陳克難

（中國工程物理研究院電子工程研究所，綿陽 621900）

前言

在電子儀器的研制和生產過程中，如果單元電路良好，但屏蔽設計不合理，就會降低電路設計指標，有時甚至導致儀器工作不正常。因此在電子儀器結構設計中屏蔽設計必須給于充分的重視，現在僅就現實工作中所進行的一些具體做法與各位同行共享。

1 電屏蔽

電場屏蔽是為了消除兩個電路之間由于發(fā)布電容的耦合產生的干擾，最好的辦法是在感應源與受感器之間加入一塊接地良好的金屬隔板，把發(fā)布電容短接到地，就可以達到電場屏蔽的目的。而一個導電性良好的機殼，就是一個理想的地。在過去的儀器研制、生產過程中，為了將兩個單元線路屏蔽開來，圖1所示的辦法是一種典型的例子，金屬屏蔽板插在開槽的膠木板中間，而機殼是用陽極化的鋁板（不導電）構成的。這塊接地不良的金屬板，不但沒有起屏蔽作用。反而對屏蔽是有害的，因為在沒有加屏蔽之前一個分箱g（感應源）在另一個S（受感器）上所感應的電壓為感應電壓，當屏蔽板加入后，由于接地不良，它與地有很小的發(fā)布電容，所以產生了大于屏蔽板加入前的感應電壓。

圖1 兩個單元線路屏蔽圖

同樣的道理，壓板的加入對屏蔽也是無益的，因為壓板的跨度大，不但不能起到壓板的作用，反而相當于一個接地不良的蓋板，蓋在兩個需要屏蔽的分箱上。在高頻時，壓板的寄生電容和寄生電感組成的分壓器，進一步把兩個分箱耦合起來，上面所談的這種設計的錯誤在于：

1)機殼雖然由鋁板組成，但陽極化后生成的氧化膜是絕緣層，使機殼成為不良導體。

2)印制板和金屬板的導板用的是絕緣材料膠木板，使印制板和屏蔽板都無法接地。

針對上述的問題我們采取了兩項措施：

1)將鋁板的陽板化處理改為化學導電氧化，雖然耐蝕性差一些，但整機機殼導電性良好。

2)設計了一種由導電性，彈性俱佳的鈹青銅做成的卡緊簧片把它鉚在經化學導電氧化的鋁板上做導板，印制板的邊緣有5mm接地線，當插入導板后，便經過5mm地線，屏蔽板也被卡緊簧片卡牢，接地良好。這種卡緊簧片得到了廣泛的應用，被頂為標準。

2 磁屏蔽

磁屏蔽是抑制或消除發(fā)布電感的耦合。

恒定磁場和低頻磁場的屏蔽采用對磁場分路的辦法，即用相對導磁率高的材料做成屏蔽物，由于屏蔽物的μ值高，磁阻少，所以大部分磁力線都在屏蔽物的壁內通過，這樣就大大減少了寄生電感的影響，目前我們最常用的導磁材料為1j79坡莫合金，這種坡莫合金在真空（或氫氣）中退火，μ值最高可達到200000高斯/奧斯特。

低頻磁屏蔽在我們工作中遇到最多的情況是對電源變壓器及顯像管的屏蔽。

為了防止外來磁場對于、電子束聚焦的影響，我們通常采用坡莫合金做成的屏蔽罩，經過真空退火處理，對示波管進行屏蔽，沿屏蔽罩長度方向盡量減少焊縫和狹長的開槽，因為與電子束垂直的磁力線較之與電子束平行的磁力線對電子束聚焦的影響更大，需要時盡量開園孔，避免開距形孔（見圖2所示）。因為距形孔比相同面積的園孔對屏蔽效能影響更大。由于縫隙的天線效應，必須使縫隙的直線尺寸不大于1/10，洞孔的尺寸不大于1/5最短工作波長。

對于制作良好的小功率變壓器一般不用屏蔽，因為絕大多數磁通已在鐵芯中閉合，漏感較少，鐵芯本身就是低頻變壓器的最主要的屏蔽物，對于大功率100VA以上的功率變壓器，其漏磁通也可以產生比較大的干擾，有時也用1j79坡莫合金做成屏蔽罩進行屏蔽。由于大功率變壓器發(fā)熱量大，在屏蔽罩上要開通風孔不應大于3mm，以免影響屏蔽效果。

