電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)
一、前言
根據(jù)國(guó)家保密標(biāo)準(zhǔn)的要求,涉密信息系統(tǒng)中使用的任何信息設(shè)備應(yīng)采取電磁泄漏發(fā)射防護(hù)措施。對(duì)于高密級(jí)、涉密信息設(shè)備使用集中的情況可以采用屏蔽室;對(duì)于較分散的情況,使用屏蔽室成本過高,而低電磁泄漏發(fā)射設(shè)備的成產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高,也不適應(yīng)涉密信息系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)際;某些信息設(shè)備只是臨時(shí)處理涉密信息,只需臨時(shí)防護(hù),使用屏蔽室和低泄射產(chǎn)品都存在資源浪費(fèi)的問題。屏蔽機(jī)柜可以滿足以上要求,它可以靈活更換內(nèi)部信息設(shè)備,成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于屏蔽室,還可以根據(jù)需求定制,對(duì)多種信息設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。
屏蔽機(jī)柜在使用上的便利性,使其在涉密信息系統(tǒng)中的使用越來越廣泛,對(duì)其防護(hù)性能的技術(shù)要求和測(cè)試方法目前沒有可以直接執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),急需統(tǒng)一和規(guī)范。屏蔽機(jī)柜體積小,形狀不規(guī)則,對(duì)其性能的測(cè)試很困難,國(guó)外對(duì)于類似產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)也遲遲沒有出臺(tái)。本文針對(duì)電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜的幾種可行的性能測(cè)試方法進(jìn)行了探討。
二、電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜性能可行的測(cè)試方法
1.低輻射設(shè)備法
1.低輻射設(shè)備法
低輻射設(shè)備法把電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜連同內(nèi)部保護(hù)的信息設(shè)備一起,看作是一件低輻射設(shè)備,采用低輻射設(shè)備的測(cè)試方法,如圖1所示,EUT指被測(cè)屏蔽機(jī)柜(下同),測(cè)試天線根據(jù)測(cè)試電場(chǎng)、磁場(chǎng)和頻段進(jìn)行選擇。測(cè)試結(jié)果參照信息設(shè)備電磁泄漏發(fā)射限值,判斷該屏蔽機(jī)柜是否符合相應(yīng)級(jí)別的安全要求。
這種方法適用于放置固定信息設(shè)備的屏蔽機(jī)柜,連同需保護(hù)的信息設(shè)備一起整體測(cè)試,對(duì)屏蔽機(jī)柜本身并不能給出單獨(dú)的評(píng)價(jià),且更換信息設(shè)備以后需整體重新評(píng)測(cè)。
2.屏蔽效能測(cè)試法
屏蔽效能測(cè)試法采用屏蔽效能指標(biāo)對(duì)電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜防護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。屏蔽效能的定義為:
這種方法適用于放置固定信息設(shè)備的屏蔽機(jī)柜,連同需保護(hù)的信息設(shè)備一起整體測(cè)試,對(duì)屏蔽機(jī)柜本身并不能給出單獨(dú)的評(píng)價(jià),且更換信息設(shè)備以后需整體重新評(píng)測(cè)。
2.屏蔽效能測(cè)試法
屏蔽效能測(cè)試法采用屏蔽效能指標(biāo)對(duì)電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜防護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。屏蔽效能的定義為:
式中,SE是屏蔽效能,E1是沒有屏蔽體時(shí)測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng),E2是有屏蔽體時(shí)測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng)。通用的高頻和低頻信號(hào)發(fā)射和接收系統(tǒng)體積都比較大,不能直接放入屏蔽機(jī)柜。解決這個(gè)問題有三種方案:一是在機(jī)柜上安裝同軸屏蔽接口,把傳感器置于機(jī)柜腔體內(nèi),通過屏蔽同軸電纜接口與外界相連;二是傳感器置于機(jī)柜腔體內(nèi),加入電光轉(zhuǎn)換裝置,把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào),用光纖從機(jī)柜的波導(dǎo)窗送出,再通過光電轉(zhuǎn)換裝置變?yōu)殡娦盘?hào),與外部設(shè)備相連;三是研制專用的點(diǎn)頻信號(hào)源,要求點(diǎn)頻信號(hào)源體積能適應(yīng)機(jī)柜腔體大小。
2.1同軸電纜開孔法
在10kHz到20MHz頻段主要測(cè)磁場(chǎng)的泄漏發(fā)射。磁場(chǎng)測(cè)試一般使用環(huán)形天線,環(huán)形磁場(chǎng)天線的發(fā)射效率較低,要達(dá)到測(cè)試所需的發(fā)射功率,需要較大半徑的發(fā)射環(huán)。屏蔽機(jī)柜的腔體尺寸較小,容納不了發(fā)射環(huán)天線,可以采用把接收天線放入機(jī)柜內(nèi)的辦法,如圖2所示:
信號(hào)源和發(fā)射大半徑環(huán)天線置于屏蔽機(jī)柜外,接收環(huán)天線置于機(jī)柜內(nèi),并通過事先安裝的同軸連接器,經(jīng)同軸電纜與測(cè)試設(shè)備相連。這種方法發(fā)射部分在外,信號(hào)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境噪聲,而接收部分位于屏蔽腔體內(nèi),環(huán)境較為干凈,不需要在屏蔽暗室進(jìn)行測(cè)試。
中頻段(30MHz至1GHz)發(fā)射機(jī)和天線的體積都能滿足屏蔽機(jī)柜尺寸的要求,可以采用普通的測(cè)試方法,把發(fā)射部分放入屏蔽機(jī)柜腔體內(nèi),接收部分置于外部,測(cè)試需要在屏蔽暗室中進(jìn)行,接收天線加磁環(huán)抑制共模干擾帶來的測(cè)量誤差,如圖3所示:
高頻段(2GHz至10GHz)發(fā)射信號(hào)源體積同樣滿足不了屏蔽機(jī)柜的尺寸要求,發(fā)射的喇叭天線體積不大,可以置于屏蔽機(jī)柜內(nèi),通過同軸連接器與信號(hào)源相連,如圖4所示:
采用同軸電纜開孔法必須要破壞被測(cè)屏蔽機(jī)柜的箱體,安裝同軸電纜連接器,在進(jìn)行抽樣測(cè)試時(shí),廠商難以承受。此法對(duì)屏蔽電纜的性能要求較高,屏蔽電纜的屏蔽效能必須大于被測(cè)機(jī)柜的屏蔽效能。
2.2光纖法
采用光纖的方法與同軸電纜開孔法類似,不同的是不需要破壞屏蔽機(jī)柜箱體,可以通過波導(dǎo)窗把光纖引出。如圖5所示:
低頻段測(cè)試與同軸電纜開孔法類似,把接收天線放入屏蔽機(jī)柜內(nèi)。中頻段測(cè)試可以用普通的測(cè)試方法,如圖3所示。
此種方法也可將發(fā)射部分置于屏蔽機(jī)柜外部,接收傳感器選用光電探頭,置于機(jī)柜內(nèi)部,通過光纖與接收部分連接。光電探頭的靈敏度通常較低,需要發(fā)射部分提供大功率的信號(hào)。
采用光纖法不會(huì)破壞屏蔽機(jī)柜箱體,需要額外的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。在高頻段測(cè)試時(shí)需要10GHz的模擬電光轉(zhuǎn)換裝置,目前國(guó)內(nèi)這樣的產(chǎn)品還不太多見。波導(dǎo)窗能否穿過光纖,是這種方法的關(guān)鍵。
2.3點(diǎn)源法
屏蔽機(jī)柜屏蔽效能測(cè)試通常都選一些固定的頻點(diǎn),針對(duì)某幾個(gè)相鄰的頻點(diǎn)可以研制小體積的大功率發(fā)射機(jī)。信號(hào)源體積縮小后可直接放入屏蔽機(jī)柜內(nèi),如圖6所示:
不同頻段測(cè)試選用不同的定制點(diǎn)信號(hào)源和天線。這種方法發(fā)射部分都位于屏蔽箱體內(nèi),接受部分位于箱體外,更接近于實(shí)際使用情況,測(cè)試結(jié)果也更科學(xué)。信號(hào)源可用電池供電,也可通過機(jī)柜提供的電源接口交流供電。采用機(jī)柜供電的信號(hào)源,屏蔽機(jī)柜的傳導(dǎo)泄漏發(fā)射抑制不用單獨(dú)測(cè)試,可與屏蔽效能測(cè)試同時(shí)完成。點(diǎn)信號(hào)源的研制成為實(shí)現(xiàn)這種測(cè)試方法的關(guān)鍵。
3.時(shí)域脈沖測(cè)試法[1]
