電磁干擾的屏蔽方法

?EMC問題常常是制約中國電子產(chǎn)品出口的一個(gè)原因，本文主要論述EM1的來源及一些

非常具體的抑制方法。

?EMC問題來源

?金屬屏蔽效率

?EMI抑制策略

?屏蔽設(shè)計(jì)難點(diǎn)

?襯墊及附件

?維

電磁兼容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并

且同時(shí)不會(huì)對(duì)此環(huán)境中任何其它設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾(IEEEC63.12-1987)ov對(duì)于無線收

發(fā)設(shè)備來說，采用非連續(xù)頻譜可部份實(shí)現(xiàn)EMC性能，但是很多有關(guān)的例子也表明EMC并不總

是能夠做到。例如在筆記本計(jì)算機(jī)和測(cè)試設(shè)備之間、打印機(jī)和臺(tái)式計(jì)算機(jī)之間以及行動(dòng)電話

和醫(yī)療儀器之間等都具有高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。

EMC問題來源

所有電器和電了設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這

樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周

圍的環(huán)境中。

EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或

其它缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開外殼，在開放的空

間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。

很多EMI抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候下面這些簡(jiǎn)單原則

可以有助于實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽、過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離

以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計(jì)

人員的目標(biāo)，這些性能在設(shè)計(jì)階段的早期就應(yīng)完成。

對(duì)設(shè)計(jì)工程師而言，采用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料

得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上噴射涂層及鍍層(如導(dǎo)電漆

及鋅線噴涂等)。無論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)人員確定作為外殼材料之后，

就可著手開始選擇襯墊。

金屬屏蔽效率

可用屏蔽效率(SE)對(duì)屏蔽罩的適用性進(jìn)行評(píng)估，其單位是分貝，計(jì)算公式為

S&B二A+R+B

其中A:吸收損耗(dB)R:反射損耗(dB)B:校正因子(dB)(適用于薄屏蔽罩內(nèi)存在多個(gè)反射

的情況)

一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽罩會(huì)使所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度降至最初的十分之一，即SE等于20dB；而有些

場(chǎng)合可能會(huì)要求將場(chǎng)強(qiáng)降至為最初的十萬分之一，即SE要等于lOOdBo

吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時(shí)能量損耗的數(shù)量，吸收損耗計(jì)算式為

A^l.314(fx(7x/z)12xt

其中f：頻率(MHz)u:銅的導(dǎo)磁率。：銅的導(dǎo)電率t:屏蔽罩厚度

反射損耗(近場(chǎng))的大小取決于電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離。對(duì)于桿狀或直線形發(fā)

射天線而言，離波源越近波阻越高，然后隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無變

化(恒為377)。

相反，如果波源是一個(gè)小型線圈，則此時(shí)將以磁場(chǎng)為主，離波源越近波阻越低。波阻隨著與

波源距離的增加而增加，但當(dāng)距離超過波長(zhǎng)的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在377處。

反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決于波的類型，而且取決于屏蔽罩與

波源之間的距離。這種情況適用于小型帶屏蔽的設(shè)備。

近場(chǎng)反射損耗可按下式計(jì)算

R(電)邰=321.8-(20xlgr)-(30xlgf)-[10xlg(^/a)]R(磁)dB=14.6+(20xlgr)+(10xlg

f)+[10xlg(/z/c/)]

其中r:波源與屏蔽之間的距離。

SE算式最后一項(xiàng)是校正因子B,其計(jì)算公式為

B=201g[-exp(-2t/o)]

此式僅適用于近磁場(chǎng)環(huán)境并且吸收損耗小于10dB的情況。由于屏蔽物吸收效率不高，其內(nèi)部

的再反射會(huì)使穿過屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降

情況。

EMI抑制策略

只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁

率會(huì)隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強(qiáng)也會(huì)使導(dǎo)磁率降低，還有就是采用機(jī)械方

法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會(huì)降低導(dǎo)磁率。綜上所述，選擇用于屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常

復(fù)雜，通常要向EM1屏蔽材料供貨商以及有關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)尋求解決方案。

在高頻電場(chǎng)下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必

須連續(xù)，并將敏感部份完全遮蓋住，沒有缺口或縫隙(形成一個(gè)法拉第籠)。然而在實(shí)際中要

制造一個(gè)無接縫及缺口的屏敝罩是不可能的，由于屏敝罩耍分成多個(gè)部份進(jìn)行制作，因此就

會(huì)有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便黏著與附加卡或裝配組件的聯(lián)機(jī)。

設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在于制造過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過程中還會(huì)需要用到

