)式電腦之間以及行動(dòng)電話和醫(yī)療儀器之間等都具有

2、高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。EMC問(wèn)題來(lái)源所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周?chē)沫h(huán)境中。EMI有兩條途徑離開(kāi)或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開(kāi)孔或其他缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開(kāi)外殼，在開(kāi)放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。很多EMI抑制都採(cǎi)用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助於實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽、過(guò)濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以

3、及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)，這些性能在設(shè)計(jì)階段的早期就應(yīng)完成。對(duì)設(shè)計(jì)工程師而言，採(cǎi)用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上噴射塗層及鍍層(如導(dǎo)電漆及鋅線噴塗等)。無(wú)論是金屬還是塗有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)人員確定作為外殼材料之後，就可著手開(kāi)始選擇襯墊。金屬屏蔽效率可用屏蔽效率(SE)對(duì)屏蔽罩的適用性進(jìn)行評(píng)估，其單位是分貝，計(jì)算公式為SEdB=A+R+B其中A：吸收損耗(dB)R：反射損耗(dB)B：校正因子(dB)(適用於薄屏蔽罩內(nèi)存在多個(gè)反射

4、的情況)一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽罩會(huì)使所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度降至最初的十分之一，即SE等於20dB；而有些場(chǎng)合可能會(huì)要求將場(chǎng)強(qiáng)降至為最初的十萬(wàn)分之一，即SE要等於100dB。吸收損耗是指電磁波穿過(guò)屏蔽罩時(shí)能量損耗的數(shù)量，吸收損耗計(jì)算式為AdB=1.314(f×σ×μ)1/2×t其中f：頻率(MHz)μ：銅的導(dǎo)磁率σ：銅的導(dǎo)電率t：屏蔽罩厚度反射損耗(近場(chǎng))的大小取決於電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離。對(duì)於桿狀或直線形發(fā)射天線而言，離波源越近波阻越高，然後隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無(wú)變化(恒為377)。相反，如果波源是一個(gè)小型線圈，則此時(shí)將以磁場(chǎng)為主，離波源越近波阻越低。波阻隨著與波

5、源距離的增加而增加，但當(dāng)距離超過(guò)波長(zhǎng)的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在377處。反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決於波的類(lèi)型，而且取決於屏蔽罩與波源之間的距離。這種情況適用於小型帶屏蔽的設(shè)備。近場(chǎng)反射損耗可按下式計(jì)算R(電)dB=321.8-(20×lgr)-(30×lgf)-[10×lg(μ/σ)]R(磁)dB=14.6+(20×lgr)+(10×lgf)+[10×lg(μ/σ)]其中r：波源與屏蔽之間的距離。SE算式最後一項(xiàng)是校正因子B，其計(jì)算公式為B=20lg[-exp(-2t/σ)]此式僅適用於近磁場(chǎng)環(huán)境並且吸收損耗小於10dB的情況。由於屏蔽物吸收效率不高，

6、其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。EMI抑制策略只有如金屬和鐵之類(lèi)導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會(huì)隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強(qiáng)也會(huì)使導(dǎo)磁率降低，還有就是採(cǎi)用機(jī)械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會(huì)降低導(dǎo)磁率。綜上所述，選擇用於屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常複雜，通常要向EMI屏蔽材料供應(yīng)商以及有關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)尋求解決方案。在高頻電場(chǎng)下，採(cǎi)用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續(xù)，並將敏感部份完全遮蓋住，沒(méi)有缺口或縫隙(形成一個(gè)法拉第籠)。然而在實(shí)際中要製造一個(gè)無(wú)接縫及缺

7、口的屏蔽罩是不可能的，由於屏蔽罩要分成多個(gè)部份進(jìn)行製作，因此就會(huì)有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便黏著與附加卡或裝配組件的連線。設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在於製造過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)需要用到這些孔隙。製造、面板連線、通風(fēng)口、外部監(jiān)測(cè)窗口以及面板黏著組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對(duì)與電路工作頻率波長(zhǎng)有關(guān)的溝槽長(zhǎng)度作仔細(xì)考慮是很有好處的。任一頻率電磁波的波長(zhǎng)為:波長(zhǎng)(λ)