隨著現(xiàn)代電子科學技術的發(fā)展,電子設備的數(shù)量及種類不斷增加,使得電磁環(huán)境(EME)日趨復雜,電子設備的電磁兼容性就顯得也越來越重要。

    經驗證明,如果在產品開發(fā)階段解決電磁兼容問題的費用為1個單位;那么等到產品設計定型后再解決其問題,費用將增加10倍;而到產品批量生產后再解決時,費用將增加100倍;到用戶發(fā)現(xiàn)問題后才解決時,費用可能高達1000倍。而在產品開發(fā)階段同時進行電磁兼容性設計,就可望把80%~90%的電磁兼容性問題解決在產品定型之前。所以說只按常規(guī)進行產品功能設計,不僅在技術上帶來一系列的難題,而且還會造成 人力、財力的極大浪費。再例如現(xiàn)代的飛機上,普遍采用了電傳式飛機控制系統(tǒng)以及發(fā)動機的微計算機控制系統(tǒng),使得電磁兼容性問題不僅關系到一般的系統(tǒng)性能,而且影響到飛行**。因此在復雜的電磁環(huán)境中,如

何減少相互間的電磁干擾,使各種設備**正常運行,是一個急待解決的問題。電磁兼容正是解決這類問題的一門新興學科。

1 電磁兼容

   國軍標(GJB72A一2002)中給出電磁兼容(Electromag-netic Compatibility即EMC)的定義是:設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài);包括以下兩個方面:

1)設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預定的電磁環(huán)境中運行時,可按規(guī)定的**裕度實現(xiàn)正常的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產生不可接受的降級;

2)設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會給環(huán)境(或其他設備)帶來不可接受的電磁干擾。

電磁兼容的研究內容就是找出干擾源,削弱電磁干擾。

   電磁兼容設計的目的:

1)電子設備內部的電路相互不產生干擾,達到預期功能;

2)電子設備產生的電磁干擾強度低于特定的極限值;

3)電子設備對外界的電磁干擾有一定的抵抗力。

2 電磁干擾及其抑制方法

    系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問題———電磁干擾,必須具備三個因素,即電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備。所以,在解決電磁干擾問題時,要從這三個因素人手,對癥下藥,消除其中某一個因素,就能解決電磁兼容問題。對新研制的電子產品,應該從設計開始階段就考慮電磁兼容問題,進行電磁兼容設計。常用的有效的方法有:接地技術、屏蔽技術、濾波技術。本文主要深入詳盡的探討屏蔽技術在電磁兼容設計中應用。

3 屏蔽技術的應用

3.1 原理

    電磁屏蔽是利用屏蔽體對干擾電磁波的吸收、反射來達到減弱干擾能量的作用,也就是切斷電磁波的耦合途徑。它采用低電阻的導體材料,并利用電磁波在屏蔽導體表面產生反射以及在導體內部產生吸收和多次反射而起到屏蔽作用,其目的是為了有效地阻止電磁波從一例空間向另一例空間傳揚。

    質,于是在板的左表面產生反射,使一部分電磁波Hor(或Eor)向左傳播,即反射波。另一部分電磁波射入金屬內部,其場強為Hmo(或Emo ),向右繼續(xù)傳播,經過金屬板厚度t后,由于金屬對電磁波的吸收,場強減弱至Hmt(或Emt)。

到達金屬板右界面的電磁波,又有一部分被反射回金屬向左傳播,其反射場強為Hmr(或Emr);另一部分穿過右界面向右繼續(xù)傳播。其場強為Ht(或Et)。因此,電磁波經過金屬板時,通過反射、吸收,場強逐漸減弱。故金屬板的屏蔽作用是左界面的反射、金屬中的吸收和右界面的反射等三部分組成的。實際上,上述金屬板內的電磁波反射吸收過程并不是只進行一次就完成的,而是在金屬板的兩個界面之間往復多次直到耗盡。電磁波在金屬內的損耗表現(xiàn)為渦流損耗。渦流的密度隨著透入金屬內部的深度的增加而按指數(shù)規(guī)律減小,且隨電磁波的頻率不同而變,頻率愈高,渦流在表面的損耗就愈大。

