機柜通風(fēng)孔的電磁屏蔽設(shè)計

機柜通風(fēng)孔的電磁屏蔽設(shè)計1、EMC定義各權(quán)威機構(gòu)或?qū)＜覍﹄姶偶嫒荻加凶约旱囊娊?，互相略有不同。通俗的說電磁兼容（EMC）是設(shè)備或分系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。解決電磁兼容應(yīng)當(dāng)站在系統(tǒng)的角度，全面地看待問題。電磁兼容涉及電路設(shè)計、PCB布線、電纜設(shè)計、系統(tǒng)布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面問題，甚至與軟件設(shè)計都有關(guān)系。2、解決EMC問題的手段當(dāng)設(shè)備中“電磁干擾源—耦合途徑—敏感部件”三要素同時存在時，才會出現(xiàn)EMI問題。EMC設(shè)計就是針對三要素中的一個或幾個，采用某些技術(shù)措施，限制或消除其影響，從而得到兼容性好、成本和重量可接受的設(shè)計。從理論上講，單板是所有EMI問題的源頭，即“電磁干擾源”，是EMC設(shè)計的重中之重。應(yīng)當(dāng)花費90%的精力放在單板設(shè)計上面。結(jié)構(gòu)和電纜屏蔽設(shè)計是解決“耦合途徑”的有效辦法，也是解決RE（目前最棘手的問題）的有效手段，但是一般不要提出太高的規(guī)定。由于結(jié)構(gòu)屏蔽的工藝穩(wěn)定性差、加工安裝影響十分大，其一致性差，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)留較大的安全余量。結(jié)構(gòu)的屏蔽是以成本為代價的，規(guī)定越高，成本會急劇增長。結(jié)構(gòu)屏蔽是實現(xiàn)產(chǎn)品電磁兼容的重要手段，完整的結(jié)構(gòu)屏蔽體要達成90dB的屏蔽效能是毫不困難的。屏蔽體由于散熱、部件安裝、縫隙等問題減少了屏蔽效能。開孔時必須考慮到屏蔽輻射干擾的因素。電纜設(shè)計重要是線纜布局以及是否采用屏蔽電纜。單板的EMC設(shè)計、電纜設(shè)計這里不予討論，重要論述結(jié)構(gòu)的屏蔽問題。3、結(jié)構(gòu)對EMC的影響結(jié)構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品EMC指標(biāo)相關(guān)的重要有：輻射發(fā)射（RE），輻射敏感度（RS）——屏蔽、接地工頻磁場敏感度（MS）——磁屏蔽靜電放電（ESD）——接地傳導(dǎo)發(fā)射（CE），傳導(dǎo)敏感度（CS）——濾波器的接地結(jié)構(gòu)設(shè)計影響最大的指標(biāo)是輻射發(fā)射（RE），靜電放電（ESD），一般不考慮快速瞬態(tài)脈沖串（EFT）、浪涌（SURGE）、電壓跌落與中斷（DIPS）三個指標(biāo)。4、結(jié)構(gòu)屏蔽的基礎(chǔ)理論按欲屏蔽的電磁場性質(zhì)分類，通常分為三大類：電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽。電場屏蔽的基本原理是運用金屬屏蔽體的電場屏蔽作用，其必須滿足完善的屏蔽和良好接地兩個條件才干完畢電場屏蔽。磁場屏蔽的基本原理是運用高磁導(dǎo)率金屬屏蔽體進行磁場屏蔽。電磁場屏蔽的原理重要是基于電磁波穿過金屬屏蔽體產(chǎn)生波反射和波吸取的機理。反射重要取決于波阻抗與金屬的阻抗之比。比值越大，反射越大。因此：對于高阻場（電場）重要是反射，低阻場（磁場）幾乎沒有反射。這就是低頻磁場屏蔽十分困難的因素。在高頻段，為平面波，其波阻抗固定為377歐姆。電磁波在金屬材料中傳輸會發(fā)身衰減，衰減限度取決于材料的導(dǎo)磁率、導(dǎo)電率。對于電場，導(dǎo)電率高的材料衰減大；對于磁場，導(dǎo)磁率高的材料衰減大。顯然，材料越厚，衰減限度大，屏蔽效果好。5、縫隙與開孔對電磁屏蔽的影響5.1縫隙對屏蔽的影響當(dāng)屏蔽體存在縫隙時，對反射和衰減的影響較大。反射：當(dāng)縫隙最大尺寸大于λ/4時，幾乎沒有屏蔽效果；小于λ/20時有基本的屏蔽效果，小于λ/100時有抱負(fù)的屏蔽效果。當(dāng)縫隙的深度較大時，由于多次反射的累計效果，可以大大提高縫隙的屏蔽效果，這就是波導(dǎo)通風(fēng)板的原理。衰減：縫隙對電磁波衰減的影響見下圖所示，可見由于縫隙的存在減弱了衰減作用。

