周海亮

（洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南 洛陽(yáng)471000）

1 概述

對(duì)新研制的機(jī)載電子設(shè)備，應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初就考慮電磁兼容問題，進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。常用的有效方法有濾波技術(shù)、接地技術(shù)和屏蔽技術(shù)等。電磁場(chǎng)通過金屬材料隔離時(shí)，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度明顯降低，這種現(xiàn)象就是金屬材料的屏蔽作用。機(jī)載電子設(shè)備的電磁屏蔽主要依靠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，屏蔽方案一般有機(jī)殼屏蔽、單板屏蔽和單板局部屏蔽等，本文主要對(duì)機(jī)殼屏蔽設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁屏蔽

機(jī)載電子設(shè)備的電磁屏蔽主要依靠機(jī)殼屏蔽，機(jī)殼作為連續(xù)屏蔽體來提高設(shè)備的屏蔽效能。但是在機(jī)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不可避免會(huì)存在縫隙和開孔等不連續(xù)屏蔽缺陷，針對(duì)該現(xiàn)象，下面對(duì)機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中縫隙和開孔的處理進(jìn)行了闡述。

2.1 縫隙的屏蔽設(shè)計(jì)

實(shí)際上，屏蔽體上面不可避免地存在各種縫隙、開孔以及進(jìn)出電纜等各種缺陷，這些缺陷將對(duì)屏蔽體的屏蔽效能有急劇的劣化作用。這些縫隙的屏蔽設(shè)計(jì)是屏蔽體屏蔽設(shè)計(jì)中最復(fù)雜，最關(guān)鍵的一部分。縫隙的屏蔽設(shè)計(jì)是體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員水平的最關(guān)鍵的技術(shù)。

縫隙的屏蔽作用由兩部分組成：一是縫隙開口處的阻抗與空間阻抗不匹配，引起電磁波反射損耗；二是電磁波透入縫隙后，在內(nèi)部傳輸時(shí)將產(chǎn)生傳輸損耗。

縫隙的傳輸損耗為：

式中：t 縫隙的深度，單位cm；

l 縫隙的長(zhǎng)度，單位cm。

從上面的分析可以看出，縫隙的屏蔽效能除了與電磁波特性有關(guān)之外，主要與縫隙的深度t 和縫隙的長(zhǎng)度l有關(guān)。增大縫隙的深度，減小縫隙的長(zhǎng)度將增大縫隙的屏蔽效能。請(qǐng)注意縫隙的屏蔽效能與縫隙的寬度h 并沒有關(guān)系，因此縫隙的屏蔽效能取決于縫隙的最大尺寸，而不是其面積。

2.2 緊固點(diǎn)直接連接

緊固點(diǎn)直接連接的方案工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，一般是首選的方法，如圖1 所示。

圖1 緊固點(diǎn)直接連接

縫隙的屏蔽效能與電磁波的特性、材料的導(dǎo)磁率、導(dǎo)電率、縫隙的最大尺寸，縫隙的深度等因素有關(guān)。其中結(jié)構(gòu)方案中最關(guān)注的就是縫隙的最大尺寸L 和縫隙的深度D，這兩點(diǎn)是決定縫隙屏蔽效能的主要因素。根據(jù)分析得結(jié)論，減小縫隙的最大尺寸，增加縫隙的深度有利于提高縫隙的屏蔽效能。另外，保證零件連接面良好的導(dǎo)電性是屏蔽的基本要求，尤其需要注意噴漆零件必須在連接面保證可靠的噴漆保護(hù)，哪怕是一點(diǎn)油漆也將急劇破壞縫隙的屏蔽效能。

為了減小縫隙的最大尺寸，最直接的方法就是減小緊固點(diǎn)的間距。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中這是非常常用的措施，往往許多產(chǎn)品由于考慮到屏蔽的需求增加了許多螺釘，這些很正常的現(xiàn)象。表1 為緊固點(diǎn)距離的推薦值。

表1 緊固點(diǎn)距離的推薦值

需要注意的是，縫隙的最大尺寸并不等于緊固點(diǎn)的間距。實(shí)際上，在緊固點(diǎn)之間材料還是存在很大的可能性會(huì)接觸在一起的。因此縫隙的最大尺寸除了與緊固點(diǎn)間距有密切的關(guān)系之外，還與縫隙具體的連接結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，提高縫隙零件表面精度和零件的剛性將有助于減小縫隙的最大尺寸。為了提高屏蔽性能，僅僅靠減小緊固點(diǎn)的間距是不可取的，應(yīng)該綜合考慮采取更加合理的結(jié)構(gòu)形式來減小縫隙的最大尺寸。

