電子屏蔽設備的設計分析

王 龍

（渤海大學數理學院，遼寧 錦州121000）

電子技術在近幾年發展迅速，應用范圍不斷擴大，越來越多的人使用電子設備工作或生活，由于電子設備的增加，導致空間中設備散布密度變大，磁場變強，相互之間的干擾越來越嚴重，為了使電子設備在使用中更加精準與穩定，電子設備的屏蔽顯得越來越重要。我們需要消除其他設備電磁干擾，將之控制在一定范圍之內，通過電路改進設備消除電子設備干擾需要付出高額的經濟代價與時間代價，付出與回報不成比例。而屏蔽設計的采用能夠付出較少的代價從而回收較大的效果，在實踐中被較多使用。電子屏蔽設備不同于傳統電子設備，在設計中有許多問題需要思考，在設計之初就應該對屏蔽問題進行構思，滿足其電磁兼容的特殊要求。本文對電子屏蔽設備的設計原理與設計結構進行分析，最后對安裝方法進行總結。

1 電子屏蔽類型與原理

根據電子屏蔽原理可以進行如下三種分類：

1.1 靜電屏蔽

靜電屏蔽的主要作用在于對靜電場影響的規避，應用原理主要是將兩個電路之間的耦合干擾作用消除，防止電子設備互相干擾。靜電感應在強電場中產生阻抗的高輸入來說是主要的干擾因素。

1.2 磁場屏蔽

磁場屏蔽在電子設備的屏蔽中主要應用于避免寄生電感的耦合，通過高導磁率材料的選取和磁場分布的選擇，運用磁力線將寄生電感約束在磁屏蔽體中，通過磁場屏蔽的方法抑制磁場的擴散，形成電子設備的屏蔽干擾。

1.3 電磁屏蔽

在電子設備產生的干擾中，往往不僅有電場的因素也有磁場的因素，因此在屏蔽中不僅需要對電場進行屏蔽也應屏蔽磁場。電磁屏蔽的屏蔽體常常是導電率高的金屬材料，電磁屏蔽的原理是磁場的相互抵消，通過屏蔽金屬內消除干擾產生的電流感應與原有的電磁感應相互抵消，通過這種模式將電子設備之間的干擾進行屏蔽，獲得預期效果。

2 幾種常用的屏蔽結構

2.1 屏蔽線

同軸電纜線；其二為低頻屏蔽線，又被稱之為金屬隔離狀皮線。這兩種屏蔽線所用材料不同，在用途上也有所不同。高屏蔽線主要用在特定要求的波阻抗與嚴格顯著傳輸衰減的場合，而低頻屏蔽線主要運用于低頻信號流通的電路線路中，主要作用為負荷電流，不需要對特定匹配阻抗問題進行解決。

對屏蔽線的正確使用能夠產生更加顯著的抑制干擾作用，在操作實踐中使用屏蔽線應注意以下問題：

（1）屏蔽線的電容分布大的情況下，使用高頻率電流回路連接屏蔽線，會導致回路中總電容量增大，降低回路中的諧振抗阻能力。

（2）假設屏蔽線的長度比最小波長的25%長，那么導線上則會產生駐波，出現輻射天線。因此在使用中，屏蔽線長度應比信號25%波長小，高頻情況下應比波長的5%小，除此之外，使用過長的屏蔽線會產生阻抗匹配的相關問題。

（3）使用高頻信號線進行屏蔽，可以將屏蔽線與其余導線進行合并捆扎，應注意的是，高平信號線不應該與低電平信號線相互合并，避免前者對后者的干擾，因此高平信號線一般應單獨進行走線。

（4）同軸電纜在接地時不能隨意連接隔離皮，以免不恰當連接導致的高頻低電流，產生電流會導致電子設備部件之間的耦合，產生噪聲源。實踐中避免干擾的方法是將隔離皮與部件屏蔽體進行連接。需要特別注意連接點的位置選擇。

2.2 屏蔽盒

屏蔽盒是一種特殊的盒式屏蔽體，一般擁有一個或多個腔體。屏蔽盒分為多種形式，分別為：單層或雙層屏蔽盒形式、多層屏蔽盒形式以及單腔屏蔽盒形式與多腔屏蔽盒形式。關于多腔屏蔽盒形式的屏蔽體，需要做到每個腔體均產生較好的屏蔽效果。

