王宇虹

（中電15所，北京 100083）

1 概述

在電子設(shè)備的機(jī)箱中，有一類(lèi)機(jī)箱很特殊，那就是屏蔽機(jī)箱。屏蔽機(jī)箱是利用金屬導(dǎo)電性抑制機(jī)箱內(nèi)電子部件和機(jī)箱外電子設(shè)備相互電磁耦合干擾的機(jī)箱。

在預(yù)期的電子設(shè)備工作的電磁環(huán)境會(huì)嚴(yán)重干擾機(jī)箱內(nèi)部電子部件正常工作的時(shí)候，或者設(shè)備工作的環(huán)境需要保護(hù)其不受設(shè)備內(nèi)部電子部件發(fā)射的電磁干擾的時(shí)候，就需要屏蔽機(jī)箱了。

隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，電子設(shè)備越來(lái)越多，相鄰工作的電子設(shè)備之間通過(guò)電磁耦合產(chǎn)生相互干擾而不能發(fā)揮正常效能的現(xiàn)象日益增多。而采用金屬屏蔽機(jī)箱是解決電磁干擾的重要手段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程安裝中被廣泛采用。

2 機(jī)箱上孔隙對(duì)屏蔽效能的影響

屏蔽機(jī)箱一般是金屬機(jī)箱，或者是表面覆蓋了金屬薄層或?qū)w填充物的塑料機(jī)箱。如果想要取得成功的屏蔽效果，非常小心地進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和組裝作業(yè)是必要的。屏蔽機(jī)箱上的“孔隙”就像是一個(gè)“狹縫天線”，損害屏蔽機(jī)箱的屏蔽效能，單一孔隙對(duì)屏蔽效果失效的經(jīng)驗(yàn)值隨頻率變化如圖1所示。

圖1 屏蔽效能衰減值隨頻率和孔隙尺寸的變化

一個(gè)屏蔽完好的金屬機(jī)箱的屏蔽性能完全可能被下列情形破壞掉：開(kāi)安裝門(mén)需要的孔、鉆孔、安裝拙劣的濾波器、不佳的電纜屏蔽或者屏蔽層搭接，或者任由門(mén)處于非閉合狀態(tài)。當(dāng)屏蔽機(jī)箱的壁不得不開(kāi)孔時(shí)，可以采用圖2所示的污染區(qū)和潔凈區(qū)隔離的方法。

圖2 機(jī)箱內(nèi)部用金屬盒分隔示意圖

顯示屏最好放置在屏蔽玻璃后面，尤其是需要高屏蔽效能的場(chǎng)合，或者需要控制高頻干擾的場(chǎng)合。對(duì)于需要添加人機(jī)交互界面的屏蔽機(jī)箱來(lái)說(shuō)，采用電磁屏蔽觸摸屏是一個(gè)比較好的電磁兼容解決方案，只要其屏蔽連接面與機(jī)箱開(kāi)孔的周邊有良好的搭接，導(dǎo)電良好即可。

3 屏蔽電纜穿過(guò)屏蔽機(jī)箱

為獲得良好的電磁屏蔽效能，每一根進(jìn)入屏蔽機(jī)箱的屏蔽電纜在進(jìn)入機(jī)箱的入口處應(yīng)使其屏蔽層與金屬機(jī)箱壁保持良好的電連接，此處，要采用360度密封套或者帶金屬殼連接器，如圖3所示。

此時(shí)非環(huán)形封閉的屏蔽層搭接屏蔽效果不佳，最好不要采用，除非電纜沒(méi)有高頻信號(hào)傳輸。

圖3 屏蔽電纜進(jìn)入屏蔽機(jī)箱電纜屏蔽層與機(jī)箱壁環(huán)形連接

4 非屏蔽電纜穿入屏蔽機(jī)箱

進(jìn)入屏蔽機(jī)箱的非屏蔽電纜應(yīng)當(dāng)串入能提供和機(jī)箱有同樣衰減頻段的濾波器。這些濾波器應(yīng)當(dāng)安裝在電纜進(jìn)入金屬機(jī)箱的入口處的機(jī)箱壁上。只要艙壁安裝型濾波器（屏蔽連接器等）與金屬機(jī)箱開(kāi)孔四周有良好的電連接，濾波器就能提供一定的屏蔽效能。當(dāng)然，和無(wú)開(kāi)孔的金屬機(jī)箱比較，屏蔽效能還是不可避免的會(huì)有所衰弱。

