電子設(shè)備的電磁屏蔽加固設(shè)計(jì)

任勇　張林林

摘要：對(duì)電子設(shè)備電磁兼容基本理論進(jìn)行闡述，以某加固設(shè)備為例，重點(diǎn)研究討論了加固設(shè)備的電磁屏蔽設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和分析。

關(guān)鍵詞：電磁兼容；電磁屏蔽；加固設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2017）12-0013-02

Abstract： The theory of electromagnetic compatibility for electronic equipment is expounded in this paper. Taking a reinforcement equipment as an example， the electromagnetic shielding design of the reinforcement equipment is discussed， and the test verification and analysis are carried out.

Key Words： Electromagnetic compatibility； Electromagnetic shielding； Reinforcement design

1 引言

隨著科技的發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)、生活中越來(lái)越多的使用電氣、電子設(shè)備。這些設(shè)備在工作中會(huì)產(chǎn)生各種電磁能量，電磁能量不可避免的會(huì)對(duì)其他設(shè)備形成電磁干擾。近年來(lái)，電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越成為電子設(shè)備或系統(tǒng)中的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，相應(yīng)的電磁兼容技術(shù)也成為電子設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的部分。這種現(xiàn)象在軍用電子設(shè)備，尤其是軍用機(jī)動(dòng)式系統(tǒng)中尤為突出[1]。本文以某加固設(shè)備為例，對(duì)電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)中的電磁屏蔽加固設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，為實(shí)際工程提供指導(dǎo)。

2 電磁兼容基本理論及要求

電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）是指電氣和電子設(shè)備或系統(tǒng)在周圍電磁環(huán)境中能正常工作，不因外界電磁干擾而降低工作性能，且本身產(chǎn)生的電磁能量不會(huì)惡化環(huán)境和影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作[2]。電磁兼容技術(shù)研究主要圍繞電磁干擾三要素——干擾源、耦合途徑和敏感源進(jìn)行 [3]。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，通常采用屏蔽、濾波、接地等手段。屏蔽主要是從耦合路徑方面著手對(duì)電磁干擾加以隔離，是目前電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)中的最主要方面；濾波是抑制電磁傳導(dǎo)干擾的一種有效手段；接地是將電磁干擾從敏感源中轉(zhuǎn)移出來(lái)的有效方法 [4]。

針對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容性，很多國(guó)家都提出了相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的EMC標(biāo)準(zhǔn)有《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》（GJB151A-97）、《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》（GJB152A-97）等[5]，在2013年又將上述標(biāo)準(zhǔn)替換為《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》（GJB151B-2013）。

根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，電子設(shè)備電磁兼容要求主要包括CE102、CS101、CS114 、CS116 、RE102、RS103 、RS101 等。這些標(biāo)準(zhǔn)中最重要，最具有代表性的兩項(xiàng)就是傳導(dǎo)發(fā)射CE102和輻射發(fā)射RE102。

3 電磁屏蔽設(shè)計(jì)

在某加固型電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，采用了模塊化、高集成度的設(shè)計(jì)思路，多個(gè)模塊間形成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，因此電磁兼容設(shè)計(jì)尤為重要。電子設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)屏蔽

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電磁屏蔽設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為達(dá)到良好的電磁屏蔽性能，設(shè)備采用模塊化集成的方式。各個(gè)模塊設(shè)計(jì)單獨(dú)殼體，殼體與設(shè)備外殼良好接觸，減小模塊間干擾。設(shè)備信號(hào)、電源的輸入端配置濾波器，濾波器與設(shè)備外殼良好接觸，避免輸入、輸出線之間的干擾耦合，保證濾波性能。

機(jī)殼采用鋁鎂合金材質(zhì)，通過(guò)精密壓鑄形成毛坯，再在連接器、蓋板、模塊的安裝處進(jìn)行精加工，得到性能較好的安裝面，以提高設(shè)備整個(gè)外殼的導(dǎo)電性。蓋板與機(jī)殼之間設(shè)置導(dǎo)電橡膠條，導(dǎo)電橡膠條采用O型空心橡膠條，安裝在專門(mén)設(shè)計(jì)的凹槽內(nèi)。連接器均采用軍用連接器，配導(dǎo)電橡膠墊。