時(shí)域脈沖測(cè)試法與同軸電纜開孔法類似,不同的是采用脈沖信號(hào)作為測(cè)試信號(hào),接收機(jī)為高性能數(shù)字示波器,在時(shí)域?qū)ζ帘涡苓M(jìn)行分析,不依賴于電波暗室,測(cè)試布置如圖7所示:
式中V1是沒有屏蔽機(jī)柜時(shí)數(shù)字示波器接收到的優(yōu)勢(shì)峰值幅度,V2是使用屏蔽機(jī)柜時(shí)數(shù)字示波器接收到的峰值幅度。時(shí)域脈沖法不需要在電波暗室進(jìn)行,方法簡(jiǎn)單,測(cè)試得到的是最小屏蔽效能,不能反映出屏蔽效能與頻率的關(guān)系。
三、結(jié)論
屏蔽機(jī)柜類產(chǎn)品既有相似于屏蔽室的特點(diǎn),又有低泄射設(shè)備的特性,研究能夠正確評(píng)價(jià)其性能的測(cè)試方法非常必要。對(duì)電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜性能的評(píng)價(jià),目前的測(cè)試方法大多采用低泄射設(shè)備測(cè)試法,對(duì)機(jī)柜本身性能不能給出單獨(dú)的評(píng)價(jià);時(shí)域脈沖測(cè)試法不能反映全頻段內(nèi)屏蔽效能與頻率的關(guān)系,屏蔽效能算法還有待深入研究;同軸電纜開孔法破壞了機(jī)柜的結(jié)構(gòu);光纖法設(shè)備過于復(fù)雜,波導(dǎo)窗的位置結(jié)構(gòu)直接影響測(cè)試的進(jìn)行;點(diǎn)源法簡(jiǎn)單并接近于實(shí)際使用情況,是今后研究的重點(diǎn)。值得一提的是,電磁泄漏發(fā)射屏蔽機(jī)柜測(cè)試方法形成的測(cè)試結(jié)果應(yīng)與現(xiàn)行的相關(guān)TEMPEST標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。
電磁屏蔽柜適用于防止外界對(duì)光電數(shù)據(jù)交換機(jī)的干擾的信息數(shù)據(jù)傳輸交換系統(tǒng)
參數(shù)
■ 外形尺寸: 700*700*2000(毫米) 700*700*1800(毫米)
■凈空間尺寸:468*550*1700(毫米) 468*550*1500(毫米)
■外形尺寸: 700*700*1600(毫米) 700*700*1200(毫米)
■凈空間尺寸:468*550*1300(毫米) 468*550*900(毫米)
■外形尺寸: 700*980*2000(毫米) 700*980*1800(毫米)
■凈空間尺寸:468*800*1700(毫米) 468*800*1500(毫米)
■功率:交流電220V*16A;
■屏蔽效能:150KHz 95dB
450MHz 103dB
930MHz 102db
■重量:≈145公斤
■主要結(jié)構(gòu)組
■屏蔽殼體:冷軋鋼板焊接成的全密閉的箱體,經(jīng)過鍍鋅與油漆等防腐蝕處理;
■屏蔽門:優(yōu)質(zhì)材料經(jīng)過精心制作與處理的屏蔽簧片、冷軋鋼板焊接成的門扇組成的屏蔽門;
■濾波器:電源濾波器具有寬抑制頻帶和高的插入損耗;
■通風(fēng)波導(dǎo)窗:蜂窩型通風(fēng)波導(dǎo)窗,頂部波導(dǎo)窗設(shè)有微型軸流風(fēng)機(jī)四只,單只排風(fēng)量1.4m3/min;
■傳輸窗:傳輸窗設(shè)有帶彈性?shī)A頭的銅制傳輸導(dǎo)管;
■光導(dǎo)管:φ14*100鍍銅光纖輸導(dǎo)管;
■服務(wù)器支架:上下前后可調(diào)位置的服務(wù)器安裝支架;
■電器插座與開關(guān)。
●安裝調(diào)試
■使用環(huán)境:環(huán)境溫度- 25℃——+70℃ 相對(duì)濕度 ≯85% 防止與腐蝕性物質(zhì)和氣體相接觸;
■設(shè)備移至確定位置,保持平穩(wěn),將四只定位螺栓調(diào)下,防止機(jī)柜使用時(shí)移位;
■屏蔽柜應(yīng)可靠接地,接地電阻應(yīng)≤1Ω,接地樁引出端子與屏蔽柜接地螺栓搭接地電阻應(yīng)≤0.1Ω。
■通電前必須接地;接地時(shí)電源插座前不能有漏電保安器,如本棟建筑物接電系統(tǒng)有漏電保安器,
則應(yīng)在漏電保安器前段單獨(dú)拉一路電源來給本機(jī)柜供電。 因?yàn)V波器是電容電感組成,電容有充放作用,
否則在插座前加隔離變壓器或?qū)S秒娫床遄?br />
■不接地時(shí)屏蔽柜對(duì)地電阻應(yīng)大于1000Ω。
■安裝進(jìn)入機(jī)柜的光纖線和屏蔽銅纜必須要經(jīng)過屏蔽柜后面的波導(dǎo)管孔
(具體數(shù)量應(yīng)在訂購(gòu)機(jī)柜時(shí)確定,并在生產(chǎn)時(shí)做好).
