充放電設(shè)備電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提要：電子設(shè)備之間電磁干擾越來(lái)越嚴(yán)重，電磁兼容性已經(jīng)成為設(shè)計(jì)時(shí)必須予以充分考慮的重要因素之一。

關(guān)鍵詞：屏蔽 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 電磁兼容 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的數(shù)量及應(yīng)用逐漸增多，電磁環(huán)境也日益復(fù)雜，結(jié)果必將造成電磁干擾越來(lái)越嚴(yán)重，在日趨惡劣的電磁環(huán)境中，如若不采取恰當(dāng)?shù)碾姶牌帘未胧瑫?huì)導(dǎo)致設(shè)備之間的電磁干擾，輕則使電子設(shè)備的性能下降，重則使系統(tǒng)癱瘓不能正常工作。為了保證電子設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中既不干擾其他設(shè)備，而又不被其他設(shè)備干擾，這就要求在設(shè)備研制的初期階段必須從結(jié)構(gòu)、技術(shù)等方面進(jìn)行嚴(yán)格的電磁兼容設(shè)計(jì)。

1、總體設(shè)計(jì)

放電電子設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱設(shè)備)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是把如PCB、調(diào)制器、固態(tài)繼定器、功放、場(chǎng)效應(yīng)管、濾波器和電源等元器件按規(guī)律安裝在同一個(gè)機(jī)箱里，并使其內(nèi)部各單元相互間不干擾且不受外在電磁場(chǎng)的干擾，即滿足電磁兼容要求。達(dá)到電磁兼容的目的，其主要方法就是采取有效手段阻塞各種耦合通道。干擾源所產(chǎn)生的電磁波通過(guò)各種途徑到達(dá)感受器。針對(duì)設(shè)備的具體情況應(yīng)重點(diǎn)考慮在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面如何進(jìn)行合理布局并利用屏蔽體屏蔽和抑制干擾，提高其電磁兼容性。如圖1所示。

圖1 機(jī)箱內(nèi)部布局

1.1 屏蔽體上的所有插座與屏蔽體之間，金屬面與金屬面非永久性接縫之間均安裝電磁屏蔽材料如定向金屬絲填充硅實(shí)芯橡膠等，并且在金屬與金屬接觸面上不允許噴漆。安裝如圖2所示。

圖2 屏蔽體上插座安裝

1.2 屏蔽視窗的安裝，屏蔽視窗既能屏蔽輻射干擾，又能透光，是觀察顯示孔最佳的屏蔽材料，目前已廣泛應(yīng)用于雷達(dá)顯示器、計(jì)算機(jī)顯示終端、打印機(jī)、電臺(tái)等的數(shù)字及圖像顯示窗口，產(chǎn)品有鍍膜玻璃、夾絲網(wǎng)玻璃等，我們選擇夾絲網(wǎng)屏蔽玻璃進(jìn)行安裝。夾絲網(wǎng)屏蔽玻璃是將經(jīng)過(guò)導(dǎo)電防腐蝕處理的低阻抗高密度金屬絲網(wǎng)通過(guò)特殊工藝夾入兩層普通安全玻璃或聚丙烯樹(shù)脂之間，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、透光性好、顯示失真小，屏蔽效率高等，可以滿足該設(shè)備的使用要求。具體安裝如圖。

3所示。

圖3 金屬絲網(wǎng)夾芯型玻璃安裝示意圖

2、屏蔽體材料的選擇

屏蔽體的設(shè)計(jì)在電磁兼容設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的方面。屏蔽是抑制一切無(wú)關(guān)信號(hào)的重要手段，一般可分為3種類型：電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。電屏蔽的實(shí)質(zhì)是減小兩個(gè)回路間電場(chǎng)感應(yīng)的影響，電屏蔽利用良導(dǎo)體制成，且通過(guò)良好接地，既可阻止屏蔽體內(nèi)部干擾源產(chǎn)生的電力線泄漏到外部，也可阻止屏蔽體外部的電力線進(jìn)入到屏蔽體內(nèi)部；磁屏蔽主要是依賴高磁導(dǎo)率材料所具有的低磁阻特性起到磁分路作用，磁場(chǎng)引起的干擾主要是低頻條件下產(chǎn)生的；電磁屏蔽是利用屏蔽體阻止高頻電磁場(chǎng)在空間的傳播，屏蔽體的電導(dǎo)率越高，屏蔽性能越好。而且本設(shè)備的工作頻率都很高，主要考慮電屏蔽和電磁屏蔽。

