EMC(电磁兼容性)结构设计基础

2.3电磁场的屏蔽 a.电磁场的屏蔽原理 利用导电良好的屏蔽材料,如铝板、铝箔、铜板、 铜箔或在塑料机箱上镀镍或铜，利用它们对干 扰电磁波的反射、吸收和多次反射作用，衰减 干扰电磁场的能量，达到屏蔽效果。 b.设计要点 ---选用高导电率材料 ---依据电磁场的屏蔽原理合理确定尺寸和结构 形式 ---即使屏蔽物的壁厚很小也可取得较好的屏蔽 效果，故确定屏蔽物材料的厚度时，主要考虑 其工艺性和结构强度
1）缝隙结构---屏蔽盒的接缝是电磁波的泄露源。解决的方法是 在缝隙处使用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性 材料，它能够保持缝隙处的导电的连续性。电磁密封衬垫可以 是导电的金属网、银粉导电橡胶等。现在又出现了一些新的导 电材料，如导电胶、导电腻子、导电润滑脂等。
2）孔洞结构 机箱上散热孔、观察孔和穿过机箱的电缆也是造成机 箱屏蔽效能下降的主要原因。机箱上开口引起的电磁 泄露与开口的尺寸、辐射源的特性和辐射源到开口的 距离有关。通过适当地设计开口尺寸和辐射源到开口 的距离能够满足屏蔽的要求。 ---在孔面积相同时，长方形孔泄露最大而圆形孔泄露 最小。因此要少开长方形孔洞。实践证明，当孔隙、 缝隙的最大线形尺寸等于干扰源半波长的整数倍时， 孔缝的电磁泄漏最大，因此一般要求孔隙、缝隙的最 大线形尺寸小于λ/10—λ/100. ---为减少感应涡流流动的电阻，所开空洞切口应顺着 感应涡流流动的方向并使涡流均匀分布。 ---安装高频线圈屏蔽盒时，应使接缝不切断涡流。 ---孔缝泄露的大小主要取决于孔的面积、孔截面上的 最大线形尺寸、电磁波频率及孔的深度。对于必须存 在的大孔，应采用安装金属网等办法，减少泄露。


f.合理布局 合理布局包括系统设备内各单元之 间的相对位置和电缆走线等，其基本原则是使 感受器和干扰源尽可能远离，输入与输出端口 妥善分隔，高电平电缆及脉冲引线与低电平电 缆分别敷设。通过合理布局能使相互干扰减小 到最小程度而又费用不多。
2.EMC(电磁兼容性)的屏蔽设计




概述：用导电或导磁材料制成的用以抑制电场、 磁场及电磁场干扰的盒、壳、板和栅、网、管 等称为屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部 的辐射电磁能量泄露，二是防止外来的辐射干 扰进入某一区域。根据其抑制功能的不同，屏 蔽可分为： 电屏蔽---对静电场或交变电场的屏蔽 磁屏蔽---对恒磁场或交变磁场的屏蔽 电磁屏蔽---对电磁场的屏蔽
3）电子设备电磁兼容性设计的基本要求



a.优化信号设计 传输信息的电信号需要占用一定的 频谱。为尽量减小干扰，对有用信号应规定必要的最 小占用带宽，这有赖于优化信号波形。 b.完善线路设计 应设计和选用自身发射小、抗干扰 能力强的电子线路作为电子设备的单元电路。 C.屏蔽 用屏蔽体将干扰源包封起来，可以防止干扰 电磁场通过空间向外传播；反之，用屏蔽体将感受器 包封，就可以使感受器免受外界空间电磁场的影响。 屏蔽技术虽然能有效地阻断电磁干扰的传播通道，但 是它又可能使设备的通风散热困难、维修不便，并导 致重量、体积和成本的增加。所以应采用合理的措施， 以最佳的效/费比来满足电磁兼容性的要求。
c. 静电 当两种介电常数不同的绝缘材料直接接触,特别 是相互摩擦时,两者间会发生电荷的转移而各自带有不同 的电荷,这种现象称为静电充电.人体同样也会发生静电充 电,气候愈干燥,感应的电荷量愈大.一般人体的充电电压可 达20KV,当带有静电高压的人员触及电子设备时,就会发生 放电现象,放电火花产生的电磁干扰会使电子系统失灵或 发生故障. 消除静电危害宜采取以下措施: 采用导电纤维编织的地毯或抗静电地板; 操作人员穿着防静电工作服和工作鞋,并戴上接地的导电 手镯; 把空气的相对湿度增加到60％--70％,借助加大潮气的含 量来增加绝缘材料的导电率,防止静电积累. 将系统或设备内所有的金属构件用导电条连接起来,消除 系统中任何两个金属物体之间由静电感应而引起的电位差.
2).电磁骚扰的传播


