軍用電子設(shè)備常用電磁屏蔽材料及其應(yīng)用

楊雪梅

(國營第785廠，山西太原 030024)

電磁兼容性設(shè)計是軍用電子設(shè)備設(shè)計中的重要內(nèi)容，在產(chǎn)品的設(shè)計之初就必須考慮電磁兼容設(shè)計，否則在產(chǎn)品的測試和試驗階段才發(fā)現(xiàn)問題，或許要花更高的代價和精力才能解決問題。

要進(jìn)行電磁兼容設(shè)計就要使用電磁屏蔽材料，電磁屏蔽材料是具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的材料。在具體實施屏蔽時，應(yīng)根據(jù)屏蔽效能的要求，結(jié)合相應(yīng)的屏蔽理論確定屏蔽方式以及屏蔽材料。

1 軍用電子設(shè)備電磁兼容的基本概念及要求

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備的要求有兩個方面:一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響，另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感，前一方面的要求稱為干擾發(fā)射要求，后一個方面的要求稱為敏感度要求。

電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑只有兩個，一個是以電磁波的形式從空間傳播，另一個是以電流的形式從導(dǎo)線傳播。因此，電磁干擾發(fā)射可以分為:傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射，敏感度也可以分為傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度。各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試的內(nèi)容一般包括:輻射發(fā)射、傳導(dǎo)敏感度、輻射敏感度。

2 軍用電子設(shè)備常用電磁屏蔽材料及其用途

屏蔽體都必須是一個完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。而一般的軍用電子設(shè)備上都會有許多導(dǎo)致導(dǎo)電不連續(xù)的因素，如機(jī)箱結(jié)合處的縫隙、通風(fēng)口、顯示窗、操作器件、穿出屏蔽體的電纜等。正是這些因素的存在，使實際的屏蔽體的屏蔽效能很難達(dá)到預(yù)期的程度，那么就需要我們采取屏蔽設(shè)計來解決這些開口和貫通體造成的屏蔽效能下降的問題。

2.1 縫隙的處理

一般情況下，軍用電子設(shè)備機(jī)箱上不同部分的結(jié)合處不可能完全接觸，只能在某些點接觸上，這些縫隙是造成機(jī)箱屏蔽效能降低的主要原因之一，在實際中，我們用縫隙的阻抗來衡量縫隙的屏蔽效能。縫隙的阻抗越小，則電磁泄漏越小，屏蔽效能越高。那么影響縫隙上電阻的主要因素有接觸面面積、接觸面材料、接觸面清潔度、接觸面上壓力等?？p隙的處理，我們常用的電磁屏蔽材料就是電磁密封襯墊。

2.1.1 電磁密封襯墊的原理

電磁密封襯墊是一種表面導(dǎo)電的彈性物質(zhì)。將電磁密封襯墊安裝在兩塊金屬的結(jié)合處，可以將縫隙填充滿，從而消除導(dǎo)電不連續(xù)點。使用了電磁密封襯墊后，縫隙中就沒有較大的孔洞了，從而可以減小高頻電磁波的泄漏。使用電磁密封襯墊的好處如下:

(1)降低對加工的要求，允許接觸面的平整度較低。

(2)減少結(jié)合處的緊固螺釘，增加美觀性和可維修性。(3)縫隙處不會產(chǎn)生高頻泄漏。

從電磁密封襯墊的工作原理可以知道，使用了電磁密封襯墊的縫隙的電磁泄漏主要由襯墊材料的導(dǎo)電性和接觸表面的接觸電阻決定。因此，使用電磁密封襯墊的關(guān)鍵是:

(1)選用導(dǎo)電性好的襯墊材料。

(2)保持接觸面的清潔。

(3)對襯墊施加足夠的壓力(以保證足夠小的接觸電阻)。

(4)襯墊的厚度要足以填充最大的縫隙。

2.1.2 電磁密封襯墊的選用

同時具有導(dǎo)電性和彈性的材料都可以作為電磁密封襯墊使用。各個種類的電磁密封襯墊各有特點，它們的屏蔽效能、環(huán)境適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)安裝性、電器穩(wěn)定性等不盡相同，就需要我們在設(shè)計中，根據(jù)產(chǎn)品性能要求、可靠性要求、成本等因素來選擇。

屏蔽效能就是要根據(jù)需要抑制的干擾頻譜，確定屏蔽效能，不同的襯墊，在不同的頻率，屏蔽效能是不同的。

使用環(huán)境是指不同的襯墊，在不同的使用環(huán)境下，其性能的發(fā)揮和壽命都是不同的。

結(jié)構(gòu)安裝性要求是指結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮壓縮變形，電磁密封襯墊只有在受到一定壓力作用時才能起作用。電磁密封襯墊的形變量和所受壓力成正比。

電氣穩(wěn)定性是指電磁密封襯墊的作用，就是通過在金屬間提供低阻抗的導(dǎo)電通路來達(dá)到屏蔽目的的，過量的壓縮和質(zhì)量差(彈性差)都會使襯墊失效，不具備穩(wěn)定性。