3.2 顯示屏的屏蔽

設(shè)備配備電阻式觸摸屏液晶顯示器，由于顯示器處開(kāi)孔較大，且有觸摸操作的需求，因此，不能采用常用的加屏蔽玻璃的方式進(jìn)行加固。經(jīng)過(guò)論證和試驗(yàn)，采用在觸摸屏外增加一層視窗屏蔽膜的方式進(jìn)行加固。屏蔽膜采用250目感光導(dǎo)電膜，安裝時(shí)將導(dǎo)電膜的周邊與設(shè)備外殼開(kāi)口處四周通過(guò)導(dǎo)電膠粘好，再將顯示屏、觸摸屏復(fù)合在一起，安裝在導(dǎo)電膜后，緊貼導(dǎo)電膜。

3.3 孔洞的屏蔽

根據(jù)設(shè)備功耗進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，此設(shè)備散熱主要通過(guò)外殼進(jìn)行被動(dòng)散熱，因此設(shè)備中不存在通風(fēng)孔，設(shè)備機(jī)殼上的孔洞主要是各類按鈕、指示燈的安裝孔和揚(yáng)聲器出音孔。

針對(duì)按鈕和指示燈，在總體設(shè)計(jì)中就選用了自身屏蔽的金屬外殼元器件。針對(duì)揚(yáng)聲器出音孔，按照波導(dǎo)原理，將出音孔的直徑設(shè)計(jì)為小于機(jī)殼壁厚的1/3，這樣就可以對(duì)設(shè)備電磁輻射進(jìn)行有效的衰減。同時(shí)，在揚(yáng)聲器后面設(shè)計(jì)隔離盒，采用內(nèi)部屏蔽的方法，進(jìn)一步提高電磁屏蔽性能。

3.4 線纜的屏蔽

設(shè)備線纜選用屏蔽線纜，線纜連接器選用航空連接器。同時(shí)，設(shè)備內(nèi)外的走線盡量短，將性質(zhì)不同的信號(hào)線分開(kāi)到不同的線纜中，并對(duì)輻射干擾較大的導(dǎo)線增加銅箔、EMI吸收磁環(huán)以增強(qiáng)屏蔽性能。

4 電磁兼容測(cè)試及分析

在設(shè)備組裝完成后進(jìn)行電磁兼容摸底試驗(yàn)，主要對(duì)CE102和RE102進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)RE102測(cè)試出現(xiàn)輻射超限的情況。如圖2所示。

由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，在192MHz處，輻射值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值約5dB。

使用頻譜儀局部探測(cè)，發(fā)現(xiàn)綜合線纜處輻射較強(qiáng)。經(jīng)檢查，綜合線纜端頭連接器處未處理好，形成了尾辮線接地的方式。這使尾辨線處的屏蔽連續(xù)性被破壞，給整個(gè)系統(tǒng)的法拉第籠引入了薄弱點(diǎn)，降低了屏蔽效果[6]。為了保證屏蔽性能，線纜最好采用360°尾罩接地方式。在實(shí)際整改中，在已制作完成的線纜上先纏繞導(dǎo)電布膠帶，再穿套屏蔽套管，并將兩端連接器與屏蔽套管端頭緊固，最后增加端頭保護(hù)層。

經(jīng)過(guò)上述處理后，重新對(duì)CE102和RE102進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖3所示（僅列出有代表性的數(shù)據(jù)）。

由圖3可見(jiàn)，原192MHz處的尖峰已消失，且離標(biāo)準(zhǔn)限值尚有10dB余量。設(shè)備CE102、RE102測(cè)試數(shù)據(jù)良好，可滿足相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

電磁兼容設(shè)計(jì)是電子設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，而其中的電磁屏蔽設(shè)計(jì)尤為重要。本文通過(guò)某加固設(shè)備的電磁屏蔽設(shè)計(jì)及測(cè)試對(duì)電子設(shè)備的電磁屏蔽加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，所設(shè)計(jì)的設(shè)備最終具備了良好的電磁兼容性，對(duì)同類設(shè)備的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]白雪楊，張德磊，楊衛(wèi)東，王遠(yuǎn)方.機(jī)動(dòng)式指揮通信系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2015（08）：86～91.

[2]張建.某監(jiān)控設(shè)備主控計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2015（09）：102～103.

[3]譚志良，王玉明，聞?dòng)臣t.電磁兼容原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2013（05）：11.

[4]李程.艦載機(jī)柜的電磁兼容設(shè)計(jì)[J].聲學(xué)與電子工程. 2015（3）：34-35.

[5]孫艷.軍用便攜式加固計(jì)算機(jī)的電磁屏蔽設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2008，44（1）：238～239.

[6]劉靜，周麗萍.航天器屏蔽電纜的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].航天器環(huán)境工程，2015（02）：77～82.