屏蔽玻璃在加固計算機中的應用

王曉龍 李義臣 秦玉良

（山東超越數(shù)控電子有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

電磁輻射是由空間中的電場和磁場交互變化產(chǎn)生的電磁波向空中發(fā)射或泄露的現(xiàn)象。隨著現(xiàn)代電氣、電子技術的發(fā)展及廣泛應用，使得目前的電磁環(huán)境越來越復雜，電磁輻射也越來越嚴重，這不僅影響著電子系統(tǒng)和設備的正常工作，還對人體健康造成了有害影響；而在軍用加固計算機領域，電磁輻射會導致信息泄露甚至機密信息的泄露，嚴重影響著國家安全，所以對電磁輻射信號進行屏蔽顯得極其重要。

1 電磁屏蔽的原理

電磁屏蔽是電磁兼容技術的主要措施之一，它是用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉，使其外部電磁場強度低于允許值的一種措施；或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉，使其內(nèi)部電磁場強度低于允許值的一種措施[1]。電磁屏蔽能有效阻止電磁能量從金屬屏蔽材料的一側(cè)向另一側(cè)的傳遞。電磁波通過屏蔽材料的總屏蔽效果可按下式計算[3]。

式中：SE（Shieldding Effectiveness）為屏蔽效能，單位為 dB；R 為表面單次反射衰減；A為吸收衰減；B為內(nèi)部多次反射衰減。

根據(jù)電磁學的有關內(nèi)容，與單次反射衰減R、內(nèi)部多次反射衰減B有關的因素包括材料表面阻抗、輻射源類型及屏蔽體到輻射源距離，所以針對遠近場源的不同，其計算公式也不相同；而吸收衰減A主要與材料的厚度及電導率、磁導率有關，而與電磁波類型無關，所以只要有電磁波通過屏蔽材料就肯定會存在吸收衰減；關于R、A、B的計算公式可查閱相關資料[1-3]。

影響電磁屏蔽效能最大的因素有兩個：一是屏蔽體的連續(xù)導電性，即屏蔽體的表面需具有導電連續(xù)性，不應存在導電不連續(xù)點；二是屏蔽體中不存在直接穿透的導體。而實際中經(jīng)常碰到的屏蔽體并不是完整的，都會存在孔洞或縫隙，電磁波通過縫隙而泄漏，解決此類泄漏的主要措施為利用彈性屏蔽材料對孔洞及縫隙進行填堵以保證屏蔽效果。

2 概述屏蔽玻璃

加固計算機是指為適應各種惡劣環(huán)境，在進行結構設計時采取相應加固措施的計算機，又稱抗惡劣環(huán)境計算機。加固計算機包括便攜式、手持式、機架式等類型，惡劣環(huán)境包括振動沖擊、高低溫、濕熱、電磁兼容等；在加固計算機的分類中，帶有顯示功能的主要為便攜式和手持式，即加固筆記本計算機和加固平板計算機。

加固筆記本和平板計算機的外殼主要為金屬材料，密封的基體具有良好的屏蔽性能，電磁泄漏最嚴重的位置為視窗區(qū)，即顯示屏部分；由于顯示屏處具有較大的視窗開口，通常采用在顯示屏前方增加一塊屏蔽玻璃的方式保證屏效。屏蔽玻璃是一種防電磁輻射、抗電磁干擾的透光屏蔽器件，被廣泛應用與電磁兼容領域，主要分為絲網(wǎng)夾芯和鍍膜兩種類型。

2.1 夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃

通過將絲網(wǎng)夾于兩塊有機或無機玻璃之間而形成屏蔽體，從而起到良好的電磁屏蔽作用。絲網(wǎng)分為金屬絲網(wǎng)和纖維網(wǎng)兩種。

金屬絲網(wǎng)的基材通常為銅、不銹鋼、鋁、鎳、鍍鋅鐵絲等，而纖維網(wǎng)的基材為纖維編織網(wǎng)，即由多條纖維單絲相互交接而成的網(wǎng)狀結構。夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃常用的兩種結構形式為絲網(wǎng)外漏、銅箔包邊，如下圖所示。

圖1 絲網(wǎng)外漏形式

圖2 銅箔包邊形式

圖1中，延伸出玻璃外的絲網(wǎng)通常會采用增加銅箔的形式將其上下包裹，防止使用過程中對外漏絲網(wǎng)造成損壞；圖2中的絲網(wǎng)經(jīng)過剪裁后，與玻璃周邊平齊，并在玻璃邊沿里面涂覆導電銀漿后采用銅箔將玻璃邊包裹，此種形式的外觀比較整齊。

金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽原理與波導類似，即每個金屬絲網(wǎng)的網(wǎng)眼都為一個小波導管，當電磁波頻率低于波導管的截止頻率時，金屬絲網(wǎng)能起到屏蔽體的作用，從而實現(xiàn)了屏蔽，也就意味著當絲網(wǎng)越密集或絲徑越大時其屏蔽效果越好。但絲網(wǎng)密集相對會帶來透光度的下降，所以在選用絲網(wǎng)屏蔽玻璃時，應在保證透光度的情況下，盡量選擇絲網(wǎng)密集的玻璃。

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2.2 鍍膜屏蔽玻璃

鍍膜屏蔽玻璃是指在一塊有機或無機玻璃表面鍍一層金屬薄膜，比較常見的為ITO導電玻璃，即在玻璃上利用磁控濺射的方法鍍上一層氧化銦錫（俗稱ITO）膜加工而成。

由于采用一塊玻璃，所以鍍膜屏蔽玻璃要比夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃薄；雖然鍍制金屬膜后能起到屏蔽作用，但此種方法制成的屏蔽玻璃的屏效要比絲網(wǎng)屏蔽玻璃差，而且頻率越高時屏效差別越大；鍍膜玻璃的最大的優(yōu)點在于透光度和美觀度要比絲網(wǎng)屏蔽玻璃好的多，而且成本也相對較低。