3 電磁屏蔽

電磁屏蔽主要是用來防止高頻電磁場的影響，它是采用低電阻的金屬材料作屏蔽物，用電磁場在屏蔽金屬內部產生渦流從而起到屏蔽作用，一般所謂屏蔽，多半是指電磁屏蔽。由于高頻趨膚效應的作用，渦流密度沿金屬截面的分布是不均勻的，其規(guī)律為

其中：X0為透入深度，即電流密度和磁場強度減少到表面處的e分分之一的深度。

圖2 開孔示意圖

由理論計算得

其中ρ-材料電磁率；μ0-真空的導磁率；μ-材料相對導磁率；F-頻率。

由計算公式可知，在同一頻率下，材料的屏蔽效果由它的電阻率ρ和相對導磁率μ的比值來表示的。

在高頻屏蔽中，雖然鋼的μ值比較高但由于ρ值較大，渦流損耗大。并有磁帶現象而不易采用，一般應采用非磁性導電良好的金屬材料，如銅、鋁做屏蔽材料，頻率較高時，可以在其表面鍍銀，特別是鋁表面鍍銀，價格又便宜，重量又輕而屏蔽效果又好，應盡量采用。

4 電子設備屏蔽設計的綜合考慮

以上所述的電場、磁場、電磁場的三種干擾，在一種電子儀器中往往是同時存在的，所以在進行屏蔽設計時必須進行綜合考慮，才能達到所需要的屏蔽效果。

任何電路各個部分工作的地電流總要經過回流。而構成儀器結構的底座，外殼就成為地電流回流的必經之“地”。因此底座、機殼阻抗的大小與寄生耦合的大小有著直接的關系。特別在高頻，不但地電阻的高頻值變得不可忽略，且隨頻率不同，會成為感性或容性阻抗，造成不良影響。因此接地通路設計是屏蔽設計的首要任務。

要屏蔽儀器外來的干擾或防止該儀器干擾影響的儀器，一個結構嚴密，設計合理的機箱實際上是這臺儀器的一個良好的屏蔽機殼。構成機殼的各種構件應接觸良好，盡量減少孔隙，當不得已非要有孔隙時，盡量減少其尺寸。如洞孔較大（風扇罩）應安裝金屬網，并刮掉金屬網與面板接觸部分的涂層。鋁材做成的各種結構件均采用導電氧化。如果對屏蔽要求很高或屏蔽的頻率范圍很廣，則應采取多層屏蔽，低于5-10kHz的恒定磁場和低頻磁場的多層屏蔽罩一般采用的磁性材料，層與層之間可以是空氣隙或絕緣材料，若要在較寬的頻率范圍內進行屏蔽，就采用不同的材料（鐵磷性材料和非鐵磷性材料）組成的雙層屏蔽罩進行屏蔽。這樣的屏蔽罩基本上滿足、排除了外來干擾，對于線路設計的原定指標的實現起到了保證作用。另外鋁制外屏蔽罩即是屏蔽件，也是結構件，它將厚度薄、強度差、不允許碰的坡莫合金的內屏蔽罩包容在內部，這樣就避免了裝配、調試、運輸、儲存中可能受到的碰 ，使磁性得以保持。

5 小結

對電子儀器的干擾和被干擾隨時隨地都存在，有時對于干擾源進行嚴格的屏蔽較之對受干擾器件進行屏蔽更為方便，而有時對干擾特別敏感的元件又進行單獨屏蔽。有時電場、磁場同時屏蔽則只需將屏蔽物良好接地即可。不同的電子儀器對屏蔽設計的要求不同。因此，結構設計人員必須與線路設計人員密切配合，因地制宜進行合理有效的屏蔽設計，以保證線路設計達到預定指標。

[1] 山崎弘郎. 電子抗干擾技術[M].北京： 科學出版社, 1999.

[2] Matcrials Electonic Products Corp.Solid state cooling with Thermoelectric. 1993.

[3] 諸幫田.電子電纜實用抗干擾技術[M].北京人民郵電出版社，2000.