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[摘 要] 随着电子技术的高速发展，电子设备的密集程度越来越大，电磁干扰情况也越来越突出。为确保电子设备在工作时不会受到外界电磁场的干扰，同时不对该环境中其他设备造成不允许的电磁干扰，必须对电子设备进行电磁屏蔽设计。本文阐述了电子设备屏蔽设计要求、屏蔽效能的影响因素、电子设备应采取的屏蔽措施，并通过屏蔽设计改进实例说明电磁屏蔽技术在电子设备结构设计中的重要作用。
[关键词] 孔隙 屏蔽效能 屏蔽措施
随着各种电子设备数量的与日俱增和大量使用，其密集程度越来越大，电磁环境日渐恶化，使电子设备处在相当恶劣的电磁环境中，因此电子设备必须具有良好的抗干扰能力。为确保这些设备在工作时不会受到外界电磁场的干扰，同时不对该环境中其他设备造成不允许的电磁干扰，必须对电子设备进行电磁屏蔽。这就对设备的电磁屏蔽性能提出了更高要求。
一、电磁屏蔽原理
单纯的电场或磁场干扰源很少见，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。电磁场屏蔽用于抑制干扰源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰，它必须同时屏蔽电场和磁场，通常采用电阻率小的良导体材料，空间干扰电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。
二、电磁屏蔽的有效性
屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能使电磁波的强度大大衰减，因此通常用分贝来表述屏蔽效能，这时屏蔽效能的定义公式为：SE =201g (El／E2) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能，而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体。
要确定使用什么材料制造屏蔽体，需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关。工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为：SE=A+R(dB)，式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗，是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的，计算公式为：A=3．34t(fμrσr)(dB)
t=材料的厚度，μr=材料的磁导率，σr=材料的电导率，对于特定的材料，这些都是已知的。f=被屏蔽电磁波的频率。式中的R称为屏蔽材料的反射损耗，是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的，计算公式为：R=201g(Zw／Zs) (dB)，式中，Zw=电磁波的波阻抗，Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值：Zw=E／H。在距离辐射源较近(<λ／2π，称为近场区)时，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低)，则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为低阻抗波，或磁场波。若辐射源为高电压，小电流(辐射源电路的阻抗较高)，则波阻抗大于377，称为高阻抗波或电场波。当距离辐射源较远(>λ／2π，称为远场区)时，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377Ω。一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供lOOdB以上的屏蔽效能。
三、屏蔽效能的影响因素
影响屏蔽效能的因素有2个：一个是整个屏蔽体的表面必须是导电连续的，孔、洞、缝隙对电磁屏蔽产生较大影响。另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。第2个因素比较好理解，这里重点分析孔、洞、缝隙问题。
1、缝隙问题
屏蔽体上有很多导电不连续点，最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙，这些不导电缝隙产生了电磁泄漏。解决这种泄漏的一种方法是在缝隙处填充弹性导电材料，消除不导电点。这些弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。
是不是所有屏蔽体的缝隙都要用电磁密封衬垫密封来防止电磁泄漏呢?不是的。因为缝隙是否泄漏电磁波，取决于缝隙相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于缝隙尺寸时．并不会产生明显的泄漏。因此，当干扰的频率较高时。这时波长较短，就需要使用电磁密封衬垫。具体说。当干扰频率超过10MHz时，就要考虑电磁密封衬垫。
一旦知道屏蔽罩内电磁波辐射的频率。就可以计算屏蔽罩的最大允许缝隙。根据孔隙直线尺寸原则，缝隙长度应小于工作波长的1／15。实际上，当缝隙长度大于波长的1／20时．有可能构成缝隙天线。