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a.传导干扰 沿电源线或信号线传输的电磁骚 扰称为传导干扰.电子系统内各单元电路之间存 在各种连线,如电源线、信号互连线及公共地线 等，就有可能使一个设备的电磁能量沿着这类 导线传输到毗连设备和单元电路，造成干扰。 b.辐射干扰 辐射干扰是指通过空间传导的电 磁骚扰。骚扰源的电路、输入输出信号电路和 控制电路的导线在一定条件下都可构成辐射天 线，当骚扰源的外壳流过高频电流时，外壳本 身也就成为辐射天线。
---屏蔽盒接缝位置应平行于磁场 （当磁场垂直于屏蔽盒的接缝时，接缝切断磁 感线，磁通流经接缝处会遇到较大的磁阻。若 磁场平行于接缝，则磁阻较小。要做到此，首 先在结构设计时就要安排好接缝的位置。二是 要在安装时注意接缝的位置不要影响磁路。）
---正确布置屏蔽盒上的通风孔和接线孔 （屏蔽盒上开通风孔、接线孔时，应注意其尺 寸大小和方向布局，要求尽量少地削弱导磁截 面积，不增加导磁回路的长度，即尽量减小屏 蔽体的磁阻。）
2.2 磁场屏蔽---磁场的频率不同,采取的磁屏蔽原 理也不同. a.低频磁场的屏蔽 1)原理---恒磁场或低频交变磁场(f＜100Hz)的屏 蔽方法是选用高磁导率的铁磁材料进行磁分路. 由于铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率大的 多,所以铁磁性材料的磁阻很小.将铁磁性材料 置于磁场中时,磁通主要通过铁磁性材料,而通 过空气的磁通将大为减小,从而起到磁场屏蔽的 作用.
电磁兼容性定义
电磁兼容性研究中经常涉及以下术语 a.电磁骚扰与电磁干扰-----电磁骚扰是指任何可 能引起器件、设备或系统性能降低的电磁现象， 电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒 介本身的变化；电磁干扰强调的是电磁骚扰现 象所造成的后果。平时人们不予严格区分，统 称为电磁干扰（EMI）.
b.抗干扰度与电磁敏感度------抗干扰度是指存在电磁 骚扰的情况下，器件、设备或系统性能不降低条件 下的正常运转能力；敏感度衡量的是电子设备或分 系统对电磁环境所呈现的不希望有响应程度。敏感 度阈值越小，抗扰度越差。多用电磁敏感度表示 （ EMS） C.电磁兼容性------器件、设备或系统在所处电磁环境 中良好运行，并且不对其所在环境产生任何难以承 受的电磁骚扰的能力。EMC涵盖了EMI、EMS两方 面。为实现系统内设备互不干扰、兼容运行，既要 控制骚扰源的电磁发射，又要提高受骚扰对象的抗 扰度。


d.接地与搭接 不管是否与大地有实际连接， 只要为电源和信号电流提供了回路和基准电位， 就通称为接地。电子设备接地是抑制噪声和防 止干扰的重要措施之一。设计中如能周密设计 地线系统，综合使用接地、滤波和屏蔽等措施， 往往可事半功倍，有效地提高设备的电磁兼容 性。 e.滤波 滤波是借助抑制元件将有用信号频谱 以外不希望通过的能量加以抑制。它既可以抑 制干扰源的发射，又可以抑制干扰源频谱分量 对敏感设备、电路或元件的影响。滤波虽能十 分有效地抑制传导干扰，但制造大容量、宽频 带的抗电磁干扰滤波器的代价非常昂贵。
---双层磁屏蔽 （要得到高的屏蔽效果，往往采用高磁导率材 料和增加材料厚度的办法，但是，选用高磁导 率材料和增加材料厚度都是有限度的，此时， 可以采用双层磁屏蔽结构。）
b. 高频磁场的屏蔽 1)原理---高频交变磁场指的是高频电磁场中的磁 场分量,利用电磁感应现象在屏蔽体表面产生的 涡流的反磁场来达到高频磁场屏蔽的目的,也就 是利用涡流反磁场对原干扰磁场的排斥作用,来 抑制或抵消屏蔽体外的磁场.
2)低频磁屏蔽的设计要点 ---选择相对磁导率高的材料做屏蔽体 ---被屏蔽元件和屏蔽盒之间应选择合适的间隙 （被屏蔽元件与屏蔽盒之间越大,有利于提高屏蔽效 果.但是,间隙过大,将是屏蔽盒变大,给结构设计带来困 难,同时也增加了成本.） ---选择足够的屏蔽盒厚度 （增大壁厚有利于减小磁阻,使得磁分路效果更加明 显,但壁厚的大小还应考虑成本、制造工艺、结构尺寸 等因素。） ---注意屏蔽盒的安装方向 （对于横截面为矩形的屏蔽盒，安装时应使其长边平 行于磁感线方向）


