鐘怡文

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 概述

隨著鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的迅猛發(fā)展，室內(nèi)信號設(shè)備除了既有線已有的系統(tǒng)外，計算機系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量及種類不斷增加。運行中的電子、電器設(shè)備大多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，高密度寬頻譜的電磁信號充滿整個空間，構(gòu)成了極其復(fù)雜的電磁環(huán)境，從而形成了電磁干擾。這些都對設(shè)備的電氣適用性、電磁兼容性、接地、環(huán)境安全等級等提出了更高的要求。電磁干擾對設(shè)備的正常運行及人類自身健康安全都構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如何減少相互間的電磁干擾，使各種設(shè)備安全正常運行，是一個急待解決的問題。

經(jīng)驗證明,如果在系統(tǒng)開發(fā)階段解決設(shè)備電磁兼容問題的費用為1個單位，那么等到系統(tǒng)設(shè)計定型后再解決其問題，費用將增加10倍，而到設(shè)備批量生產(chǎn)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(dá)1 000倍。而在系統(tǒng)開發(fā)階段同時考慮設(shè)備電磁兼容性設(shè)計，就可望把80％～90％的電磁兼容性問題解決在產(chǎn)品定型之前。而屏蔽技術(shù)在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用是抑制電磁干擾行之有效的重要方法。

2 電磁兼容

2.1 電磁兼容定義

設(shè)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2個方面。

1）設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運行時，可按規(guī)定的安全裕度實現(xiàn)正常的工作性能且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級。

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

電磁兼容的研究內(nèi)容就是找出干擾源,削弱電磁干擾。

2.2 電磁兼容設(shè)計的目的

1）電子設(shè)備內(nèi)部的電路相互不產(chǎn)生干擾,達(dá)到預(yù)期功能。

2）電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾強度低于特定的極限值。

3）電子設(shè)備對外界的電磁干擾有一定的抵抗力。

3 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3個因素，即電磁干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備。所以，在解決電磁干擾問題時，要從這3個因素入手，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(chǎn)品，應(yīng)該從設(shè)計開始階段就考慮電磁兼容問題，進(jìn)行電磁兼容設(shè)計。常用的有效方法有接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)。

4 屏蔽技術(shù)的應(yīng)用

4.1 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(dá)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(dǎo)體材料，并利用電磁波在屏蔽導(dǎo)體表面產(chǎn)生反射以及在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)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播。

4.2 影響屏蔽效果的幾個因素及其解決措施

4.2.1 材料

當(dāng)電磁波通過金屬板時，由于金屬板產(chǎn)生感應(yīng)渦流形成歐姆損耗，并轉(zhuǎn)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(chǎn)生吸收損耗。金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)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。

因此，在選擇屏蔽材料時，綜合其他因素應(yīng)遵循以下原則。

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

2）當(dāng)干擾電磁場的頻率較低時，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴散到屏蔽的空間去。

4.2.2 縫隙、孔洞

屏蔽體的屏蔽效能不僅取決于構(gòu)成屏蔽體的材料，而且取決于屏蔽體的結(jié)構(gòu)。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(fēng)口、不同部分結(jié)合的縫隙等。由于這些導(dǎo)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。

1）對于有孔縫的機箱,應(yīng)將孔縫盡量布置于遠(yuǎn)離激勵源的地方。

2）增加接縫處的重疊尺寸。

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

4）開孔設(shè)計。

當(dāng)開孔面積相同時，應(yīng)盡量少開大孔以及細(xì)長孔。對于可集中、又可分開開孔的機箱，應(yīng)分別開孔，以減少泄漏量。

5）加接金屬導(dǎo)管。

一般來說,對大的孔洞，在實際設(shè)計中常采用金屬通風(fēng)道，當(dāng)頻率高于100 MHz時，可采用波導(dǎo)管作為通風(fēng)道。由于金屬管相當(dāng)于一個高通濾波器，使低于金屬管截止效率的電磁場經(jīng)過管內(nèi)傳遞有很大的衰減，所以就減小了孔洞引起的泄漏。

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

屏蔽只是減少電子設(shè)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(yīng)用，從根本上解決電子設(shè)備的電磁兼容問題。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用屏蔽技術(shù)采取的措施

4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)系列機柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

對電磁屏蔽的考慮主要是通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式使機柜框架與門、側(cè)板等內(nèi)部構(gòu)件導(dǎo)通，形成一個密閉的導(dǎo)通環(huán)，來達(dá)到電磁屏蔽的目的。標(biāo)準(zhǔn)系列機柜采用的鋁型材表面進(jìn)行了鉻酸導(dǎo)電鈍化處理，保證了整體框架拼裝后電氣導(dǎo)通，機柜采用的鍍鋅彩鋼板柜門、側(cè)板與電磁屏蔽膠條連接處不做表面處理，保證了電磁屏蔽膠條與柜門、側(cè)板電氣導(dǎo)通的可靠性，對有通風(fēng)要求的，可在柜門、側(cè)板上沖孔徑符合電磁屏蔽要求的網(wǎng)孔；另外，在機柜頂部或底部進(jìn)出線處采用導(dǎo)電海綿作為密閉填充料，可使進(jìn)出線的屏蔽層通過導(dǎo)電海綿與機柜良好接觸，確保設(shè)備整體導(dǎo)通，從而使整個機柜達(dá)到電磁兼容性能等級。