圖3 用了剛性較好的型材，故比圖2 的屏蔽性要好。

圖2 板材直接連接

圖3 采用型材的連接

2.3 縫隙中安裝屏蔽材料實(shí)現(xiàn)電連接

當(dāng)縫隙的結(jié)構(gòu)形式是活動(dòng)縫隙或者不能使用太多的緊固點(diǎn)時(shí)，可以在縫隙中安裝屏蔽材料。舉例：機(jī)殼的蓋板與箱體之間的連接，為了拆卸方便需要減少緊固件，不能完全采用緊固方式來屏蔽，這時(shí)必須采用屏蔽材料，利用屏蔽材料的彈性來保證電連續(xù)性。其實(shí)零件與屏蔽材料之間的接觸阻抗與零件本身的特性也有關(guān)系，但是前面連續(xù)屏蔽體的屏蔽分析中可以看出，金屬材料本身的屏蔽性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工程實(shí)際需要，因此我們可以忽略零件本身的特性對(duì)縫隙屏蔽效能的影響?？傊?，縫隙中安裝屏蔽材料后，其屏蔽效能主要由屏蔽材料本身的屏蔽特性、屏蔽材料與零件之間的接觸阻抗。

合理的結(jié)構(gòu)形式有利于提高縫隙的屏蔽效能。屏蔽材料在縫隙中具體安裝形式主要有：卡裝、PSA 膠粘接、直接緊固（點(diǎn)焊、螺釘?shù)龋┻B接等形式。一般推薦使用卡裝或者直接緊固的方式。采用PSA 膠粘接時(shí)需要用導(dǎo)電膠粘接。另外，有部分屏蔽材料要求必須采用安裝槽的形式。保證屏蔽材料可靠的壓縮對(duì)于縫隙屏蔽設(shè)計(jì)至關(guān)重要，必須保證屏蔽材料的壓縮量在許可范圍之內(nèi)，保證屏蔽材料與零件之間可靠接觸，同時(shí)也注意不能過度壓縮。在確定縫隙的屏蔽設(shè)計(jì)方案時(shí)，并不能簡(jiǎn)單地將設(shè)計(jì)的縫隙認(rèn)為就是屏蔽材料的壓縮量。由于屏蔽材料本身的彈性，決定了零件上面有較大的彈性力。所以，屏蔽材料壓縮后的高度應(yīng)該是縫隙的高度加上零件的彈性變形量。確定縫隙的結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)預(yù)先根據(jù)屏蔽材料的彈性系數(shù)估計(jì)零件的變形量，合理選擇縫隙的高度，保證屏蔽材料的壓縮量在規(guī)定的范圍之內(nèi)。如果零件的彈性變形超過了規(guī)定的范圍，應(yīng)該采取措施增加零件的剛性或者增加緊固點(diǎn)的數(shù)量。

對(duì)于發(fā)熱量較大的設(shè)備，單純靠傳導(dǎo)散熱不能滿足要求時(shí)，需要在設(shè)備上開通風(fēng)孔進(jìn)行散熱。通風(fēng)孔上面的電磁泄漏，可能導(dǎo)致屏蔽體整體屏蔽效能的降低。通風(fēng)孔的屏蔽效能與場(chǎng)源的特性、離源的距離、頻率、開孔的最大尺寸以及開孔的面積等諸多因素相關(guān)。

金屬絲網(wǎng)孔隙率大，十分適合于散熱要求高的場(chǎng)合。金屬絲網(wǎng)的屏蔽效能難以做得很高，一般不高于20dB/1GHz，與穿孔金屬板的屏效能相當(dāng)。不過，金屬絲網(wǎng)需要專門的安裝框，并需要采取必要的措施保證安裝縫隙的屏蔽。因此金屬絲網(wǎng)反而會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。綜合考慮起來，一般盡可能推薦使用穿孔金屬板，不主張使用金屬絲網(wǎng)。

這種通風(fēng)孔一般是用模具直接成型的，加工成本十分低。穿孔金屬板開孔的最大尺寸對(duì)屏蔽效能影響最大，其次是孔深，影響最小的是孔間距。開孔的最大尺寸越小，孔深越大，孔間距越大，金屬板的屏蔽效能越高。由于穿孔金屬板的屏蔽效能與開孔的最大尺寸有關(guān)，而不是孔的面積。因此在保證足夠的通風(fēng)面積的前提下，推薦開孔為圓孔和六角形孔，其次是方孔。一般不要開腰形孔甚至細(xì)長(zhǎng)孔?？椎淖畲蟪叽缤扑]為4 -8mm，具體與屏蔽效能指標(biāo)有關(guān)。由于穿孔金屬板的屏蔽效能與孔的最大尺寸、孔深的關(guān)系最大，因此一般盡可能開小孔，開十分密，保證足夠的屏蔽效能的同時(shí)，也保證有足夠的孔隙率。由于板厚的增加有利于提高屏蔽效能，一般建議盡可能選取厚一點(diǎn)的通風(fēng)板。

3 結(jié)論

為了保證機(jī)載電子設(shè)備的電磁兼容性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮結(jié)構(gòu)部分對(duì)設(shè)備的電磁屏蔽。影響其屏蔽效能的主要因素就是縫隙和開孔，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合各方面因素，按照設(shè)備的性能需求確定縫隙和開孔的設(shè)計(jì)方案。機(jī)載電子設(shè)備的電磁屏蔽設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性十分強(qiáng)的科學(xué)，除了理論分析指導(dǎo)，還應(yīng)該更加關(guān)注實(shí)際運(yùn)用中的效果，在實(shí)踐中不斷總結(jié)，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。