2.3 屏蔽室

針對效果而言，采用金屬板作為屏蔽室的屏蔽體效果最好，然而從通風角度與采光方面進行分析，綜合采用金屬網材料做屏蔽體較為合適，金屬網孔洞越小，屏蔽效果越好，一般實踐中采用1.3～1.5mm孔洞的金屬網最為合適。單層屏蔽的效果不如雙層屏蔽產生的效果，雙層屏蔽中可以使用絕緣襯墊，將兩層金屬網之間的間距控制在10cm左右最為合適。

3 屏蔽體的設計

根據電子設備的屏蔽要求，設計屏蔽體的材料選擇與厚度大小，從而確定其結構與形式。可以利用屏蔽效能公式分析屏蔽效果，測量是否達到屏蔽要求。由于客觀條件的限制，屏蔽體的效能要差于理論結果，因此在設計中應對這部分效果進行驗證后進行補充。

3.1 屏蔽體的材料選擇原則

對于屏蔽材料的選擇，應在測量屏蔽效果后選擇銅、鋁或鐵等材料，對于有特殊要求的屏蔽體應選擇效果更好的坡莫合金進行設計制作。對于低頻電子干擾設備的屏蔽，在選擇上應傾向于反射損耗較大的金屬，對于高頻電子干擾設備的屏蔽，應傾向于吸收損耗大的金屬材料，在選擇上可以考慮金屬材料的重量與機械強度等因素。在屏蔽體材料的選擇上應盡量選擇電化次序排列相近的金屬進行制作，防止出現電化學腐蝕現象與有害噪電壓現象，影響屏蔽設備的使用時間與降低屏蔽效果。

3.2 屏蔽體結構設計原則

（1）設計屏蔽體應盡可能減少孔洞設計，以免降低屏蔽效能，在開口時應盡量避免開口為矩形。

（2）在屏蔽體結構設計中應使屏蔽體內部縫隙與內部線圈之間的軸線相互垂直。

（3）屏蔽體設計中應控制縫隙之間的直線尺寸，將大小控制在10%的最小波長內，將孔洞直徑控制在20%的工作波長內，否則會出現天線效應，影響屏蔽體的屏蔽效能。減少屏蔽體縫隙的方法有以下幾種：通過減少屏蔽室單元結構的劃分來減少縫隙，減少屏蔽盒子與蓋板大小，縮短屏蔽體縫隙；增加屏蔽體蓋板上的螺絲釘數量，減少固定艱間距，縮短縫隙大小，同時也可以采用增加接觸板壓力的方式縮短縫隙大小；選用梳形接觸片的彈簧結構，代替螺絲釘固定蓋板，減少屏蔽體縫隙大小；放置導電墊圈裝置；使用多層復合式蓋板，嚴合蓋板縫隙；改善蓋板結構，使用彈性蓋板結構，改變接觸機制。

4 屏蔽體的安裝方法

對于屏蔽設備的安裝，重點在于安裝屏蔽盒體以及屏蔽隔板，安裝正確直接影響電子設備的屏蔽效能，安裝中應本著最小縫隙的原則，即在安裝屏蔽體時應盡量做到減小縫隙、減小接觸電阻。連接屏蔽隔板與屏蔽盒體時使用熔焊技術或釬焊技術比螺絲釘、鉚釘連接會取得更加優越的效果，因為螺絲釘電氣連接為不連續連接，且由于氧化與或腐蝕等原因會造成電阻加大，接觸不良。加工屏蔽體最好的方法是銑削，通過這種方式可以將屏蔽能效達到最高，在400～500MHz時，屏蔽體效果可以高達100dB以上，銑削的缺點是加工成本較高，加工不便。

5 總結

電子屏蔽設備在電子應用領域研究十分廣泛，屏蔽技術是運用電磁兼容技術的重要技術，主要解決電子設備的電磁干擾現象，在屏蔽設備應用中，電子設備能夠長期穩定、精準工作運轉，結合電子屏蔽技術能夠解決電磁兼容問題，使應用電子技術變得更加簡單可靠。

［1］顧金良,王松巖,李安源.電子設備的屏蔽效能分析及設計方法[J].情報指揮控制系統與仿真技術,2004,04：76-80.

［2］楊明冬.電子設備的電磁屏蔽設計[J].電子工業專用設備,2010,05：46-49.

［3］曲澤超,張玲玲.電子設備的電磁屏蔽設計與技術探討[J].科技信息,2010,30：348-349+351.

［4］劉尊建.電子設備的屏蔽設計[J].集成電路通訊,2007,03：49-52.