■同時(shí)響應(yīng)的線纜上的屏蔽網(wǎng)絲和金屬線應(yīng)截?cái)?并從屏蔽柜前內(nèi),外兩方面,
把截?cái)嗟钠帘尉W(wǎng)絲和金屬線固定在波導(dǎo)管兩端的金屬鑼口中.使之通過屏蔽柜良好接地.達(dá)到屏蔽效果.
■屏蔽柜的波導(dǎo)管的數(shù)量應(yīng)按客戶的實(shí)際需求在生產(chǎn)時(shí)訂制安裝.一根線纜進(jìn)入屏蔽柜需要一個(gè)波導(dǎo)管.
并需要區(qū)分光纖和屏蔽銅纜.
參數(shù)
■ 外形尺寸: 700*700*2000(毫米) 700*700*1800(毫米)
■凈空間尺寸:468*550*1700(毫米) 468*550*1500(毫米)
■外形尺寸: 700*700*1600(毫米) 700*700*1200(毫米)
■凈空間尺寸:468*550*1300(毫米) 468*550*900(毫米)
■外形尺寸: 700*980*2000(毫米) 700*980*1800(毫米)
■凈空間尺寸:468*800*1700(毫米) 468*800*1500(毫米)
■功率:交流電220V*16A;
■屏蔽效能:150KHz 95dB
450MHz 103dB
930MHz 102db
■重量:≈145公斤
■主要結(jié)構(gòu)組
■屏蔽殼體:冷軋鋼板焊接成的全密閉的箱體,經(jīng)過鍍鋅與油漆等防腐蝕處理;
■屏蔽門:優(yōu)質(zhì)材料經(jīng)過精心制作與處理的屏蔽簧片、冷軋鋼板焊接成的門扇組成的屏蔽門;
■濾波器:電源濾波器具有寬抑制頻帶和高的插入損耗;
■通風(fēng)波導(dǎo)窗:蜂窩型通風(fēng)波導(dǎo)窗,頂部波導(dǎo)窗設(shè)有微型軸流風(fēng)機(jī)四只,單只排風(fēng)量1.4m3/min;
■傳輸窗:傳輸窗設(shè)有帶彈性?shī)A頭的銅制傳輸導(dǎo)管;
■光導(dǎo)管:φ14*100鍍銅光纖輸導(dǎo)管;
■服務(wù)器支架:上下前后可調(diào)位置的服務(wù)器安裝支架;
■電器插座與開關(guān)。
●安裝調(diào)試
■使用環(huán)境:環(huán)境溫度- 25℃——+70℃ 相對(duì)濕度 ≯85% 防止與腐蝕性物質(zhì)和氣體相接觸;
■設(shè)備移至確定位置,保持平穩(wěn),將四只定位螺栓調(diào)下,防止機(jī)柜使用時(shí)移位;
■屏蔽柜應(yīng)可靠接地,接地電阻應(yīng)≤1Ω,接地樁引出端子與屏蔽柜接地螺栓搭接地電阻應(yīng)≤0.1Ω。
■通電前必須接地;接地時(shí)電源插座前不能有漏電保安器,如本棟建筑物接電系統(tǒng)有漏電保安器,
則應(yīng)在漏電保安器前段單獨(dú)拉一路電源來給本機(jī)柜供電。 因?yàn)V波器是電容電感組成,電容有充放作用,
否則在插座前加隔離變壓器或?qū)S秒娫床遄?br />
■不接地時(shí)屏蔽柜對(duì)地電阻應(yīng)大于1000Ω。
■安裝進(jìn)入機(jī)柜的光纖線和屏蔽銅纜必須要經(jīng)過屏蔽柜后面的波導(dǎo)管孔
(具體數(shù)量應(yīng)在訂購(gòu)機(jī)柜時(shí)確定,并在生產(chǎn)時(shí)做好).