2、孔洞问题
电子设备机箱上常装有各种开关、显示器、电连接器、保险丝，因此在面板上就要加工出与之对应的安装孔；为了增加机箱的散热效果，机箱上需开有侧板孔、抽气扇进风孔和排气扇排风孔等。开孔的形状和周长都必须符合要求。机箱内部的电磁波会在机箱表面形成感应电流，当电流通过孔时，会以辐射的方式发射能量，此辐射能量的大小与孔的形状和周长有关。相同面积的孔中，圆形孔的周长最小。
四、电子设备应采取的屏蔽措施
电子设备采取何种屏蔽措施，要根据设备的工作频率、工作环境、设备结构形式、加工成本要求等综合因素进行考虑。选择经济适用且能满足屏蔽要求的措施，可采用的屏蔽措施具体如下：
1、 屏蔽体材料：对于高频电子设备，屏蔽体材料应选用良导体如铜、铝等。对于低频电子设备，屏蔽体材料应选用铁磁性材料钢、电工软铁、硅钢片等；2、 缝隙：没有密封要求的机箱，机箱侧板、盖板等与箱体搭接缝隙都安装镀铜簧片。它能在需要低闭合压力设备中提供高的屏蔽；有密封要求的机箱，缝隙处采用导电密封衬垫进行密封。导电密封衬垫有一定压缩量，可按产品手册选择结构参数，一般矩形槽截面积为0．9-0．95倍〇形导电衬垫标称截面积。截面设计不允许出现过填充现象。对不能采取铍铜簧片、电磁屏蔽密封衬垫的缝隙，采用屏蔽胶带密封，选用铜屏蔽胶带。凡是安装导电密封衬垫和导电簧片的表面都涂环氧树脂导电胶。在结合面无屏蔽措施时，尽可能地减小螺钉间距，增加螺钉数量，即缝隙长度 至少小于1／20波长；3、 连接器：连接器部位安装电磁屏蔽密封衬垫，这些衬垫屏蔽效能可达1o0 dB；4、 进出风口：可采用蜂窝板或蒙乃尔丝屏蔽板；5、 连接线：连接线布置接近地线和瘴板布置，应远离缝隙和空洞，地线与信号线分开布线。屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时，应对导线进行适当的屏蔽，在线上增加一个磁环来减少电磁辐射泄漏，或设计成双绞线；6、 电源开关、键盘、表头：增加金属屏蔽罩；7、 显示器：采取屏蔽玻璃屏蔽，屏蔽玻璃指标：60 dB，25O目的屏蔽玻璃，具有6O％的透光率。并在屏蔽玻璃压板与面板间安装导电橡胶条；8、 电源滤波器：把适用高频性能良好的滤波器外壳直接固定在金属板上，滤波器输入部分线缆长度尽量短，并将输入端线缆用金属盒体进行屏蔽，并以最低阻抗连接滤波器外壳和开关电源外壳，滤波器的地以最短距离与机壳地连接；9、 器件：按信号流向布置器件，使接线最短。并使辐射源到开孔口的距离尽量远；10、 接地：通常电路工作在1MHz以下时，可以采用单点接地：而频率在10MHz以上时可以采用多点接地，在1 MHz和10 MHz之间时，如果最长的接地线不超过波长的1／20，可以采用单点接地，否则采用多点接地。
五、结束语
电磁屏蔽设计是不可忽视的问题，直接影响到设备的工作可靠性。需要我们在设备的结构设计中对设备的电磁屏蔽进行分析和控制，重点地采取屏蔽措施，实现电子设备的最佳屏蔽。 ■
[关键词] 孔隙 屏蔽效能 屏蔽措施
随着各种电子设备数量的与日俱增和大量使用，其密集程度越来越大，电磁环境日渐恶化，使电子设备处在相当恶劣的电磁环境中，因此电子设备必须具有良好的抗干扰能力。为确保这些设备在工作时不会受到外界电磁场的干扰，同时不对该环境中其他设备造成不允许的电磁干扰，必须对电子设备进行电磁屏蔽。这就对设备的电磁屏蔽性能提出了更高要求。
一、电磁屏蔽原理
单纯的电场或磁场干扰源很少见，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。电磁场屏蔽用于抑制干扰源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰，它必须同时屏蔽电场和磁场，通常采用电阻率小的良导体材料，空间干扰电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。
二、电磁屏蔽的有效性
屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能使电磁波的强度大大衰减，因此通常用分贝来表述屏蔽效能，这时屏蔽效能的定义公式为：SE =201g (El／E2) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能，而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体。
要确定使用什么材料制造屏蔽体，需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关。工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为：SE=A+R(dB)，式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗，是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的，计算公式为：A=3．34t(fμrσr)(dB)