●金屬絲網(wǎng)襯墊

金屬絲網(wǎng)襯墊是用金屬絲編織成的彈性網(wǎng)套，是一種最常用的電磁密封材料，金屬絲材料常用蒙乃爾合金、鈹銅、鍍錫鋼絲等，為純金屬接觸，接觸電阻低;一般用在1 GHz以下的場合，還有價格低的優(yōu)點。

●導(dǎo)電橡膠

導(dǎo)電橡膠襯墊是在硅橡膠內(nèi)填充金屬顆粒，如銅粉、鋁粉、銀粉、鍍銀鋁粉、鍍銀銅粉等。特點是低頻時屏蔽效能低，高頻時屏蔽效能高，常用在有環(huán)境密封要求的場合。缺點是價格較高。

●指形簧片

指形簧片常用在接觸面滑動接觸的場合。材料為鈹銅。特點是在高低頻時屏蔽性能都較高，允許滑動接觸。缺點是價格高。

2.2 通風(fēng)口的處理

孔洞的電磁泄漏與孔洞的最大尺寸有關(guān)，因此在屏蔽機(jī)箱的通風(fēng)設(shè)計上，往往采用與一個大孔相同開口面積的多個小孔構(gòu)成的孔陣代替一個大孔。

在通風(fēng)口處常用的電磁屏蔽材料有以下幾種。

(1)屏蔽通風(fēng)網(wǎng)

將屏蔽金屬絲網(wǎng)加框制成通風(fēng)板或直接將屏蔽網(wǎng)壓裝到通風(fēng)口處，優(yōu)點是通風(fēng)量大，價格低，缺點是高頻性能差，對500 MHz以上的電磁波幾乎沒有屏蔽作用。

(2)波導(dǎo)通風(fēng)窗

波導(dǎo)通風(fēng)窗是由加鋼制或鋁合金框架結(jié)構(gòu)的蜂窩狀芯材構(gòu)成。在保證高效通風(fēng)前提下，利用波導(dǎo)高通濾波原理對電磁波進(jìn)行屏蔽。其屏蔽效能取決于波導(dǎo)的長度、蜂窩孔大小、單塊通風(fēng)窗面積和表面導(dǎo)電鍍層。優(yōu)點是通風(fēng)量大，屏蔽效能高，整體剛性好，缺點是成本高。常用的波導(dǎo)管有矩形、圓形、正六邊形、其中正六邊形蜂窩狀的波導(dǎo)管通風(fēng)窗最為常用。

2.3 顯示窗的處理

軍用電子設(shè)備上的顯示屏或顯示窗口要求即能滿足視覺要求，又能滿足防電磁輻射的要求，如CRT顯示器，LCD顯示器，OLED等數(shù)碼顯示屏幕，雷達(dá)顯示器，精密儀器、儀表等顯示器窗口等，為此，可選用電磁屏蔽玻璃實現(xiàn)屏蔽。

●金屬絲網(wǎng)電磁屏蔽玻璃

電磁屏蔽玻璃可用兩塊光學(xué)玻璃中間夾金屬絲網(wǎng)構(gòu)成，金屬絲網(wǎng)的密度越大，屏蔽效能就越高，但透光性變得越差。這種玻璃的優(yōu)點是屏蔽效能高，但缺點是由于莫爾條紋造成的視覺不適，可以將金屬網(wǎng)旋轉(zhuǎn)一定角度(10～30，)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳視覺效果。

●鍍膜電磁屏蔽玻璃

電磁屏蔽玻璃也可由光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃表面鍍以金屬薄膜構(gòu)成。此外，還可以在透明聚脂膜片上鍍以金屬薄膜，制成柔性透明導(dǎo)電膜片。這種膜片的透光性可達(dá)70%～80%，而且膜片很薄，僅0.13 mm，可以直接貼覆在常規(guī)玻璃或有機(jī)玻璃表面，特別適用于要求高透明度和中等屏蔽效能的儀表表盤、液晶顯示器、面板指示燈孔、彩色顯示器等部位。缺點是屏蔽效能較低。

●特殊用途電磁屏蔽玻璃

針對不同的應(yīng)用場合對屏蔽玻璃的特殊要求，可以使用電加熱屏蔽玻璃，由于液晶顯示屏在－10℃以下不能正常工作，所以要選用帶電加熱膜的屏蔽玻璃，既能加熱也能除霧。電壓一般為直流24 V，36 V;功率30 W～80 W，還有使用于裝甲車的防振動沖擊的鋼化屏蔽玻璃等。

