EMC電磁兼容實踐知識
１電磁兼容設計中的實踐知識
●什么是電磁兼容性問題？
電磁兼容問題可以分為兩類，一類是電子電路、設備、系統在工作時由于相互干擾或受到外界的干擾，使其達不到預期技術指標。如裝于機柜內的由微處理器構成的控制電路受到裝在同一個機柜內的馬達的干擾的問題。另一類電磁兼容問題，設備雖然沒有直接受到干擾的影響，仍達不到規定的功能性指標，但不能通過國家的電磁兼容標準，如計算機設備產生超過電磁發射標準規定的極限值，或在電磁敏感度、靜電敏感度等方面達不到要求。
●電子產品要滿足那些電磁兼容標準？
**產品要滿足GJB151A、GJB152A標準，民用設備要滿足GB9254、GB6833等標準或行業內規定的有關標準。**標準比民用標準嚴格得多。無論那一種標準，其測試都是十分復雜的，并對測試環境和設備有嚴格的要求，因此測試要到指定的實驗室進行。
●使設備達到電磁兼容狀態的技術有哪些？
為了使設備或系統達到電磁兼容狀態，通常應用印制電路板設計、屏蔽機箱、電源線濾波、信號線濾波、接地、電纜設計等技術。
●做電磁兼容設計時有那些文獻資源可以利用？
國外在電磁兼容設計方面有許多手冊可以參考，國內除了一些國外設計規范的中文譯本外，還有“電磁兼容工程設計手冊”。如果要系統地學習電磁兼容知識，可以參考“電磁兼容原理”。另外北京瑞特電子技術公司編輯的《電磁兼容與電磁干擾抑制技術》刊物，提供了實用而新穎的內容。
２電磁屏蔽技術與材料
２.１電磁屏蔽的效果如何評價？
屏蔽體的有效性用屏蔽效能（ＳＥ）來表示，屏蔽效能的定義為：
SE＝20lg(E1/E2) dB
式中，Ｅ１是沒有屏蔽體時測得的場強，Ｅ２是有屏蔽體時測得的場強。屏蔽效能與場強衰減的關系如表２－１：
表２－１屏蔽效能與場強衰減的關系
|
屏蔽前場強 |
屏蔽后的場強 |
衰減量 |
屏蔽效能(dB) |
|
1 |
0.1 |
0.9 |
20 |
|
1 |
0.01 |
0.99 |
40 |
|
1 |
0.001 |
0.999 |
60 |
|
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的難度越大。民用設備的機箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能，而**設備的機箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。
●什么材料可以作為屏蔽材料？
具有較高導電、導磁特性的材料可以作為屏蔽材料。常用的屏蔽材料有鋼板、鋁板、鋁箔銅板、銅箔等。隨著對民用產品電磁兼容性要求的嚴格化，越來越多的廠家采取在塑料機箱上鍍鎳或銅的方法來實現屏蔽。
●電磁屏蔽與靜電屏蔽有什么不同？
電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導電連續性。破壞屏蔽體的導電連續性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導電性要求要比靜電屏蔽高得多。
●材料的屏蔽效能只與屏蔽材料有關嗎？
不是，對于實際的屏蔽機箱，屏蔽效能在更大程序上依賴于機箱的結構，即導電連續性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成機箱屏蔽效能下降的主要原因。解決機箱縫隙電磁泄漏的方法是在縫隙處使用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導電連續性。
機箱上開口的電磁泄漏與開口的尺寸、輻射源的特性和輻射源到開口的距離有關。通過適當的設計開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠滿足屏蔽的要求。必要時可以使用截止波導管來達到即有開口又能阻擋電磁波的目的。
屏蔽機箱上絕不允許有導線直接穿過。當導線必須穿過機箱時，一定要使用適當的濾波器，或對導線進行適當的屏蔽。
●為什么實際屏蔽體的屏蔽效能往往遠低于屏蔽材料的屏蔽效能？
這是因為大部分設計人員在設計屏蔽箱時是按照靜電屏蔽原理進行的，只重視了機箱的接地，而忽視了機箱的導電連續性和穿過機箱導線的處理。
●電磁密封襯墊有許多種類，它們各有什么特點？
電磁密封襯墊有一個共同的特點：彈性和導電性。任何具備這個特性的材料都可以作為電磁密封襯墊使用。根據這個要求，現在有各種各樣的電磁密封襯墊主要的幾種如下：
a.導電橡膠：在橡膠中摻入導電顆粒，使這種復合材料既具有橡膠的彈性，又具有金屬的導電性。但由于要具有良好的屏蔽性能，需要在橡膠中摻入重量達７５％以上的導電顆粒，這已經破壞了橡膠的結構，實際的導電橡膠已經沒有了純橡膠的彈性好、拉伸強度高等特性。
b.雙重導電橡膠：與傳統的導電橡膠的區別在于，它不是在橡膠所有部分摻入導電顆粒，而僅在橡膠的外層摻入導電顆粒，這樣獲得的好處是既*大限度地保持了橡膠的彈性，又保證了導電性，是一種新型的屏蔽材料。這種材料的另一個優點是價格低。