當(dāng)需要中等強(qiáng)度的屏蔽效能時(shí)，僅僅依靠濾波器與金屬機(jī)箱開(kāi)孔四周的良好固定和連接就可以實(shí)現(xiàn)。但是當(dāng)需要很優(yōu)良的屏蔽效能時(shí)，尤其是在有高頻信號(hào)時(shí)，濾波器的金屬外殼和金屬屏蔽機(jī)箱開(kāi)孔四周的連接需要加入導(dǎo)電墊圈才能實(shí)現(xiàn)。

濾波高能導(dǎo)體的最好方法是采用高能饋入濾波器，此時(shí)保護(hù)外殼是需要的。另一個(gè)解決辦法是采用“屏蔽腔濾波器”，一種封閉在盒子中濾波器，這種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的濾波器在穿過(guò)屏蔽金屬機(jī)箱時(shí)，對(duì)屏蔽效能幾乎沒(méi)有損害。這類(lèi)濾波器通常有自己的屏蔽隔離空間，濾波器輸出穿過(guò)鍍鋅導(dǎo)管進(jìn)入到屏蔽金屬機(jī)箱內(nèi)。

還有一個(gè)方法是采用電磁污染區(qū)和潔凈區(qū)隔離，使用低成本的螺紋端子連接型濾波器，如圖4所示。

圖4 用隔離盒隔離螺紋端子的濾波器

采用這種方法時(shí)，要想達(dá)到較高的屏蔽效能，需要注意細(xì)節(jié)，尤其是隔離腔的四周要與金屬屏蔽機(jī)箱的縫隙盡可能小，通過(guò)縮短輸入和輸出電纜在接入端子處的長(zhǎng)度，盡量把輸入和輸出電纜分離的遠(yuǎn)點(diǎn)，減少輸入和輸出電纜在隔離腔內(nèi)的高頻耦合。雖然如此，高頻艙壁濾波器（鐵氧體磁環(huán)）仍然需要安裝在其中一根電纜上或兩根都需要安裝屏蔽磁環(huán)。

5 機(jī)箱分區(qū)

可以把金屬屏蔽機(jī)箱用螺釘連接或者焊接的方法隔離成兩個(gè)空間，一個(gè)是電磁污染區(qū)，一個(gè)是電磁潔凈區(qū)。對(duì)于非屏蔽電纜，在電磁污染區(qū)內(nèi)經(jīng)過(guò)濾波器后，再進(jìn)入機(jī)箱的潔凈區(qū)。如圖5所示。

圖5 機(jī)箱分隔空間實(shí)例

6 門(mén)、活動(dòng)面板、顯示屏和通風(fēng)

為獲得可接受的屏蔽效能，金屬屏蔽機(jī)箱上的孔在數(shù)量上應(yīng)盡量少，孔的尺寸應(yīng)盡可能小，因此，機(jī)箱上的門(mén)或者活動(dòng)面板的四周應(yīng)與金屬屏蔽機(jī)箱有良好的搭接，并且導(dǎo)電性良好。把門(mén)和活動(dòng)面板用電線或者導(dǎo)電編織帶連接到機(jī)箱上，對(duì)數(shù)兆赫茲以上的高頻電磁干擾的屏蔽效果非常不好。把門(mén)和活動(dòng)面板與機(jī)箱之間用導(dǎo)電的屏蔽密封墊填充（摻雜了鍍銀玻璃微珠的導(dǎo)電硅橡膠密封圈等）是一個(gè)解決辦法，如圖6所示。

圖6 門(mén)和活動(dòng)面板用導(dǎo)電襯墊搭接屏蔽

屏蔽密封墊可提供屏蔽密封環(huán)境，屏蔽密封墊和其接觸的金屬表面不能有非導(dǎo)電的涂覆層（油漆、噴塑等），金屬表面做適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪蕴岣吣透g能力。

彈簧叉指片可替代屏蔽密封墊安裝在門(mén)和活動(dòng)面板的周邊，但在某些應(yīng)用場(chǎng)合比較容易損壞。屏蔽密封墊和屏蔽彈簧叉指片有多種型式和規(guī)格。屏蔽密封墊的選擇需要考慮一些物理因素，諸如兼容性、壓縮形變、電化學(xué)電位序列位置，和電氣特性接觸電阻。一個(gè)可以打開(kāi)的門(mén)要求使用軟密封墊（為了較容易用手關(guān)閉），軟密封墊總是彈回初始形狀，但較難同時(shí)獲得低的接觸電阻。