2.4 其他一些常用的電磁屏蔽材料

在軍用電子設(shè)備中我們還經(jīng)常用到以下幾種電磁屏蔽材料。

(1)導(dǎo)電屏蔽膠帶

導(dǎo)電屏蔽膠帶是一種帶高導(dǎo)電背膠的銅箔、鋁箔、導(dǎo)電布或賣拉屏蔽膠帶(一面是導(dǎo)電膠和導(dǎo)電層，另一面是絕緣層)其背膠和導(dǎo)電材料組成完整的導(dǎo)電體，可以與任何金屬面以粘接方式完成搭接和縫隙的電封閉。主要應(yīng)用于電磁屏蔽及抗靜電，將導(dǎo)電屏蔽膠帶置于襯底面，結(jié)合金屬基材，具有優(yōu)良的導(dǎo)通性，屏蔽膠帶粘貼好后，要用力碾壓多次后才可達(dá)到最佳屏蔽效果。溫度適用范圍寬。

(2)硅脂導(dǎo)電膠

硅脂導(dǎo)電膠是利用硅脂的高粘性和金屬顆粒的高導(dǎo)電結(jié)合而成的，具有銀、銅鍍銀、鋁鍍銀等填料顆粒，是一種室溫固化的導(dǎo)電膠，固化后形成一個易彎曲且有彈性的導(dǎo)電連接頭或密封墊。主要用于導(dǎo)電橡膠與金屬的粘(金屬表面應(yīng)清潔);連接或安裝各種不同的導(dǎo)電襯墊;連接導(dǎo)電膠條，形成連續(xù)的屏蔽或密封襯墊;可以把導(dǎo)電襯墊定位到屏蔽窗固定框上或嵌入玻璃的溝緣上，然后把帶框的屏蔽窗裝到屏蔽體上，等等。

(3)電磁屏蔽涂料

電磁屏蔽涂料是一種在化學(xué)溶劑中滲入導(dǎo)電顆粒，能噴涂于塑料、木材、布、紙、玻璃鋼等非金屬材料上，對電磁波起屏蔽作用的功能性涂料。具有導(dǎo)電性好，屏蔽效能高，室溫固化，附著力強(qiáng)的特點。

電磁屏蔽涂料由合成樹脂、導(dǎo)電填料、溶劑配置而成，是電子設(shè)備的非金屬殼體進(jìn)行電磁屏蔽的有效的處理方法，其優(yōu)點是成本低。

(4)導(dǎo)電膩子

標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電膩子由四種填有玻璃鍍銀或銅鍍銀微顆粒的單組份樹脂組成。在射頻范圍內(nèi)可達(dá)100 dB的屏效。可提高所有電子機(jī)殼接口或孔縫的完整性。

用在對機(jī)殼和緊固件、通風(fēng)板、手柄進(jìn)行EMI防護(hù)填隙。具有極好的抗震、抗熱沖擊性，可以在固化后保持永久，柔性的觸變?nèi)橹瑯O易與常規(guī)填隙設(shè)備共同使用，且該系列防水、防臭氧、對使用表面無腐蝕。

(5)電磁屏蔽熱縮管

電磁屏蔽熱縮管是一種在熱縮聚烯管上通過特種覆鍍技術(shù)，形成致密導(dǎo)電層而制成。它能對電纜、連接器的端接處提供有效的電纜屏蔽，其獨特的導(dǎo)電層在最大收縮時能保持柔軟、均勻和緊密。適用于射頻電纜及高頻多芯電纜的干擾抑制。比傳統(tǒng)的金屬編織物屏蔽要明顯節(jié)省重量，并且可容易地用熱縮管加熱到裝置上?？梢栽?4 kHz～10 GHz頻段屏蔽效能達(dá)25 db～70 db。

(6)EMI磁環(huán)

磁環(huán)，是電子電路中常用的抗干擾元件，對于高頻噪聲有很好的抑制作用，一般使用鐵氧體材料(Mn-Zn)制成。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時阻抗很小，當(dāng)信號頻率升高，磁環(huán)表現(xiàn)的阻抗急劇升高。

根據(jù)干擾信號的頻率特點可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體，前者的高頻特性優(yōu)于后者。錳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率在幾千到上萬，而鎳鋅鐵氧體為幾百到上千。鐵氧體的磁導(dǎo)率越高，其低頻時的阻抗越大，高頻時的阻抗越小。所以，在抑制高頻干擾時，宜選用鎳鋅鐵氧體;反之則用錳鋅鐵氧體?；蛟谕皇娎|上同時套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體，這樣可以抑制的干擾頻段較寬。

磁環(huán)的內(nèi)外徑差值越大，縱向高度越大，其阻抗也就越大，但磁環(huán)內(nèi)徑一定要緊包電纜，避免漏磁。

磁環(huán)的安裝位置應(yīng)該盡量靠近干擾源，即應(yīng)緊靠電纜的進(jìn)出口。

3 結(jié)束語

電磁屏蔽材料的選用是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問題的關(guān)鍵，正確選擇和使用好這些電磁屏蔽材料是做好電磁兼容性設(shè)計的前提。因此，我們必須深入了解和掌握這些材料的特點和具體用途，這樣才有可能設(shè)計出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。

［1］林國榮.電磁干擾及控制［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.