2.3 屏蔽玻璃的高溫形變

目前在加固筆記本和平板計算機中使用的屏蔽玻璃多為有機屏蔽玻璃，與普通玻璃相比，其重量及透光性都有較大優(yōu)勢，其所用的屏蔽玻璃材料多為亞克力板材，亞克力板材具有良好的表面硬度和光澤，其透光率非常高，可達92%以上，并且其耐候性也比較好；亞克力板的耐磨性近于鋁材，具有良好的可加工性；但其高溫特性一般，亞克力板在高溫80度以上就會出現(xiàn)變形，如下圖所示。

圖3

圖3所示，當安裝屏蔽玻璃時，其變形后凸起面朝向機器內(nèi)部時會引起屏蔽玻璃與液晶屏干涉，出現(xiàn)頂屏現(xiàn)象，影響機器的顯示性能；所以在安裝屏蔽玻璃前，應先對屏蔽玻璃進行高溫篩選，并將變形面標記為正面，安裝時將此面朝向機器外部。此種操作可有效解決屏蔽玻璃高溫變形引起的頂屏問題，但過程相對較復雜。

3 屏蔽玻璃在加固計算機中的應用

屏蔽玻璃主要應用在帶有顯示功能并且有電磁兼容要求的加固筆記本和平板計算機中。應用位置為顯示屏的視窗位置，由于視窗區(qū)有較大開口，所以當機器受到電磁脈沖的影響，若處理不到位，顯示屏位置的泄漏會非常嚴重。目前，加固筆記本計算機和平板計算機進行電磁兼容試驗時所遵循的軍標為 《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》（GJB151A-97）和《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》（GJB152A-97），這兩個標準也為陸海空對加固計算機的電磁兼容要求提供了依據(jù)。

圖4 絲網(wǎng)外漏屏蔽玻璃結構安裝示意圖

圖5 銅箔包邊屏蔽玻璃結構安裝示意圖

圖4所示，當安裝屏蔽玻璃時，利用金屬壓板將金屬絲網(wǎng)壓緊于顯示面板上，為了防止壓壞絲網(wǎng)，在顯示面板與壓板間增加導電泡棉彈性材料；屏蔽玻璃與顯示面板間增加防水導電材料，一方面保證機器的防水效果，另一方面保證了屏蔽玻璃與顯示面板的良好導電接觸。圖5所示，由于采用銅箔包邊的屏蔽玻璃，所以安裝時將屏蔽玻璃與顯示面板間增加防水導電材料，并通過壓板將屏蔽玻璃壓緊，保證屏蔽玻璃與顯示面板的良好導電接觸。

4 試驗驗證結果對比

依據(jù)國軍標152A-97的檢測方法，分別對采用絲網(wǎng)外漏及銅箔包邊屏蔽玻璃的同一款產(chǎn)品進行電磁兼容試驗，并將測試結果與國軍標151A-97中對陸軍地面的要求進行對比；由于屏蔽玻璃安裝于顯示視窗位置，所起作用主要為防止顯示區(qū)域的電磁泄漏，而RE102項目中30MHz～200MHz區(qū)間的電場輻射發(fā)射可以代表顯示區(qū)域的電磁泄漏，試驗結果如下。

圖 6 RE102垂直極化30～200MHz（銅箔包邊屏蔽玻璃）

圖7 RE102垂直極化30～200MHz（絲網(wǎng)外漏屏蔽玻璃）

圖6所示為采用銅箔包邊屏蔽玻璃時的輻射圖，圖7所示為采用絲網(wǎng)外漏屏蔽玻璃時的輻射圖，由圖中可以看出，采用兩種屏蔽玻璃時的輻射最高點都在軍標線以下，滿足國軍標中對設備陸軍地面的要求。并且由圖中可以看出，當對同一臺樣機采用相同的處理方式時，使用絲網(wǎng)外漏玻璃時的輻射曲線沒有太多的噪點，效果更好。

5 結束語

本文通過對電磁屏蔽的原理進行簡單分析，并介紹了目前常用于加固計算機的幾種屏蔽玻璃，并對屏蔽玻璃在帶有顯示功能的加固筆記本和平板計算機中的安裝及使用進行了說明，并通過試驗驗證，證明了文中對屏蔽玻璃所述結構處理方式的有效性。電磁兼容設計是加固計算機設計中的難點，本文雖然對顯示窗處的設計進行了論述，但并不能涵蓋所有設計問題，需結合實際進行應用和分析，進而不斷積累和完善電磁兼容的設計技術。

［1］林鴻賓,陸萬順.電磁屏蔽原理及電磁屏蔽玻璃[J].玻璃,2008(3).

［2］B.E.凱瑟.電磁兼容原理[M].肖華亭,許昌清,雷有華,等,譯.北京:電子工業(yè)出版社,1985.

［3］王錦成.電磁屏蔽材料的屏蔽原理及研究現(xiàn)狀[J].化工新型材料,2002(7).

［4］Si Weimin,Luo Shoufu.Surface Technology[J].1993,22(3):104.

［5］孫艷 軍用便攜式加固計算機的電磁屏蔽設計[J].計算機工程與應用,2008(1).

［6］呂仁清,蔣全興,編.電磁兼容性結構設計[M].東南大學出版社,1991.