c.金屬編織網套：用金屬絲編織成的空心網套。這種材料具有彈性和導電性。
d.橡膠芯編織網套：以橡膠為芯的金屬編織網套。這種材料由于以彈性很好的橡膠為芯，因此彈性很好并且很耐壓。另外由于金屬網套具有很好的導電性，因此這種復合材料具有很好的彈性和導電性。
e.螺旋管襯墊：用不銹鋼或鈹銅卷成的螺旋管，具有很好的彈性，同時由于不銹鋼和鈹銅都是較好的導體，因此滿足彈性和導電性的要求。特別是用鍍錫鈹銅卷成的螺旋管具有很高的導電性，是目前屏蔽效能*高的屏蔽材料。
f.指形金屬片：用鈹銅作成的彈性金屬片材料。
g.定向金屬導電橡膠：在橡膠中填充方向一致的金屬絲，利用橡膠的彈性和金屬絲的導電性。
●各種電磁密封襯墊各有什么特點？
比較電磁密封襯墊的性能通常從屏蔽效能、彈性、壓縮長久形變、有無環境密封性、價格等幾個方面比較。常用襯墊的比較如表２－２所示：
表２－２ 各種電磁密封襯墊的特點
|
襯墊種類 |
屏蔽效能 |
彈性 |
長久形變 |
環境密封 |
價格 |
優點 |
|
不銹鋼螺旋管 |
高 |
好 |
小 |
無 |
低 |
價低 |
|
鍍錫鈹銅螺旋管 |
很高 |
好 |
小 |
無 |
中 |
屏蔽效能高 |
|
多重密封螺旋管 |
高 |
好 |
小 |
有 |
較高 |
有環境密封、耐久 |
|
指形金屬片 |
高 |
好 |
小 |
無 |
高 |
壓縮*大、允許切向滑動接觸 |
|
空心金屬網套 |
低頻高/高頻中等 |
好 |
較小 |
無 |
中 |
需要的壓力小 |
|
橡膠芯金屬網套 |
低頻高/高頻中等 |
好 |
小 |
無 |
低 |
價低 |
|
傳統導電橡膠 |
低頻低/高頻高 |
差 |
大 |
有 |
高 |
有環境密封、高頻屏蔽好 |
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雙重導電橡膠 |
低頻低/高頻高 |
好 |
小 |
有 |
低 |
有環境密封、高頻屏蔽好、價低 |
|
定向金屬絲導電橡膠 |
低頻高/高頻低 |
好 |
小 |
有 |
低 |
有環境密封、價低 |
●電磁密封襯墊的屏蔽效能是怎樣測出來的？
有兩種方法，一種方法是測量屏蔽效能，如基于ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５或ＧＢ／Ｔ１２１９０－９０的方法，這種方法中將電磁密封襯墊直接安裝到縫隙處，測量縫隙的泄漏。另一種方法是轉移阻抗法如ＱＪ２８９２－９７《ＥＭＩ襯墊的測量與評價方法》，這種方法通過測量襯墊結合處的轉移阻抗來衡量襯墊的屏蔽效能。后一種方法得到越來越廣泛的應用。襯墊的轉移阻抗越低，屏蔽效能越高。
●在使用電磁密封襯墊時應注意什么？
首先根據設備的要求選用適當的襯墊，所謂的“適當”是指在屏蔽效能、安裝方式、價格、壽命等方面的綜合指標達到*優。另外要考慮襯墊材料與屏蔽基體之間的電化學相容性。使用所有襯墊時，都要對襯墊的壓縮進行限位，防止過量壓縮而造成襯墊的損壞。
●屏蔽機箱的通風口怎樣處理？
當對通風量的要求不高時，可以使用穿孔金屬板，只要孔的直徑足夠小，就能夠達到所所要求的屏蔽效能。當對通風量的要求高時，必須使用截止波導通風板（蜂窩板），否則不能兼顧屏蔽和通風量的要求。如果對屏蔽要求不高，并且環境條件較好，可以使用鋁箔制成的蜂窩板，這種產品的價格低，但強度差，易損壞。如果對屏蔽的要求高，或環境惡劣（如**環境），則要使用銅制或鋼制蜂窩板，這種產品各方面性能優越，但價格較高。
●什么是屏蔽膠帶，它有什么用途？
屏蔽膠帶是由銅箔或鋁箔等高導電性材料附上導電膠構成的。主要用于縫隙的屏蔽和電纜屏蔽層的端接。
●使用屏蔽膠帶時要注意什么問題？
使用屏蔽膠帶時要注意用力壓緊，只有這樣才能使金屬箔與另一部分金屬實現良好電接觸，達到使機箱導電連續性的目的。
●選擇屏蔽產品時應考慮什么問題？
在選擇屏蔽產品時應考慮下列因素：
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·工作頻率 |
·成本 |
·屏蔽／接地／其它 |
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·屏蔽材料與基體的電化學相容性 |
·衰減特性 |
·電氣要求 |
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·腐蝕的考慮 |
·緊固／安裝方法 |
·材料厚度／合金 |
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·工作環境 |
·貯存環境 |
·空間／重量的考慮 |
|
·載荷／力 |
·核、生物、化學 |
·**性 |
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·壽命 |
·重復使用性 |