圖像編碼器屏蔽加固技術(shù)研究

侯燕春

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

圖像編碼器屏蔽加固技術(shù)研究

侯燕春

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

首先介紹了屏蔽技術(shù)的機理及分類，闡述了影響屏蔽效能的因素，根據(jù)某系統(tǒng)對圖像編碼器抗干擾能力的要求，提出屏蔽加固措施，并驗證了該方法的有效性。

屏蔽；加固；電磁兼容

屏蔽是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸?shù)囊环N措施，能有效抑制電磁干擾［1］。目前的多種電子設(shè)備，尤其是軍用電子設(shè)備，通常都采用屏蔽技術(shù)解決電磁兼容問題。本文介紹了屏蔽技術(shù)的機理和分類，并針對某系統(tǒng)圖像編碼器抗擾問題，提出屏蔽加固措施，驗證了措施的有效性。

1 屏蔽機理及分類

屏蔽體的有效性用屏蔽效能來度量。屏蔽效能是沒有屏蔽時空間某個位置的場強與有屏蔽時該位置的場強的比值，它表征了屏蔽體對電磁波的衰減程度［2］：

式中：SEdB為屏蔽效能；E0，H0為無屏蔽體時某一點的電場強度；E1，H1為安放屏蔽體后同一點的電場強度。

屏蔽按機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。

1．1 電場屏蔽

電場屏蔽實質(zhì)是減少設(shè)備間的電場感應(yīng)。利用由導(dǎo)電材料制成的屏蔽體并結(jié)合接地，來切斷干擾源與敏感設(shè)備間的耦合通道，達到屏蔽的目的。

電場屏蔽采用金屬屏蔽層包封電子元器件或設(shè)備，屏蔽體采用良導(dǎo)體制作并有良好的接地，把電場終止于導(dǎo)體表面，并通過地線中和導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷，從而防止由靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。

在實際應(yīng)用中，屏蔽殼體應(yīng)靠近受保護物，屏蔽材料為良導(dǎo)體，屏蔽體最好采用全封閉的金屬盒，且良好接地［3］。

1．2 磁場屏蔽

磁場屏蔽是抑制噪聲源和敏感設(shè)備之間由于磁場耦合所產(chǎn)生的干擾。磁場屏蔽是把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi)，從而阻擋內(nèi)部磁場向外擴散或外界磁場進入，為屏蔽體內(nèi)外的磁場提供低磁阻的通路來分流磁場［3］。

屏蔽體用高導(dǎo)磁率材料，有效防止低頻磁場的干擾，其屏蔽效能主要取決于屏蔽材料的導(dǎo)磁系數(shù)，材料的磁導(dǎo)率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈顯著。

屏蔽材料的屏蔽效能主要由吸收損耗和反射損耗兩部分構(gòu)成，低頻磁場由于其頻率和波阻抗較低，故吸收損耗和反射損耗都很小。為了獲得高額的吸收損耗，可以使用導(dǎo)磁率高的材料；但導(dǎo)磁率高的材料通常導(dǎo)電性不是很好，這導(dǎo)致了反射損耗減小。為了增加反射損耗，可在高導(dǎo)磁率材料的表面增加一層高導(dǎo)電率的材料。通常采用鐵磁性材料如鐵、硅鋼片、坡莫合金等進行磁場屏蔽。

在使用中，被屏蔽的物體應(yīng)遠離屏蔽體，以盡量減小通過被屏蔽物體體內(nèi)的磁通；注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，接縫、通風(fēng)孔等均可能增加屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果；對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體結(jié)構(gòu)。

1．3 電磁屏蔽

電磁屏蔽是用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施，主要用于防止在高頻下的電磁感應(yīng)，利用電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和在導(dǎo)體中傳播的急劇衰減來隔離時變電磁場的相互耦合，從而防止高頻電磁場的干擾。當(dāng)電磁場通過金屬或?qū)ζ溆兴p作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，即金屬或阻擋層對電磁波產(chǎn)生了屏蔽作用，其機理就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在外界交變電磁場作用下，通過電磁感應(yīng)屏蔽殼體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而這感應(yīng)電流在屏蔽空間又產(chǎn)生了與外界電磁場方向相反的電磁場，從而抵消了外界電磁場，產(chǎn)生屏蔽效果。它的屏蔽機理是：1）當(dāng)電磁波到達屏蔽體表面時，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對入射波產(chǎn)生的反射；2）未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量，在體內(nèi)向前傳播的過程中，被屏蔽材料衰減，即是被屏蔽材料吸收；3）在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量，傳到材料的另一表面時，遇到金屬—空氣阻抗不連續(xù)的交界面，會形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個金屬的交界面上可能有多次的反射。因此，應(yīng)保證屏蔽殼體各部分具有良好的電氣連續(xù)，使感應(yīng)電流能在殼體中流暢，以便產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電磁場來抵消外界電磁場［4］。