這些孔隙。制造、面板聯(lián)機(jī)、通風(fēng)口、外部監(jiān)測(cè)窗口以及面板黏著組件等都需要在屏蔽罩上

打孔，從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對(duì)與電路工作

頻率波長(zhǎng)有關(guān)的溝槽長(zhǎng)度作仔細(xì)考慮是很有好處的。

任一頻率電磁波的波長(zhǎng)為：波長(zhǎng)(A)二光速(C)/頻率(Hz)

當(dāng)縫隙長(zhǎng)度為波長(zhǎng)（截止頻率）的一半時(shí),RF波開始以20dB/10倍頻（1/10截止頻率）或6dB/8

倍頻（1/2截止頻率）的速率衰減。通常RF發(fā)射頻率越高衰減越嚴(yán)重，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)越短.當(dāng)

涉及到最高頻率時(shí)，必須要考慮可能會(huì)出現(xiàn)的任何諧波，不過實(shí)際上只需考慮一次及二次諧

波即可。

一旦知道了屏蔽罩內(nèi)RF輻射的頻率及強(qiáng)度，就可計(jì)算由屏蔽罩的最大允許縫隙和溝槽。例如

如果需要對(duì)1GHz（波長(zhǎng)為300mm）的輻射衰減26dB,則150mm的縫隙將會(huì)開始產(chǎn)生衰減，因此

當(dāng)存在小于150nmi的縫隙時(shí)，1GHz輻射就會(huì)被衰減。所以對(duì)1GHz頻率來講，若需要衰減20dB,

則縫隙應(yīng)小于15mm（150mm的1/1。,需要衰減26dB時(shí),縫隙應(yīng)小于于5mm（15mm的1/2以

上），需要衰減32dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于3.75mm（7.5mm的1/2以上）。

可采用合適的導(dǎo)電襯墊使縫隙大小限定在規(guī)定尺寸內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)這種衰減效果。

屏蔽設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于接縫會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降，因此屏蔽效率也會(huì)降低。要注意低于截止頻率的輻射其

衰減只取決于縫隙的長(zhǎng)度直徑比，例如長(zhǎng)度直徑比為3時(shí)可獲得100dB的衰減。在需要穿孔

時(shí)，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性；另一種實(shí)現(xiàn)較高長(zhǎng)度直徑比的方法是附加一個(gè)小

型金屬屏蔽物，如一個(gè)大小合適的襯墊。上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)C

多孔薄型屏蔽層：多孔的例子很多，比如薄金屬片上的通風(fēng)孔等等，當(dāng)各孔間距較近時(shí)設(shè)計(jì)

上必須要仔細(xì)考慮。下面是此類情況下屏蔽效率計(jì)算公式

SE=[201g（fc/o/o）]-101gn其中fc/o:截止頻率n:孔洞數(shù)目

注意此公式僅適用于孔間距小于孔直徑的情況，也可用于計(jì)算金屬編織網(wǎng)的相關(guān)屏蔽效率。

接縫和接點(diǎn)：電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進(jìn)行永久性固定的常用方式，接合部位金屬表面

必須清理干凈，以使接合處能完全用導(dǎo)電的金屬填滿。不建議用螺釘或卸釘進(jìn)行固定，因?yàn)?/p>

緊固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長(zhǎng)久保持。

導(dǎo)電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙，使RF輻射不會(huì)散發(fā)出去。三MI襯墊是

一種導(dǎo)電介質(zhì)，用于填補(bǔ)屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點(diǎn)。通常EMI襯墊可在兩個(gè)導(dǎo)

體之間提供一種靈活的連接，使一個(gè)導(dǎo)體上的電流傳至另一導(dǎo)體。

封孔EMI襯墊的選用可參照以下性能參數(shù)：?特定頻率范圍的屏蔽效率?黏著方法和密封

強(qiáng)度?與外罩電流兼容性以及對(duì)外部環(huán)境的抗腐蝕能力。?工作溫度范圍?成本

大多數(shù)商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設(shè)備滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵是在屏蔽罩內(nèi)正確地對(duì)

墊片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

墊片系統(tǒng)：一個(gè)需要考慮的重要因素是壓縮，壓縮能在襯墊和墊片之間產(chǎn)生較高導(dǎo)電率。襯

墊和墊片之間導(dǎo)電性太差會(huì)降低屏蔽效率，另外接合處如果少了一塊則會(huì)出現(xiàn)細(xì)縫而形成槽

狀天線，其輻射波長(zhǎng)比縫隙長(zhǎng)度小約4倍。

確保導(dǎo)通性首先要保證墊片表面平滑、干凈并藉由必要處理以具有良好導(dǎo)電性，這些表面在

接合之前必須先遮住；另外屏蔽襯墊材料對(duì)這種墊片具有持續(xù)良好的黏合性也非常重要。導(dǎo)

