電子屏蔽設(shè)備的設(shè)計(jì)分析

王 龍

（渤海大學(xué)數(shù)理學(xué)院，遼寧 錦州121000）

電子技術(shù)在近幾年發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，越來越多的人使用電子設(shè)備工作或生活，由于電子設(shè)備的增加，導(dǎo)致空間中設(shè)備散布密度變大，磁場(chǎng)變強(qiáng)，相互之間的干擾越來越嚴(yán)重，為了使電子設(shè)備在使用中更加精準(zhǔn)與穩(wěn)定，電子設(shè)備的屏蔽顯得越來越重要。我們需要消除其他設(shè)備電磁干擾，將之控制在一定范圍之內(nèi)，通過電路改進(jìn)設(shè)備消除電子設(shè)備干擾需要付出高額的經(jīng)濟(jì)代價(jià)與時(shí)間代價(jià)，付出與回報(bào)不成比例。而屏蔽設(shè)計(jì)的采用能夠付出較少的代價(jià)從而回收較大的效果，在實(shí)踐中被較多使用。電子屏蔽設(shè)備不同于傳統(tǒng)電子設(shè)備，在設(shè)計(jì)中有許多問題需要思考，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該對(duì)屏蔽問題進(jìn)行構(gòu)思，滿足其電磁兼容的特殊要求。本文對(duì)電子屏蔽設(shè)備的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后對(duì)安裝方法進(jìn)行總結(jié)。

1 電子屏蔽類型與原理

根據(jù)電子屏蔽原理可以進(jìn)行如下三種分類：

1.1 靜電屏蔽

靜電屏蔽的主要作用在于對(duì)靜電場(chǎng)影響的規(guī)避，應(yīng)用原理主要是將兩個(gè)電路之間的耦合干擾作用消除，防止電子設(shè)備互相干擾。靜電感應(yīng)在強(qiáng)電場(chǎng)中產(chǎn)生阻抗的高輸入來說是主要的干擾因素。

1.2 磁場(chǎng)屏蔽

磁場(chǎng)屏蔽在電子設(shè)備的屏蔽中主要應(yīng)用于避免寄生電感的耦合，通過高導(dǎo)磁率材料的選取和磁場(chǎng)分布的選擇，運(yùn)用磁力線將寄生電感約束在磁屏蔽體中，通過磁場(chǎng)屏蔽的方法抑制磁場(chǎng)的擴(kuò)散，形成電子設(shè)備的屏蔽干擾。

1.3 電磁屏蔽

在電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾中，往往不僅有電場(chǎng)的因素也有磁場(chǎng)的因素，因此在屏蔽中不僅需要對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽也應(yīng)屏蔽磁場(chǎng)。電磁屏蔽的屏蔽體常常是導(dǎo)電率高的金屬材料，電磁屏蔽的原理是磁場(chǎng)的相互抵消，通過屏蔽金屬內(nèi)消除干擾產(chǎn)生的電流感應(yīng)與原有的電磁感應(yīng)相互抵消，通過這種模式將電子設(shè)備之間的干擾進(jìn)行屏蔽，獲得預(yù)期效果。

2 幾種常用的屏蔽結(jié)構(gòu)

2.1 屏蔽線

同軸電纜線；其二為低頻屏蔽線，又被稱之為金屬隔離狀皮線。這兩種屏蔽線所用材料不同，在用途上也有所不同。高屏蔽線主要用在特定要求的波阻抗與嚴(yán)格顯著傳輸衰減的場(chǎng)合，而低頻屏蔽線主要運(yùn)用于低頻信號(hào)流通的電路線路中，主要作用為負(fù)荷電流，不需要對(duì)特定匹配阻抗問題進(jìn)行解決。

對(duì)屏蔽線的正確使用能夠產(chǎn)生更加顯著的抑制干擾作用，在操作實(shí)踐中使用屏蔽線應(yīng)注意以下問題：

（1）屏蔽線的電容分布大的情況下，使用高頻率電流回路連接屏蔽線，會(huì)導(dǎo)致回路中總電容量增大，降低回路中的諧振抗阻能力。

（2）假設(shè)屏蔽線的長度比最小波長的25%長，那么導(dǎo)線上則會(huì)產(chǎn)生駐波，出現(xiàn)輻射天線。因此在使用中，屏蔽線長度應(yīng)比信號(hào)25%波長小，高頻情況下應(yīng)比波長的5%小，除此之外，使用過長的屏蔽線會(huì)產(chǎn)生阻抗匹配的相關(guān)問題。

（3）使用高頻信號(hào)線進(jìn)行屏蔽，可以將屏蔽線與其余導(dǎo)線進(jìn)行合并捆扎，應(yīng)注意的是，高平信號(hào)線不應(yīng)該與低電平信號(hào)線相互合并，避免前者對(duì)后者的干擾，因此高平信號(hào)線一般應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行走線。

（4）同軸電纜在接地時(shí)不能隨意連接隔離皮，以免不恰當(dāng)連接導(dǎo)致的高頻低電流，產(chǎn)生電流會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備部件之間的耦合，產(chǎn)生噪聲源。實(shí)踐中避免干擾的方法是將隔離皮與部件屏蔽體進(jìn)行連接。需要特別注意連接點(diǎn)的位置選擇。