4.3.2 其他屏蔽物的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）合理設(shè)計屏蔽體形狀。

盒形屏蔽體比板狀要好，全封閉的優(yōu)于開有窗口和縫隙的。為獲得高屏蔽效能，要盡量縮小開孔面積和減少開孔數(shù)量。

2）減小盒體與盒蓋的接觸電阻，可采取以下結(jié)構(gòu)措施。

①在盒體盒蓋之間安裝梳形彈片。

②使用盡量多的螺釘，增加接觸點數(shù)和壓力。

③使用電磁密封襯墊（表面導(dǎo)電的彈性物質(zhì)），消除縫隙上的不接觸點。

3）雙層屏蔽蓋結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高屏蔽的效能。

4）有隔板的屏蔽盒體內(nèi)采用分開的屏蔽蓋，以減小其間的寄生耦合。如圖1所示。

圖1（a）為在有一個隔板的屏蔽盒內(nèi)采用一個屏蔽蓋。圖1（b）為分開的兩個屏蔽蓋，顯然分開的屏蔽蓋結(jié)構(gòu)的屏蔽效果優(yōu)于一個屏蔽蓋的結(jié)構(gòu)。

5）合理選擇屏蔽體材料

屏蔽體的材料應(yīng)選用良導(dǎo)體，如銅、鋁等。阻抗越小，其屏蔽性能越好。

電屏蔽體的厚度，一般取決于結(jié)構(gòu)需要。

6）高頻電磁干擾作用下，電磁屏蔽殼體應(yīng)采用高導(dǎo)電率材料，一般用鋁或銅制作。

7）金屬殼體材料厚度只要能滿足結(jié)構(gòu)強度和加工工藝要求，大都能滿足屏蔽要求。

8）金屬殼體盡量封閉：為提高屏蔽效能，要求屏蔽體在電氣上盡量連續(xù)，因此應(yīng)盡量減小孔和縫，對必不可少的孔、縫，應(yīng)采取防護(hù)措施。

①縫隙泄漏：影響屏蔽完整性的主要原因是屏蔽體上的接縫。要提高屏蔽性能，就要求每一條接縫應(yīng)該是電磁密封的。

為了提高縫隙的屏蔽效能，通常采用下列措施。

a.增加縫隙深度。

b.安裝導(dǎo)電襯墊。

c.涂導(dǎo)電涂料。

d.縮短螺釘間距：在不加導(dǎo)電襯墊時，螺釘間距一般應(yīng)小于最高頻率的1％波長，至少不大于1/20波長。

e.安裝梳形簧片。

f.使用屏蔽膠帶。

②通風(fēng)孔洞的屏蔽。

a.孔洞面積盡量要小。

b.孔洞形狀對屏蔽效能的影響：在孔的面積相等時，正方形孔比圓孔泄漏大，長方形孔比正方形孔泄漏大。盡量使孔洞的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波段的最小波長。

c.覆蓋金屬絲網(wǎng)：金屬網(wǎng)的網(wǎng)孔越小，金屬絲導(dǎo)電性越好，其屏蔽效果越好。

d.為保險絲、插孔等加蓋金屬帽。

③顯示窗屏蔽設(shè)計。

a.盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容器濾波。

b.在不能從后面屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時，要用于機殼連續(xù)連接的金屬網(wǎng)或?qū)щ姴Ａ帘沃甘酒?顯示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理的透光度條件下，對30～1 000 MHz的屏蔽效能可達(dá)50～110 dB。在透明塑料或玻璃上鍍上透明導(dǎo)電膜，其屏蔽效果一般不大于20 dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累。

9）屏蔽體本身并不要求接地，但為了消除靜電效應(yīng)，通常都將電磁屏蔽體良好接地，此時既起電磁屏蔽作用，又起靜電屏蔽作用。

5 結(jié)束語

以上分析了影響電磁屏蔽效果的一些因素及相應(yīng)的解決方法，如果能在屏蔽的生產(chǎn)、使用、維護(hù)中充分地應(yīng)用這些措施，電磁的屏蔽效能一定會有較大的改進(jìn)。但是也要認(rèn)識到電磁兼容性控制是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計、研制、生產(chǎn)、使用與維護(hù)的各個階段充分地考慮和實施才可能有效。隨著電子設(shè)備工作速度越來越高，電磁干擾及抑制問題日益突出。在不久的將來，EMC科學(xué)將會形成高度綜合、完整的一大學(xué)科。同時，EMC的預(yù)測、協(xié)調(diào)、監(jiān)控和應(yīng)用等會得到飛速發(fā)展。

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