綜上，電場屏蔽是利用金屬屏蔽層包封電子元器件或設(shè)備，減小電子元器件或設(shè)備間的電容耦合，從而減小干擾。磁場屏蔽是利用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成低磁阻通路，使屏蔽體對磁通進行分流，提高屏蔽效能。電磁場屏蔽是利用屏蔽體對電磁波的吸收、反射來阻止電磁能量在空間傳播，減弱干擾能量。

2 影響屏蔽的相關(guān)因素

屏蔽體的總屏蔽效能是由屏蔽體中最薄弱的環(huán)節(jié)決定的。屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，是影響屏蔽效能最主要的因素。

屏蔽體中最薄弱的環(huán)節(jié)是各種縫隙和孔洞。當(dāng)狹縫長度接近波長的一半時，EMI波就會泄露出去。這種泄露就是狹縫天線。狹縫尺寸接近半波長的整數(shù)倍時，電磁泄漏最大，所以高頻下要求縫長或孔徑小于λ／100。永久性接縫，采用焊接工藝；非永久性配合面形成的接縫采用導(dǎo)電襯墊。此外，線纜屏蔽層與連接器的連接方式對系統(tǒng)整體的屏蔽效能也有較大影響。屏蔽層的正確連接方法是采用壓接端子，連接器四周應(yīng)有紋波型簧片，保證360°環(huán)接。

3 某系統(tǒng)圖像編碼器屏蔽加固措施及驗證

某系統(tǒng)圖像編碼器，端口X2線纜為屏蔽線纜，X3未屏蔽，X4同軸電纜的屏蔽層與結(jié)構(gòu)外殼隔離、不接機殼地。圖像編碼器測試布置圖見圖1。

圖1 圖像編碼器測試布置圖

對該圖像編碼器（端口X2線纜）進行傳導(dǎo)敏感度測試項目CS115，CS116試驗時，1 A干擾量級下圖像存儲器接收圖像異常。為了保證圖像編碼器能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下可靠的工作，需提高圖像編碼器抗干擾能力。

為提高該圖像編碼器抗干擾性能，采取了用300目銅網(wǎng)包裹圖像編碼器及其X3，X4端口線纜的屏蔽加固措施。采取上述措施后再進行CS115，CS116試驗，驗證加固措施是否有效。試驗過程中，采用鋁板模擬地板，并良好接地。在圖像編碼器X2端口電纜進行CS115和CS116試驗，測試布置圖見圖2。

采取加固措施前后的測試結(jié)果對比分別見表1和表2。

圖2 圖像編碼器端口電纜CS115、CS116測試布置圖

表1 CS115測試結(jié)果

表2 CS116測試結(jié)果

經(jīng)上述測試，得知采取“用300目銅網(wǎng)包裹圖像編碼器及其X3，X4端口電纜”的加固措施后：CS115干擾試驗中，加固后抗干擾能力從加固前的1 A受到干擾提高至2 A正常；CS116干擾試驗中，加固后抗干擾能力在1 MHz從加固前的1 A受到干擾提高至2 A正常，30 MHz從加固前的1A受到干擾提高至2 A正常。

從試驗中可以看出，做好電纜和設(shè)備及設(shè)備連接器處的屏蔽措施，可以提高抗外界干擾的能力。

4 結(jié) 語

電磁屏蔽涉及到電工技術(shù)、電子技術(shù)和材料技術(shù)的相關(guān)知識，目前解決設(shè)備、系統(tǒng)間干擾還沒有統(tǒng)一的方法。但是，只要掌握電磁兼容的基本原理，對具體問題進行具體分析，就能夠設(shè)計出較好的解決辦法。

［1］ 湖北省電磁兼容學(xué)會．電磁兼容性原理及應(yīng)用［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1996．

［2］ 陳 窮．電磁兼容性工程設(shè)計手冊［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1993．

［3］ 李 雪，劉泰康，姜 云．電磁屏蔽技術(shù)分析［J］．電子工業(yè)技術(shù)，2007，28（1）：49－51．

［4］ 溫淑敏，王細軍．屏蔽的目的及方法［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2008（1）：94．

O441

A

1008－1542（2011）12－0133－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：李 穆

侯燕春（1984－），女，北京人，碩士，主要從事航天系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計與試驗驗證方面的工作。