電襯墊的可壓縮特性可以彌補(bǔ)墊片的任何不規(guī)則情況。

所有襯墊都有一個(gè)有效工作最小接觸電阻，設(shè)計(jì)人員可以加大對(duì)襯墊的壓縮力度以降低多個(gè)

襯墊的接觸電阻，當(dāng)然這將增加密封強(qiáng)度，會(huì)使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到

原來厚度的30%至70%時(shí)效果比較好。因此在建議的最小接觸面范圍內(nèi)，兩個(gè)相向凹點(diǎn)之間的

壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。

另一方面，對(duì)襯墊的壓力不應(yīng)大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)導(dǎo)致襯墊接觸失

效，并可能產(chǎn)生電磁泄漏。與墊片分離的要求對(duì)于將襯墊壓縮控制在制造商建議范圍非常重

要，這種設(shè)計(jì)需要確保墊片具有足夠的硬度，以免在墊片緊固件之間產(chǎn)生較大彎曲。在某些

情況下，可能需要另外一些緊固件以防止外殼結(jié)構(gòu)彎曲。

壓縮性也是轉(zhuǎn)動(dòng)接合處的一個(gè)重要特性，如在門或插板等位置。若襯墊易于壓縮，那么屏蔽

性能會(huì)隨著門的每次轉(zhuǎn)動(dòng)而下降，此時(shí)襯墊需要更高的壓縮力才能達(dá)到與新襯墊相同的屏蔽

性能。在大多數(shù)情況下這不太可能做得到，因此需要一個(gè)長(zhǎng)期EMI解決方案。

如果屏蔽罩或墊片由涂有導(dǎo)電層的塑料制成，則添加一個(gè)EM1襯墊不會(huì)產(chǎn)生太多問題，但是

設(shè)計(jì)人員必須考慮很多襯墊在導(dǎo)電表面上都會(huì)有磨損，通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損。

隨著時(shí)間成長(zhǎng)這種磨損會(huì)降低襯墊接合處的屏蔽效率，并給后面的制造商帶來麻煩。

如果屏蔽罩或墊片結(jié)構(gòu)是金屬的，那么在噴涂拋光材料之前可加一個(gè)襯墊把墊片表面包住，

只需用導(dǎo)電膜和卷帶即可.若在接合墊片的兩邊都使用卷帶，則可用機(jī)械固件對(duì)EMI襯墊進(jìn)

行緊固，例如帶有塑料鉀釘或壓敏黏結(jié)劑（PSA）的“C型”襯墊。襯墊黏著在墊片的一邊，以

完成對(duì)EMI的屏蔽。

襯墊及附件

目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多，包括鉞-銅接頭、金屬網(wǎng)線（帶彈性內(nèi)芯或不帶）、嵌入橡

膠中的金屬網(wǎng)和定向線、導(dǎo)電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等。大多數(shù)屏蔽材料

制造商都可提供各種襯墊能達(dá)到的SE估計(jì)值，但要記住SE是個(gè)相對(duì)數(shù)值，還取決于孔隙、

襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等。襯墊有多種形狀，可用于各種特定應(yīng)用，包括有磨

損、滑動(dòng)以及帶校鏈的場(chǎng)合。目前許多襯墊帶有黏膠或在襯墊上而就有固定裝置，如擠壓插

入、管腳插入或倒鉤裝置等。

各類襯墊中，涂層泡沫襯墊是最新也是市面上用途最廣的產(chǎn)品之一。這類襯墊可做成多種形

狀，厚度大于0.5mm,也可減少厚度以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標(biāo)準(zhǔn)。還有另一種新型襯墊即

環(huán)境/EMI混合襯墊，有了它就可以無需再使用單獨(dú)的密封材料，從而降低屏蔽罩成本和復(fù)雜

程度。這些襯墊的外部覆層對(duì)紫外線穩(wěn)定，可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑，內(nèi)部涂層則進(jìn)行金

屬化處理并具有較高導(dǎo)電性。最近的另外一項(xiàng)革新是在EMI襯墊上裝了一個(gè)塑料夾，同傳統(tǒng)

壓制型金屬襯墊相比，它的重量較輕，裝配時(shí)間短，而且成本更低，因此更具市場(chǎng)吸引力。

結(jié)論

設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可藉由一些基本

原則確定，但是理論與現(xiàn)實(shí)之間還是有差別。例如在計(jì)算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還

必須考慮信號(hào)的強(qiáng)度，如同在一個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形。表面處理及墊片設(shè)計(jì)

