对新时期电子设备机箱电磁屏蔽分析和设计

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摘要：随着电子设备更新速度的增快，高新科技不断推动电子设备功能的提升，电子设备已经成为了当前生活的必备品。电子设备的增多带来了新的问题――电磁干扰，也就是不同电子设备之间的自发电磁感应会引起其他设备的运行性能，严重的甚至会造成设备损害，尤其是在工业生产过程中，各类电子设备之间的电磁干扰甚至会成为严重的事故隐患。为了提高各电子设备间的兼容性，降低电磁干扰的影响，必须寻找更好的电子设备电磁屏蔽方式，而设备机箱的优异电磁屏蔽效果使得其成为了电子设备屏蔽电磁干扰的主要方式。本文通过对电子设备产生电磁干扰的原因和特点、电磁屏蔽的理论、机箱电磁屏蔽的缺陷和对策等方面入手，详细阐述新时期电子设备机箱电磁屏蔽的相关理论和应用实际。

关键词：电子设备，机箱电磁屏蔽，缺陷，对策，分析

引言：

当前机箱的电磁屏蔽功能设计已经成为各类电子产品设计的必要环节，且机箱的电磁屏蔽功能比电路本身更优秀，因此目前针对电子设备机箱本身的电磁屏蔽功能设计越来越受到重视，并衍生出了相应的研究领域和产业化发展。而由于电子设备机箱与设备之间的非关联性，导致其很难发挥出足够的电磁屏蔽效果，因此设计者开始探究将外部机箱与电子设备本身相关联的方式，来提高电磁屏蔽效果，提升设备运行质量。

1. 电磁干扰概述

1.1. 电磁干扰原因及特点

电磁干扰主要由设备本身产生和外界干扰两种，设备本身的电磁干扰主要是由于设备启动时的瞬时强电磁感应在设备周围产生的干扰，往往会引起设备的使用寿命降低、设备精度降低等故障；外部电磁干扰主要是由于其他电子设备运行时产生的电磁通过机箱缝隙和设备外接线路传导至设备电路，进而对设备运行产生干扰。而外部干扰对电子设备的危害远大于自身电磁干扰，因此降低外部干扰是提高设备运行稳定性的主要方式。

1.2. 电磁屏蔽概述

电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。目前的各种电子设备，尤其是军用电子设备，通常都有金属壳体（机箱或机柜） ，它除了机械支撑和保护作用外，还兼有电磁屏蔽的功能，这包括两方面的问题：其一，设备的对外电磁辐射会污染电磁环境，影响其它设备的正常工作；有的设备还会造成信息泄露等。其二，设备在外界电磁干扰的影响下，会引起工作紊乱，甚至损坏设备。因此，机箱对电子产品电磁兼容性能的影响已引起人们的普遍重视。

电磁屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。

静电屏蔽应具有两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。电磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性，对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。

2. 机箱电磁屏蔽缺陷及对策分析

2.1. 机箱电磁屏蔽缺陷

机箱电磁屏蔽的效果会受到机箱设计、机箱工艺和机箱材料等因素的影响，常见的机箱屏蔽结构主要是由金属构成，大约能够提供至少100db的屏蔽效果。机箱电磁屏蔽的要点有两个，一个是要确保机箱的导电性能连续，也就是首先机箱本身是完整的导电体，不存在电流运行死角，其次要确保机箱的接地，确保电流的运行存在回路；另一个就是要避免带电替穿过机箱。在电子设备的实际运行环境中，以上两者受工艺和技术的限制，都难以理想的实现。电子设备的运行必须有电源的接入，这些电源接口就成了电磁外溢的主要途径，因此如何降低线路接口位置的电磁传到，就成了影响机箱电磁屏蔽整体功效的关键。目前针对机箱电磁屏蔽功效提升的研究也主要集中在线路穿过位置的空隙处理上，并取得了一定的成效。

2.2. 机箱电磁屏蔽缺陷对策分析

除了使孔洞的尺寸远小于电磁波的波长， 用辐射源尽量远离孔洞等方法减小孔洞泄漏以外， 增加孔洞的深度也可以减小孔洞的泄漏， 这就是截止波导的原理。

另外， 通风口可使用穿孔金属板， 只要孔的直径足够小， 就能够达到所要求的屏蔽效能。当对通风量的要求高时， 必须使用截止波导通风板（ 蜂窝板） ， 否则不能兼顾屏蔽和通风量的要求。如果对屏蔽要求不高，并且环境条件较好， 可以使用铝箔制成的蜂窝板。这种产品的价格低， 但强度差， 容易损坏。如果对屏蔽的要求高， 或环境恶劣（ 如军用环境） ， 则要使用铜制或钢制蜂窝板， 这种产品各方面性能优越， 但价格高昂。

一般情况下， 屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触， 只能在某些点接触， 这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程中， 常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小， 则电磁泄露越小， 屏蔽效能越高。

因此可以通过以下方式来降低缝隙的电磁泄露：

首先，可以通过增加导电的焊接接触点来降低缝隙的尺寸，同时使用机械车床来进行电子设备机箱表面的抛光，从而提高螺丝、铆钉等紧固件的密实度；

其次，可以在设备的搭接位置预留更多的金属板，从而增加焊接后的密封性能，降低电磁逸出的可能性，提高电磁屏蔽性能。

最后，可以采用先进的材料增加电子设备机箱的电磁屏蔽性能，如选用合适的电磁密封垫，这是一种能够用于设备焊接缝隙处填充的导电物质，在使用后能够产生灌装液体密封垫处防水溢出的效果，从而有效的阻挡电磁干扰。

3.结语：当前的电子设备机箱电磁屏蔽理论和应用实际都已经取得了巨大的研究成果，并为提高电子设备的兼容性提供了可靠的保证，极大的降低了工业生产过程中电子设备之间的电磁干扰影响。然而应该看到，虽然目前提升电子设备机箱电磁屏蔽功效的措施有多种，却不能从根本上去除电磁干扰，因此并不能单纯的依靠机箱的电磁屏蔽功能来提高设备兼容性，有必要对电子设备本身与机箱之间的联合降磁方式进行研究，探索更为行之有效的电子设备电磁屏蔽方式。

参考文献：

[1] 吴贤，杜平安，聂宝林，毛湘宇. 带缝隙腔体电磁屏蔽特性的数值模拟研究[J]. 工程设计学报. 2011（03）

[2] 石峥，杜平安，刘建涛. 缝隙结构电磁屏蔽特性数值仿真建模方法研究[J]. 系统仿真学报. 2009（24）

作者简介：

张炜 （1986.02--） 性别：女 籍贯：江西省南昌市 学历：专科 主要研究方向：电子设备机箱结构设计 现有职称：助理工程师。