3.2 影響屏蔽效果的幾個因素及其解決措施

3.2.1 材料

    當電磁波通過金屬板時,由于金屬板產生感應渦流形成歐姆損耗,并轉變?yōu)闊崮軗p耗,與此同時,渦流反磁場抵消入射波干擾場產生吸收損耗。用于電場屏蔽的屏蔽效能可由下式表示:

    由以上公式可以看出,金屬的導電、導磁能力越強,金屬吸收電磁波能力越強;電磁波的頻率越高,越易被金屬吸收。下面給出了常見金屬的相對磁導率、相對電導率(見表1)。

因此,在選擇屏蔽材料時,綜合其他因素應遵循以下原則:

1)當干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流。形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。

2)當干擾電磁場的頻率較低時,要采用高導磁率的材

料,從而使磁力線限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。

3.2.2 縫隙、孔洞

   屏蔽體的屏蔽效能不僅取決于構成屏蔽體的材料,而且取決于屏蔽體的結構。上面討論的是完整連續(xù)屏蔽體。但現(xiàn)實中一個完全封閉的屏蔽體是沒有任何價值的。機箱或殼體上常開有很多顯示窗、通風口、不同部分結合的縫隙等。

   由于這些導致電不連續(xù)的因素存在,屏蔽體的屏蔽效能往往很低,甚至沒有屏蔽效能;因此對屏蔽體縫隙、孔洞的研究也是十分必要的。

從縫隙中泄漏的電磁場強度的計算公式為:

1)對于有孔縫的機箱,應將孔縫盡量布置于遠離激勵源的地方。

2)增加接縫處的重疊尺寸,由上述公式(2)可見。

3)縮短螺釘?shù)拈g距。在結合面上不加導電彈性襯墊時,應盡可能增加螺釘數(shù)量,減小螺釘間距,使縫隙長度響應減小,使屏蔽效能提高。

4)開孔設計

當開孔面積相同時,應盡量少開大孔以及細長孔。對于可集中、又可分開開孔的機箱,應分別開孔,以減少泄漏量。

5)加接金屬導管

   一般來說,對大的孔洞,在實際設計中常采用金屬通風道,當頻率高于100MHz時,可采用波導管作為通風道。由于金屬管相當于一個高通濾波器,使低于金屬管截止效率的電磁場經過管內傳遞有很大的衰減,所以就減小了孔洞引起的泄漏。金屬管的*低截止頻率f只與管的橫向截面的內徑尺寸有關,其關系可由下列公式表示:

圓波導管:fc=17.5/d

矩形波導管:fc=15/b

式中:fc———*低截止頻率,Hz;

d———圓波導管內直徑,cm;

b———矩形波導管內寬邊長,cm。

   在設計金屬管時,首先,根據(jù)泄漏電磁場的*高頻率f來確定fc,使fc≥f;其次,按需要選圓管或方管,由上式計算管的橫截面的內徑尺寸;第三,根據(jù)需求的衰減計算管應有的長度。

   在屏蔽設計中,還要注意,不能有導體直接穿過屏蔽體,屏蔽效能再高的屏蔽體,一旦有導線直接穿過屏蔽機箱,其屏蔽效能就會損失99.9%(60dB)以上。

   屏蔽只是減少電子設備電磁干擾的一種方法,它通常與濾波、接地、搭接等措施一起應用,從根本上解決電子設備的電磁兼容問題。

4 結束語

   當前,電子設備已處于飛速發(fā)展的時期,并且這個發(fā)展過程仍以日益增長的速度持續(xù)著,隨著電子技術的迅速發(fā)展,現(xiàn)代的電子設備己廣泛地應用于人類生活的各個領域。

   電子設備的快速發(fā)展和廣泛應用,必然導致電子設備在電磁環(huán)境中工作。因此必須解決電子設備的電磁兼容性問題。電磁兼容是一個復雜的問題,它需要設計人員具有較強的專業(yè)知識和豐富的實踐經驗,為此,我們要不斷地學習和總結經驗,為我國生產出更加穩(wěn)定可靠的現(xiàn)代化的電子設備而努力。