2.2 屏蔽盒

屏蔽盒是一種特殊的盒式屏蔽體，一般擁有一個(gè)或多個(gè)腔體。屏蔽盒分為多種形式，分別為：?jiǎn)螌踊螂p層屏蔽盒形式、多層屏蔽盒形式以及單腔屏蔽盒形式與多腔屏蔽盒形式。關(guān)于多腔屏蔽盒形式的屏蔽體，需要做到每個(gè)腔體均產(chǎn)生較好的屏蔽效果。

2.3 屏蔽室

針對(duì)效果而言，采用金屬板作為屏蔽室的屏蔽體效果最好，然而從通風(fēng)角度與采光方面進(jìn)行分析，綜合采用金屬網(wǎng)材料做屏蔽體較為合適，金屬網(wǎng)孔洞越小，屏蔽效果越好，一般實(shí)踐中采用1.3～1.5mm孔洞的金屬網(wǎng)最為合適。單層屏蔽的效果不如雙層屏蔽產(chǎn)生的效果，雙層屏蔽中可以使用絕緣襯墊，將兩層金屬網(wǎng)之間的間距控制在10cm左右最為合適。

3 屏蔽體的設(shè)計(jì)

根據(jù)電子設(shè)備的屏蔽要求，設(shè)計(jì)屏蔽體的材料選擇與厚度大小，從而確定其結(jié)構(gòu)與形式。可以利用屏蔽效能公式分析屏蔽效果，測(cè)量是否達(dá)到屏蔽要求。由于客觀條件的限制，屏蔽體的效能要差于理論結(jié)果，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)這部分效果進(jìn)行驗(yàn)證后進(jìn)行補(bǔ)充。

3.1 屏蔽體的材料選擇原則

對(duì)于屏蔽材料的選擇，應(yīng)在測(cè)量屏蔽效果后選擇銅、鋁或鐵等材料，對(duì)于有特殊要求的屏蔽體應(yīng)選擇效果更好的坡莫合金進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。對(duì)于低頻電子干擾設(shè)備的屏蔽，在選擇上應(yīng)傾向于反射損耗較大的金屬，對(duì)于高頻電子干擾設(shè)備的屏蔽，應(yīng)傾向于吸收損耗大的金屬材料，在選擇上可以考慮金屬材料的重量與機(jī)械強(qiáng)度等因素。在屏蔽體材料的選擇上應(yīng)盡量選擇電化次序排列相近的金屬進(jìn)行制作，防止出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象與有害噪電壓現(xiàn)象，影響屏蔽設(shè)備的使用時(shí)間與降低屏蔽效果。

3.2 屏蔽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）設(shè)計(jì)屏蔽體應(yīng)盡可能減少孔洞設(shè)計(jì)，以免降低屏蔽效能，在開口時(shí)應(yīng)盡量避免開口為矩形。

（2）在屏蔽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)使屏蔽體內(nèi)部縫隙與內(nèi)部線圈之間的軸線相互垂直。

（3）屏蔽體設(shè)計(jì)中應(yīng)控制縫隙之間的直線尺寸，將大小控制在10%的最小波長內(nèi)，將孔洞直徑控制在20%的工作波長內(nèi)，否則會(huì)出現(xiàn)天線效應(yīng)，影響屏蔽體的屏蔽效能。減少屏蔽體縫隙的方法有以下幾種：通過減少屏蔽室單元結(jié)構(gòu)的劃分來減少縫隙，減少屏蔽盒子與蓋板大小，縮短屏蔽體縫隙；增加屏蔽體蓋板上的螺絲釘數(shù)量，減少固定艱間距，縮短縫隙大小，同時(shí)也可以采用增加接觸板壓力的方式縮短縫隙大??；選用梳形接觸片的彈簧結(jié)構(gòu)，代替螺絲釘固定蓋板，減少屏蔽體縫隙大??；放置導(dǎo)電墊圈裝置；使用多層復(fù)合式蓋板，嚴(yán)合蓋板縫隙；改善蓋板結(jié)構(gòu)，使用彈性蓋板結(jié)構(gòu)，改變接觸機(jī)制。

4 屏蔽體的安裝方法

對(duì)于屏蔽設(shè)備的安裝，重點(diǎn)在于安裝屏蔽盒體以及屏蔽隔板，安裝正確直接影響電子設(shè)備的屏蔽效能，安裝中應(yīng)本著最小縫隙的原則，即在安裝屏蔽體時(shí)應(yīng)盡量做到減小縫隙、減小接觸電阻。連接屏蔽隔板與屏蔽盒體時(shí)使用熔焊技術(shù)或釬焊技術(shù)比螺絲釘、鉚釘連接會(huì)取得更加優(yōu)越的效果，因?yàn)槁萁z釘電氣連接為不連續(xù)連接，且由于氧化與或腐蝕等原因會(huì)造成電阻加大，接觸不良。加工屏蔽體最好的方法是銑削，通過這種方式可以將屏蔽能效達(dá)到最高，在400～500MHz時(shí)，屏蔽體效果可以高達(dá)100dB以上，銑削的缺點(diǎn)是加工成本較高，加工不便。

5 總結(jié)

電子屏蔽設(shè)備在電子應(yīng)用領(lǐng)域研究十分廣泛，屏蔽技術(shù)是運(yùn)用電磁兼容技術(shù)的重要技術(shù)，主要解決電子設(shè)備的電磁干擾現(xiàn)象，在屏蔽設(shè)備應(yīng)用中，電子設(shè)備能夠長期穩(wěn)定、精準(zhǔn)工作運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)合電子屏蔽技術(shù)能夠解決電磁兼容問題，使應(yīng)用電子技術(shù)變得更加簡(jiǎn)單可靠。

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