圖1如圖2所示，設(shè)在金屬屏蔽體中有一無限長縫隙，其間隙為g，屏蔽體厚度為t，入射電磁波的磁場強度為H0，泄漏到屏蔽體中的磁場強度為Hp，當(dāng)趨膚深度§>0.3g，有Hp＝H0-?t/g公式表白：t越大，g越小，泄漏越小。當(dāng)縫隙的直線尺寸接近波長時，屏蔽體自身也許成為輻射體圖2單個縫隙的屏效近似計算（平面波）SE=20lg(1+N)2/4N+27.3t/g式中：N=j6.69fgX10-5f:頻率(MHz)g:縫隙的長度(cm)t:縫隙深度(cm)實際應(yīng)用中困難在于縫隙的長度g如何取值，應(yīng)當(dāng)根據(jù)緊固點的距離、零件的剛性以及結(jié)合面的表面特性決定最終取值。從經(jīng)濟性和可操作性的角度考慮，緊固點距離取以下經(jīng)驗值：對于型材、壓鑄件之間的配合，取150-200，甚至更大；對于鈑金件之間，特別是單層板直接連接，例如右圖，取20-50。具體取值還需考慮縫隙的深度以及基材的剛性和表面狀態(tài)等因素。例如，當(dāng)折彎次數(shù)多時，由于零件的剛性好，可以取大值；假如僅僅是單層鋼板（或鋁板）直接壓緊，由于剛性差，應(yīng)當(dāng)取小值。舉例：兩個1.5mm鋼板，折彎10mm，螺釘間距25mm，屏效大約為1GHz：35dB。從工程實際的角度看片面規(guī)定緊固點多是不實際的，再者一般規(guī)定縫隙的最大尺寸為mm級，單單規(guī)定緊固點多也是沒故意義。為了提高縫隙的屏效，可采用的措施有：提高零件的剛性、表面精度等增長縫隙的深度在縫隙中安裝屏蔽材料5.2開孔對屏蔽的影響由于散熱、安裝按鈕、開關(guān)等因素，需要在屏蔽體上開圓形、正方形或矩形的孔洞，如圖3所示，這時應(yīng)注意孔的方向，以保證渦流能在材料中的均勻分布。顯然（d）效果較好，（b）和（c）不能達成屏蔽規(guī)定，有也許成為狹縫天線。設(shè)孔面積為S，屏蔽體面積為A，當(dāng)滿足A>>S,圓孔的直徑或方孔的邊長比波長小的多時，有Hp＝4（S/A）3/2H0若有n個孔構(gòu)成陣列孔，則：Hp＝4n（S/A）3/2H0圖3在實際使用中，陣列孔的屏效工程計算公式如下：SE=Aa+Ra+Ba+K1+K2+K3Aa：孔的傳輸衰減Ra：孔的單次反射損耗Ba：多次放射修正K1：孔個數(shù)有關(guān)的修正項K2：趨膚深度不同引起的低頻修正項K3：相鄰孔耦合的修正項該計算公式通過美國軍方某實驗室反復(fù)測實驗證過，是比較實用的計算公式。舉例：鋼板，孔徑3.2，間距4.5，板厚1.2，數(shù)量900個，屏效30MHz:50dB，1GHz:35dB5.3提高開孔的屏蔽效能的措施對于陣列孔，影響因素最大的是孔的深度，另一方面是孔的最大尺寸。當(dāng)散熱與屏蔽存在矛盾時，比較抱負(fù)的方式是增長孔的深度，同時增長孔的最大尺寸，或者減小孔的最大尺寸，同時減小孔間距（增長孔的數(shù)量）。工程實際中，陣列孔的屏蔽效能最高為30dB/1GHz。假如需要更高等級，或者屏蔽和散熱矛盾十分突出，可以考慮采用波導(dǎo)通風(fēng)板。波導(dǎo)通風(fēng)板的屏蔽效能可以十分高（一般至少可以達成60dB/1GHz），孔隙率大（高于90%），是一種抱負(fù)的通風(fēng)方式。但必須注意其昂貴的價格，尚有目前應(yīng)用還不成熟，除非特殊情況，一般不建議使用。通風(fēng)孔的屏蔽效能穩(wěn)定性、一致性十分好，設(shè)計時基本上不必考慮安全余量問題。5.4屏蔽開孔部件的選用為了減少輻射，一般情況下對開孔可以進行屏蔽。屏蔽材料大體分為5類：1.金屬絲網(wǎng)金屬絲網(wǎng)是通過對金屬薄板切縫，再整體拉伸而制成的。金屬絲網(wǎng)通風(fēng)量大，成本低，是目前通風(fēng)孔屏蔽（民用）重要采用的一種方法。但這種材料的最大缺陷是高頻性能較差，特別對高于500MHz以上的電磁波幾乎不起屏蔽作用，因此已不能滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的屏蔽規(guī)定。2.打孔金屬板打孔金屬板是在金屬板上采用數(shù)控鉆床（沖床）打出通風(fēng)孔陣而制成的，是目前各類設(shè)備，特別是民用設(shè)備應(yīng)用最多的一種通風(fēng)屏蔽形式，所具有的優(yōu)點與金屬絲網(wǎng)相同。這種材料的缺陷仍然是高頻性能較差，其屏蔽效能隨頻率的增長而以20dB/10倍頻程下降。（例如Φ3孔陣的打孔金屬板在1GHz時，屏蔽效能只有20dB左右），從而大大限制了打孔金屬板的使用范圍。3.波導(dǎo)通風(fēng)窗鋁制波導(dǎo)通風(fēng)窗：鋁制波導(dǎo)通風(fēng)窗是采用普通鋁箔經(jīng)涂膠粘接、拉伸成型、固化、與外框連接、導(dǎo)電解決等工藝過程而制成的。具有通風(fēng)量大、重量輕、高頻性能好的突出優(yōu)點，是目前各類電子設(shè)備，特別是軍用電子設(shè)備應(yīng)用最多的屏蔽通風(fēng)部件。其局限性是通風(fēng)窗由鋁材制成，因而其低頻磁屏蔽效能較差。鋼制波導(dǎo)通風(fēng)窗：鋼制通風(fēng)波導(dǎo)窗是采用碳鋼帶經(jīng)沖壓成型、拼接、真空釬焊而制成的。與鋁制通風(fēng)波導(dǎo)窗相比，其最突出的優(yōu)點是低頻磁屏蔽效能較高，整體剛性好，特別合用于頻