c. 电场屏蔽的结构 1)单层盖结构---屏蔽体用单层盖的屏蔽盒, 为 减少盒体与盒盖的接触电阻应尽量增加盒体与 盒盖间的接触面积.
2)双层盖结构---采用双层屏蔽盖结构可以进一 步提高屏蔽的效能.此时盒体的内表面与内屏蔽 盖构成一个屏蔽盒,而盒体的外表面与外层屏蔽 盖又构成了另一个屏蔽盒.因此,可以大大提高 屏蔽效果.
1.2电磁干扰三要素
任何一对复杂系统或装置之间的电磁骚扰和响应过 程，均可简化为用辐射发射和传导发射来描述骚扰 源；用辐射抗扰度和传导抗扰度来描述感受器。是 否造成危害，还受耦合途径的制约。 1).骚扰源 骚扰源可分为自然骚扰源和人为骚扰源 a.自然骚扰源包括地球上各处的雷雨、闪电产生的天 电噪声，太阳黑子爆炸和活动产生的噪声以及银河 系的宇宙噪声。 b.人为骚扰是由机电或其他人工装置产生的电磁骚扰， 骚扰源包括：各种无线电发射装置、各种射频设备； 高压设备、家用电器等等。随着科技的进步人为骚 扰源会越来越多。


2.1 电场屏蔽 a.原理--- 电场的屏蔽是在干扰源和敏感单元之 间设置良好接地的金属屏障,就可以抑制干扰源 电场对敏感单元的影响.





b. 电屏蔽的设计要点 1)屏蔽体必须良好接地---接地电阻一般应小于 2mΩ,严格的场合应小于0.5mΩ.为减小接地电 阻,可选用横截面和周长较大的导线.为减小接 地线的感抗,要尽量减少导线的长度. 2)正确选择接地点---屏蔽体的接地点应靠近被 屏蔽的低电平元件的入地点,避免低电平电路的 地线流过较大的地电流. 3)合理设计屏蔽体的形状---用全封闭的盒体最 好. 4)选择导电性能好的导体做屏蔽体,如铜、铝等。 高频时，屏蔽体表面镀银。
3)屏蔽盒的共盖和分盖结构---在有隔板的屏蔽盒 体内采用分开的屏蔽盖,可以减少其间的寄生耦 合电容.分开的屏蔽盖结构的屏蔽效果优于一个 屏蔽盖的结构.为提高共盖结构的屏蔽效果,应 尽量减小盖子与隔板之间电连接的缝隙.
4)印制导线屏蔽---单面印制电路板,在信号线之间 设置接地的印制线可起屏蔽作用.双面印制电路 板,除在信号线之间设置接地线之外,其背面的 铜箔也接地.
3）低频磁场屏蔽的结构设计 ---减小屏蔽盒接缝的磁阻 （屏蔽盒多为钣金制作，盒体的接缝处存在一 定的间隙，盒与盖之间也有间隙，这些都会增 大磁阻。为了减小屏蔽盒〈盖〉接缝处的磁阻， 对较薄的板材〈0.8MM〉可以采用翻边卷口连 接；对较厚的板材〈0.8—2.5MM〉可以采用搭 接点焊、铆接和用导磁材料蜜焊，其搭接高度 不小于8MM； 为增大盒体与盒盖的套入深 度〈一般不大于10MM〉，并用螺钉连接以减 小接缝磁阻。
c.电磁场的屏蔽结构 电磁屏蔽是对电磁波的屏蔽，其对屏蔽材料的 性能要求与静电屏蔽相同，都是高导电体。但 是静电屏蔽的重点要求屏蔽体必须接地。而影 响屏蔽体电磁屏蔽效能的不是屏蔽体是否接地， 而是屏蔽体导电的连续性。电磁屏蔽对屏蔽体 的导电性能要求比静电屏蔽高的多。 屏蔽结构可分为:屏蔽格结构、独立屏蔽盒结构、 双层屏蔽结构。
2)高频磁屏蔽的结构设计要点 ---选择相对电导率高的材料做屏蔽体.屏蔽盒的电阻越小, 产生的涡流越大. ---由于高频电流的集肤效应,涡流仅在屏蔽体的表面薄层 流过,而屏蔽体内层被表面涡流屏蔽,所以高频磁屏蔽盒无 需做的很厚,一般取0.2-0.8MM. ---屏蔽盒在垂直于涡流方向不应开孔或有缝隙.在垂直与 涡流的方向开孔或有缝隙,将切断涡流,削弱反磁场对原干 扰磁场的抵消作用,使屏蔽效果变差.若缝隙和开孔沿着涡 流方向,则对屏蔽效果的影响较小.一般屏蔽盒上的缝隙和 开孔尺寸不大于原磁场波长的1/50---1/100. --- 屏蔽盒是否接地不影响磁屏蔽效果.但是接地,则此屏蔽 盒同时具有电场屏蔽和磁场屏蔽的作用.
EMC (电磁兼容性)结构设计基础
1.EMC(电磁兼容性)概述
1.1 电子系统的电磁兼容性

EMC (电磁兼容性)技术的早期仅仅考虑对无线电通 信、广播有影响的射频干扰。随着干扰源范围的扩 大及电磁能量应用形式的增多，电磁骚扰不在局限 于辐射，还要考虑感应、耦合和传导等引起的电磁 干扰。电磁干扰除影响电子系统和设备的正常工作 外，对人体健康也会造成有害的影响。