t=材料的厚度，μr=材料的磁导率，σr=材料的电导率，对于特定的材料，这些都是已知的。f=被屏蔽电磁波的频率。式中的R称为屏蔽材料的反射损耗，是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的，计算公式为：R=201g(Zw／Zs) (dB)，式中，Zw=电磁波的波阻抗，Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值：Zw=E／H。在距离辐射源较近(<λ／2π，称为近场区)时，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低)，则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为低阻抗波，或磁场波。若辐射源为高电压，小电流(辐射源电路的阻抗较高)，则波阻抗大于377，称为高阻抗波或电场波。当距离辐射源较远(>λ／2π，称为远场区)时，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377Ω。一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供lOOdB以上的屏蔽效能。
三、屏蔽效能的影响因素
影响屏蔽效能的因素有2个：一个是整个屏蔽体的表面必须是导电连续的，孔、洞、缝隙对电磁屏蔽产生较大影响。另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。第2个因素比较好理解，这里重点分析孔、洞、缝隙问题。
1、缝隙问题
屏蔽体上有很多导电不连续点，最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙，这些不导电缝隙产生了电磁泄漏。解决这种泄漏的一种方法是在缝隙处填充弹性导电材料，消除不导电点。这些弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。
是不是所有屏蔽体的缝隙都要用电磁密封衬垫密封来防止电磁泄漏呢?不是的。因为缝隙是否泄漏电磁波，取决于缝隙相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于缝隙尺寸时．并不会产生明显的泄漏。因此，当干扰的频率较高时。这时波长较短，就需要使用电磁密封衬垫。具体说。当干扰频率超过10MHz时，就要考虑电磁密封衬垫。
一旦知道屏蔽罩内电磁波辐射的频率。就可以计算屏蔽罩的最大允许缝隙。根据孔隙直线尺寸原则，缝隙长度应小于工作波长的1／15。实际上，当缝隙长度大于波长的1／20时．有可能构成缝隙天线。
2、孔洞问题
电子设备机箱上常装有各种开关、显示器、电连接器、保险丝，因此在面板上就要加工出与之对应的安装孔；为了增加机箱的散热效果，机箱上需开有侧板孔、抽气扇进风孔和排气扇排风孔等。开孔的形状和周长都必须符合要求。机箱内部的电磁波会在机箱表面形成感应电流，当电流通过孔时，会以辐射的方式发射能量，此辐射能量的大小与孔的形状和周长有关。相同面积的孔中，圆形孔的周长最小。
四、电子设备应采取的屏蔽措施
电子设备采取何种屏蔽措施，要根据设备的工作频率、工作环境、设备结构形式、加工成本要求等综合因素进行考虑。选择经济适用且能满足屏蔽要求的措施，可采用的屏蔽措施具体如下：
1、 屏蔽体材料：对于高频电子设备，屏蔽体材料应选用良导体如铜、铝等。对于低频电子设备，屏蔽体材料应选用铁磁性材料钢、电工软铁、硅钢片等；2、 缝隙：没有密封要求的机箱，机箱侧板、盖板等与箱体搭接缝隙都安装镀铜簧片。它能在需要低闭合压力设备中提供高的屏蔽；有密封要求的机箱，缝隙处采用导电密封衬垫进行密封。导电密封衬垫有一定压缩量，可按产品手册选择结构参数，一般矩形槽截面积为0．9-0．95倍〇形导电衬垫标称截面积。截面设计不允许出现过填充现象。对不能采取铍铜簧片、电磁屏蔽密封衬垫的缝隙，采用屏蔽胶带密封，选用铜屏蔽胶带。凡是安装导电密封衬垫和导电簧片的表面都涂环氧树脂导电胶。在结合面无屏蔽措施时，尽可能地减小螺钉间距，增加螺钉数量，即缝隙长度 至少小于1／20波长；3、 连接器：连接器部位安装电磁屏蔽密封衬垫，这些衬垫屏蔽效能可达1o0 dB；4、 进出风口：可采用蜂窝板或蒙乃尔丝屏蔽板；5、 连接线：连接线布置接近地线和瘴板布置，应远离缝隙和空洞，地线与信号线分开布线。屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时，应对导线进行适当的屏蔽，在线上增加一个磁环来减少电磁辐射泄漏，或设计成双绞线；6、 电源开关、键盘、表头：增加金属屏蔽罩；7、 显示器：采取屏蔽玻璃屏蔽，屏蔽玻璃指标：60 dB，25O目的屏蔽玻璃，具有6O％的透光率。并在屏蔽玻璃压板与面板间安装导电橡胶条；8、 电源滤波器：把适用高频性能良好的滤波器外壳直接固定在金属板上，滤波器输入部分线缆长度尽量短，并将输入端线缆用金属盒体进行屏蔽，并以最低阻抗连接滤波器外壳和开关电源外壳，滤波器的地以最短距离与机壳地连接；9、 器件：按信号流向布置器件，使接线最短。并使辐射源到开孔口的距离尽量远；10、 接地：通常电路工作在1MHz以下时，可以采用单点接地：而频率在10MHz以上时可以采用多点接地，在1 MHz和10 MHz之间时，如果最长的接地线不超过波长的1／20，可以采用单点接地，否则采用多点接地。
五、结束语
电磁屏蔽设计是不可忽视的问题，直接影响到设备的工作可靠性。需要我们在设备的结构设计中对设备的电磁屏蔽进行分析和控制，重点地采取屏蔽措施，实现电子设备的最佳屏蔽。 ■