电磁兼容设计(EMC设计)中的实践知识

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电磁兼容设计(EMC设计)中的实践知识
1 电磁兼容设计中的实践知识
●什么是电磁兼容性问题？
  电磁兼容问题可以分为两类，一类是电子电路、设备、系统在工作时由于相互干扰或受到外界的干扰，使其达不到预期技术指标。如装于机柜内的由微处理器构成的控制电路受到装在同一个机柜内的马达的干扰的问题。另一类电磁兼容问题，设备虽然没有直接受到干扰的影响，仍达不到规定的功能性指标，但不能通过国家的电磁兼容标准，如计算机设备产生超过电磁发射标准规定的极限值，或在电磁敏感度、静电敏感度等方面达不到要求。

●电子产品要满足那些电磁兼容标准？
  军用产品要满足ＧＪＢ１５１Ａ－９７、ＧＪＢ１５２Ａ－９７ 标准，民用设备要满足ＧＢ９２５４、ＧＢ６８３３等标准或行业内规定的有关标准。军用标准比民用标准严格得多。无论那一种标准，其测试都是十分复杂的，并对测试环境和设备有严格的要求，因此测试要到指定的实验室进行。

●使设备达到电磁兼容状态的技术有哪些？
  为了使设备或系统达到电磁兼容状态，通常应用印制电路板设计、屏蔽机箱、电源线滤波、信号线滤波、接地、电缆设计等技术。

●做电磁兼容设计时有那些文献资源可以利用？
  国外在电磁兼容设计方面有许多手册可以参考，国内除了一些国外设计规范的中文译本外，还有“电磁兼容工程设计手册”。如果要系统地学习电磁兼容知识，可以参考“电磁兼容原理”。另外北京瑞特电子技术公司编辑的《电磁兼容与电磁干扰抑制技术》刊物，提供了实用而新颖的内容。

2 电磁屏蔽技术与材料
２.１电磁屏蔽的效果如何评价？
  屏蔽体的有效性用屏蔽效能（ＳＥ）来表示，屏蔽效能的定义为：
               ＳＥ＝２０lg(E1/E2) dB
  式中，Ｅ１是没有屏蔽体时测得的场强，Ｅ２是有屏蔽体时测得的场强。屏蔽效能与场强衰减的关系如表２－１：

表２－１屏蔽效能与场强衰减的关系

屏蔽前场强
屏蔽后的场强 衰减量 屏蔽效能（dB）
1 0.1 0.9 20
1 0.01 0.99 40
1 0.001 0.999 50
1 0.0001 0.9999 80
1 0.00001 0.99999 100
1 0.000001 0.999999 120

  屏蔽效能越高，每增加２０ｄＢ的难度越大。民用设备的机箱一般仅需要４０ｄＢ左右的屏蔽效能，而军用设备的机箱一般需要６０ｄＢ以上的屏蔽效能。

●什么材料可以作为屏蔽材料？
  具有较高导电、导磁特性的材料可以作为屏蔽材料。常用的屏蔽材料有钢板、铝板、铝箔铜板、铜箔等。随着对民用产品电磁兼容性要求的严格化，越来越多的厂家采取在塑料机箱上镀镍或铜的方法来实现屏蔽。

●电磁屏蔽与静电屏蔽有什么不同？
  电磁屏蔽指的是对电磁波的屏蔽，而静电屏蔽指的是对静电场的屏蔽。静电屏蔽要求屏蔽体必须接地。影响屏蔽体电磁屏蔽效能的不是屏蔽体接地与否，而是屏蔽体导电连续性。破坏屏蔽体的导电连续性的因素有屏蔽体上不同部分的接缝、开口等。电磁屏蔽对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。

●材料的屏蔽效能只与屏蔽材料有关吗？
  不是，对于实际的屏蔽机箱，屏蔽效能在更大程序上依赖于机箱的结构，即导电连续性。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机箱屏蔽效能下降的主要原因。解决机箱缝隙电磁泄漏的方法是在缝隙处使用电磁密封衬垫。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。
机箱上开口的电磁泄漏与开口的尺寸、辐射源的特性和辐射源到开口的距离有关。通过适当的设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够满足屏蔽的要求。必要时可以使用截止波导管来达到即有开口又能阻挡电磁波的目的。
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。

●为什么实际屏蔽体的屏蔽效能往往远低于屏蔽材料的屏蔽效能？
  这是因为大部分设计人员在设计屏蔽箱时是按照静电屏蔽原理进行的，只重视了机箱的接地，而忽视了机箱的导电连续性和穿过机箱导线的处理。