因此，屏蔽體材料的一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是要導(dǎo)電良好。導(dǎo)電性能良好的材料有很多，如鋁、銅等。

對(duì)鋁、銅的密度，電導(dǎo)率及價(jià)格進(jìn)行對(duì)比分析：體積相同時(shí)，銅的導(dǎo)電性優(yōu)于鋁；重量相同時(shí)，鋁的導(dǎo)電性優(yōu)于銅；重量相同時(shí)，鋁比銅價(jià)格低；

因此選用鋁材。再通過(guò)對(duì)比各種鋁及鋁合金的物理、機(jī)械性能，最后選擇5A06-F。

需注意的一點(diǎn)是，鋁材結(jié)構(gòu)要進(jìn)行導(dǎo)電氧化后使用。

3、屏蔽體壁厚的選擇

導(dǎo)電媒質(zhì)中電磁波的衰減隨頻率、電導(dǎo)率的增加而增大，特別是良導(dǎo)體的電導(dǎo)率都在107數(shù)量級(jí)，也就是說(shuō)在良導(dǎo)體中電磁波只存在于表面，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。工程上常用穿透深度(亦稱集膚深度)表示集膚程度。它等于電磁波場(chǎng)強(qiáng)的振幅衰減到表面值的l／e所經(jīng)過(guò)的距離，按此定義：

式中， 為衰減常數(shù)。

例如在UHF波段時(shí)，當(dāng)時(shí)，

對(duì)于牌號(hào)為5A06-F的鋁，磁導(dǎo)率為電導(dǎo)率為

所以

為了得到有效的屏蔽作用，屏蔽體厚度必須滿足：

根據(jù)應(yīng)用的具體情況，考慮體積，重量和工藝等因數(shù)，將屏蔽體厚度取為1.5mm。采取此厚度的屏蔽體將能屏蔽覆蓋VHF、UHF、L、C、S、X、Ku、K，K以上各個(gè)頻段以及部分中低頻信號(hào)，完全能滿足電磁屏蔽要求。

4 縫隙的處理

一個(gè)完全封閉的金屬殼體電磁場(chǎng)有良好的屏蔽效果。如果殼體上開(kāi)有縫隙，電磁場(chǎng)會(huì)由縫隙泄漏，則屏蔽效果會(huì)顯著下降，從縫隙中泄漏出電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度估算公式為：

式中，HO為縫隙處屏蔽的磁強(qiáng)度；Hg為從縫隙處漏出的磁場(chǎng)強(qiáng)度；t為金屬板的厚度，即縫隙深度；g為金屬板的縫隙寬度 ，顯然，縫隙深而窄泄漏就小，穿透深度隨頻率升高而降低。在縫隙尺寸一定的情況下，頻率越高，縫隙泄漏的影響就越大。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)使屏蔽體的縫隙數(shù)量最少，且增加縫隙的深度，減小縫隙的寬度和長(zhǎng)度。接縫分為永久性接縫和非永久性接縫。永久性接縫一般在加工過(guò)程中產(chǎn)生，最常見(jiàn)的是焊接。非永久性接縫一般在螺釘緊固方式時(shí)由于接合表面不平、緊固件(如螺釘、鉚釘)之間存在不密封的空隙等原因產(chǎn)生。要提高屏蔽體的屏蔽效能，改善這些縫隙的電接觸對(duì)屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，因此采取以下的措施：

①機(jī)箱箱體所有焊縫均滿焊，最大限度地消除永久性焊縫；

②屏蔽體與蓋板接觸表面安裝指型金屬簧片襯墊，簧片可在很大程度上增加蓋與盒體的導(dǎo)電性、接地性。

5、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用的檢驗(yàn)，該放電設(shè)備的電磁兼容性的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，電磁兼容考核測(cè)試一次通過(guò)，證明該設(shè)計(jì)方法有效、可行。本次設(shè)計(jì)在復(fù)雜電磁環(huán)境情況下，通過(guò)合理布局和設(shè)置屏蔽體等方法，在提高機(jī)箱電磁兼容性能方面做了一次有益的嘗試，也為今后相關(guān)方向的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

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