顯示器最好是通過(guò)屏蔽透明窗顯示。這種透明窗可以是有表面金屬薄膜的玻璃（常是銦錫氧化物ITO）或者有金屬細(xì)絲網(wǎng)夾層的玻璃（屏蔽玻璃）。金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃有良好的性能，但如果沒(méi)有根據(jù)顯示像素大小認(rèn)真選擇絲網(wǎng)的話，會(huì)產(chǎn)生“莫爾條紋”，影響顯示效果。屏蔽玻璃四周與金屬屏蔽機(jī)箱有良好的搭接是非常重要的。

通風(fēng)孔的屏蔽可以通過(guò)加裝在周邊與金屬機(jī)箱接觸良好（導(dǎo)電性好）的金屬網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有大量小孔的金屬機(jī)箱和用金屬格柵覆蓋的大孔有同樣的屏蔽效果。市場(chǎng)上有成品通風(fēng)格柵板出售，這種成品格柵板在四周帶有屏蔽密封墊，安裝作業(yè)簡(jiǎn)單易行，只需用螺釘固定在平整的金屬機(jī)箱上即可。這些屏蔽通風(fēng)窗的屏蔽板有些是金屬絲網(wǎng)，有些采用了諸如金屬絲絨或者蜂窩波導(dǎo)板等獨(dú)特的技術(shù)來(lái)增加屏蔽效能。

7 屏蔽機(jī)箱電子設(shè)備之間的互聯(lián)

做屏蔽機(jī)箱電子設(shè)備之間的電纜連接時(shí)，屏蔽電纜在穿過(guò)機(jī)箱時(shí)應(yīng)該通過(guò)屏蔽連接器，或者在入口處安裝屏蔽密封壓件等輔助品，此時(shí)連接這兩個(gè)機(jī)箱的電纜兩端的屏蔽層都應(yīng)該與屏蔽機(jī)箱外殼有良好的導(dǎo)電連接。

非屏蔽電纜在入口處應(yīng)通過(guò)機(jī)箱壁安裝的濾波器進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)。機(jī)箱之間的連接電纜應(yīng)根據(jù)承載的信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)，彼此間隔開(kāi)應(yīng)有的距離。并與接地導(dǎo)體相伴布設(shè)。接地導(dǎo)體可以是金屬電纜管道，也可以是電纜線槽。如圖7所示。

圖7 屏蔽機(jī)箱設(shè)備之間的電纜互聯(lián)屏蔽

圖7顯示了兩個(gè)屏蔽機(jī)箱設(shè)備之間的電纜連接的安裝細(xì)節(jié)。即使非專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的普通金屬機(jī)箱采用如圖所示的連接方法時(shí)，依然可獲得較好的屏蔽效果，實(shí)現(xiàn)電磁兼容性。

請(qǐng)注意互相連接的兩個(gè)電子設(shè)備的屏蔽電纜并沒(méi)有使用電纜的屏蔽層做為電流的回路，而是專(zhuān)門(mén)使用了電纜的一根電線。同軸電纜的外層導(dǎo)體承載回路電流的同時(shí)，兼做電纜的屏蔽層，這種結(jié)構(gòu)會(huì)由于電纜的屏蔽層與外導(dǎo)管之間不恰當(dāng)絕緣產(chǎn)生一些麻煩。屏蔽雙絞線，或雙軸線，或者三軸線，或類(lèi)似的電纜（具有內(nèi)部導(dǎo)體用于信號(hào)和回路電流以及專(zhuān)門(mén)的屏蔽層用于承載耦合干擾電流的電纜），最好用同軸電纜替代，除非設(shè)備供應(yīng)商為保證電磁兼容性特別說(shuō)明了安裝要求。

8 結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了電子設(shè)備需要屏蔽機(jī)箱的原因，屏蔽金屬機(jī)箱上孔隙大小對(duì)屏蔽效能的影響。接著簡(jiǎn)單介紹了電纜穿過(guò)金屬屏蔽機(jī)箱的屏蔽措施和處理技術(shù)，表頭安裝的隔離盒分區(qū)方法，電纜穿壁的分區(qū)隔離技術(shù)，簡(jiǎn)單介紹了門(mén)和顯示器的屏蔽技術(shù)和安裝處理的細(xì)節(jié)。最后，介紹了屏蔽機(jī)箱之間電纜互聯(lián)的處理技術(shù)和安裝注意事項(xiàng)。

參考文獻(xiàn):

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[2]Keith Armstrong.EMC for Systen and Installations 〔EB/OL〕.Eng MIEE MIEEE,2004.8.