●电磁密封衬垫有许多种类，它们各有什么特点？
  电磁密封衬垫有一个共同的特点：弹性和导电性。任何具备这个特性的材料都可以作为电磁密封衬垫使用。根据这个要求，现在有各种各样的电磁密封衬垫主要的几种如下：

a.导电橡胶：在橡胶中掺入导电颗粒，使这种复合材料既具有橡胶的弹性，又具有金属的导电性。但由于要具有良好的屏蔽性能，需要在橡胶中掺入重量达７５％以上的导电颗粒，这已经破坏了橡胶的结构，实际的导电橡胶已经没有了纯橡胶的弹性好、拉伸强度高等特性。

b.双重导电橡胶：与传统的导电橡胶的区别在于，它不是在橡胶所有部分掺入导电颗粒，而仅在橡胶的外层掺入导电颗粒，这样获得的好处是既最大限度地保持了橡胶的弹性，又保证了导电性，是一种新型的屏蔽材料。这种材料的另一个优点是价格低。

c.金属编织网套：用金属丝编织成的空心网套。这种材料具有弹性和导电性。

d.橡胶芯编织网套：以橡胶为芯的金属编织网套。这种材料由于以弹性很好的橡胶为芯，因此弹性很好并且很耐压。另外由于金属网套具有很好的导电性，因此这种复合材料具有很好的弹性和导电性。

e.螺旋管衬垫：用不锈钢或铍铜卷成的螺旋管，具有很好的弹性，同时由于不锈钢和铍铜都是较好的导体，因此满足弹性和导电性的要求。特别是用镀锡铍铜卷成的螺旋管具有很高的导电性，是目前屏蔽效能最高的屏蔽材料。

f.指形簧片：用铍铜作成的弹性簧片材料。

g.定向金属导电橡胶：在橡胶中填充方向一致的金属丝，利用橡胶的弹性和金属丝的导电性。

●各种电磁密封衬垫各有什么特点？
  比较电磁密封衬垫的性能通常从屏蔽效能、弹性、压缩永久形变、有无环境密封性、价格等几个方面比较。

●电磁密封衬垫的屏蔽效能是怎样测出来的？
  有两种方法，一种方法是测量屏蔽效能，如基于ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５或ＧＢ／Ｔ１２１９０－９０的方法，这种方法中将电磁密封衬垫直接安装到缝隙处，测量缝隙的泄漏。另一种方法是转移阻抗法如ＱＪ２８９２－９７《ＥＭＩ衬垫的测量与评价方法》，这种方法通过测量衬垫结合处的转移阻抗来衡量衬垫的屏蔽效能。后一种方法得到越来越广泛的应用。衬垫的转移阻抗越低，屏蔽效能越高。

●在使用电磁密封衬垫时应注意什么？
  首先根据设备的要求选用适当的衬垫，所谓的“适当”是指在屏蔽效能、安装方式、价格、寿命等方面的综合指标达到最优。另外要考虑衬垫材料与屏蔽基体之间的电化学相容性。使用所有衬垫时，都要对衬垫的压缩进行限位，防止过量压缩而造成衬垫的损坏。

●屏蔽机箱的通风口怎样处理？
  当对通风量的要求不高时，可以使用穿孔金属板，只要孔的直径足够小，就能够达到所所要求的屏蔽效能。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，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，但价格较高。

●什么是屏蔽胶带，它有什么用途？
  屏蔽胶带是由铜箔或铝箔等高导电性材料附上导电胶构成的。主要用于缝隙的屏蔽和电缆屏蔽层的端接。

●使用屏蔽胶带时要注意什么问题？
  使用屏蔽胶带时要注意用力压紧，只有这样才能使金属箔与另一部分金属实现良好电接触，达到使机箱导电连续性的目的。

●选择屏蔽产品时应考虑什么问题？
  在选择屏蔽产品时应考虑下列因素：

◇工作频率
◇屏蔽材料与基体
  的电化学相容性
◇腐蚀的考虑
◇工作环境
◇载荷/力 ◇成本
◇衰减特性
◇紧固/安装方法
◇贮存环境
◇核、生物、化学
◇寿命 ◇屏蔽/接地/其它
◇电气要求
◇材料厚度/合金
◇空间/重量的考虑
◇安全性
◇重复使用性

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