是保持長(zhǎng)期屏蔽以實(shí)現(xiàn)EMC性能的關(guān)鍵因素。

電磁波吸收材料系利用軟磁鐵氧體在高頻下?lián)p耗增大的現(xiàn)象來達(dá)到吸收電磁波的目的。在工

程上的實(shí)際應(yīng)用中，除要求材料在很寬（從RF到微波）的頻率范圍內(nèi)有高的電磁波能量吸收

率外，尚要求材料機(jī)械強(qiáng)度好、涂層薄、重量輕、耐溫耐濕、抗輻射和抗腐蝕。目前實(shí)用的

材料有Ni—Zn鐵氧體和六角晶系鐵氧體等。在工程應(yīng)用上，為提高對(duì)電磁波的吸收率和擴(kuò)展

吸收頻率范圍，多制成摻有金屬短纖維和有機(jī)高分子材料的復(fù)合物。此外，為克服早期吸收

材料寄生于雷達(dá)目標(biāo)表面從而增加了重量之不足，近來國外還研制出一種用吸收材料與工程

塑料復(fù)合而成的新型結(jié)構(gòu)型載荷體吸收材料，可用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的整流罩，己在美國F—111

戰(zhàn)斗機(jī)上運(yùn)行數(shù)萬小時(shí)。北美羅克未爾公司也為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口研制成一種復(fù)雜的蜂窩式

結(jié)構(gòu)型吸收體，有很高的吸收率及機(jī)械強(qiáng)度。吸收材料的形狀尖劈形。微波暗室采

用的吸收體常做成尖劈形，它是在泡沫塑料中摻入碳精粉然后再在外面包上一層高強(qiáng)度型泡

沫塑料做保護(hù)層，這樣吸收體即使受到外界碰撞也不致?lián)p壞。但頻率降低（波長(zhǎng)增長(zhǎng)），吸

收體長(zhǎng)度也大為增加，普通尖劈形吸收體有近似關(guān)系式L/人41,所以在100MHz時(shí),尖劈

長(zhǎng)度達(dá)3cm；在60MHz時(shí)，尖劈長(zhǎng)度達(dá)5cm,這不但工藝上難以實(shí)現(xiàn)，而旦微波暗室有效可用

空間也大為減少。單層平板形。國外最早研制成的吸收體就是單層平板形，后來制成的

吸收體都是直接貼在金屬屏蔽層上，其厚度薄、重量輕，但工作頻率范圍較窄。雙層或

多層平板形。該種吸收體可在很寬的工作頻率范圍內(nèi)工作，且可做成任意形狀。如日本NEC

公司將鐵氧體和金屬短纖維均勻分散在合適的有機(jī)高分子樹脂中做成的復(fù)合材料，工作頻帶

可寬達(dá)40—50%左右。其缺點(diǎn)是厚度大、工藝復(fù)雜、成本較高。涂層形。在飛行器表面

只能用涂層形吸收材料，為展寬頻率帶，一般都采用復(fù)合材料的涂層。如鋰鎘鐵氧體涂層厚

2.5—5mm時(shí)，在厘米波段可衰減8.5dB；尖晶石鐵氧體涂層厚2.5mm時(shí)，在9GHz可衰減24dB；

鐵氧體加氯丁橡膠涂層厚1.7—2.5mm時(shí)，在5—10GHz衰減達(dá)30dB左右。結(jié)構(gòu)形。將吸

收材料摻入工程塑料使其既具有吸收特性，又具有載荷能力，這是吸收材料發(fā)展的一個(gè)方

向。近年來，為進(jìn)一步提高吸收材料的性能，國外還發(fā)展了由幾種形狀組合的復(fù)雜形吸

收體。如日本采用該類吸收體做成的微波暗室，其性能為：136MHz,25dB；300MHz,30dB；

500MIIz,40dB；1—40GHz,45dB。吸收材料的工程應(yīng)用在口益重要的隱身和電磁兼

容（EMC）技術(shù)中，電磁波吸收材料的作用和地位十分突出，已成為現(xiàn)代軍事中電子對(duì)抗的法

寶和“秘密武器”。其工程應(yīng)用主要有：隱身技術(shù)。在飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克、艦艇、倉庫

等各種裝備和軍事設(shè)施上面涂敷吸收材料，就可以吸收掉偵察電波、衰減反射信號(hào)，從而突

破敵方雷達(dá)的防區(qū)，這是反雷達(dá)偵察的一種有力手段，減少武器系統(tǒng)遭受紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈和激

光武器襲擊的一種方法。此外，電磁波吸收材料還可用來隱蔽著落燈等機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航設(shè)備及其它

地面設(shè)備、艦船桅桿、甲板、潛艇的潛望鏡支架和通氣管道等設(shè)備。改善整機(jī)性