■同時(shí)響應(yīng)的線纜上的屏蔽網(wǎng)絲和金屬線應(yīng)截?cái)?并從屏蔽柜前內(nèi),外兩方面,
把截?cái)嗟钠帘尉W(wǎng)絲和金屬線固定在波導(dǎo)管兩端的金屬鑼口中.使之通過屏蔽柜良好接地.達(dá)到屏蔽效果.
■屏蔽柜的波導(dǎo)管的數(shù)量應(yīng)按客戶的實(shí)際需求在生產(chǎn)時(shí)訂制安裝.一根線纜進(jìn)入屏蔽柜需要一個(gè)波導(dǎo)管.
并需要區(qū)分光纖和屏蔽銅纜.
屏蔽機(jī)柜相關(guān)配件:
電源濾波器: 15A~50A 插入損耗:14KHz~10GHz≥85dB 通風(fēng)波導(dǎo)窗: 300×300mm法蘭式 安裝在機(jī)柜的頂部。 機(jī)柜內(nèi)擱置板1.2mm厚的鋼板制成,用作放置服務(wù)器、顯示器、交換機(jī)、路由器和電信、通信設(shè)備等。 超五類屏蔽線接頭設(shè)有帶彈性?shī)A頭的銅制傳輸導(dǎo)管。 走線槽主要用作整理機(jī)柜內(nèi)部的布線用途,使線路明了,易于工作人員管理及維護(hù)。 屏蔽機(jī)柜接口的定義: ISO11801標(biāo)準(zhǔn)指出3類的雙絞線不能與其類型不相符的端接類型相連結(jié),以避免造成阻抗不匹配。 ISO11801標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)屏蔽系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)而EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)則沒有。 在光纖傳輸方面,ISO11801推薦SC接口優(yōu)先于ST接口。
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手機(jī)測(cè)試屏蔽箱
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主要適用于移動(dòng)電話、對(duì)講機(jī)、無線網(wǎng)卡、以太網(wǎng)模塊、無線 PCMCIA 等的生產(chǎn)中進(jìn)行測(cè)試時(shí)不受射頻干擾而設(shè)計(jì)制造,以及接收機(jī)靈敏度測(cè)試、發(fā)射機(jī)輻射功率的測(cè)試;用于小型 UHF 系統(tǒng)的 EMI 、 EMS 測(cè)試。
屏蔽箱屏蔽性能: 1MHz~3GHz 大于 60--100dB 屏蔽箱配置接口: RF 連接器: 外部 N 型接口 內(nèi)部 SMA 接口; 25 針 D 型; RF 接口: N 型; RF 連接器: SMA 型等 數(shù)據(jù)接口:DB9 和 DB25 接口 帶 1000pF 濾波 數(shù)據(jù)接口參數(shù):電壓最大 100V 電流最大 3A 控制接口:RS232 3 線 DB9 接口 電源規(guī)格:AC110-240V 頻率 :50-60 HZ 功率 : 15W 屏蔽箱規(guī)格尺寸: 可按用戶要求制造,可供臺(tái)置、落地移動(dòng)式; 外尺寸: 780 X 600 X 800 mm 工作空間: 650 X 650 X 650 mm 門尺寸: 620 ( W ) x 620 ( H ) mm 頻率范圍 1MHz-3GHz 制作方法: 1 屏蔽層采用優(yōu)質(zhì)鐵基材料達(dá)到屏蔽指標(biāo)最高性能,屏蔽箱內(nèi)外表面進(jìn)行靜電噴涂處理。 2 制作工藝采用二氧化碳無泄露焊接。 3 所有連接插件均采用屏蔽濾波技術(shù)處理。 4 箱門縫隙采用鈹銅指型簧片保證良好的電氣連續(xù)性。 5 箱門配置鎖扣,手動(dòng)開啟、關(guān)閉箱門。 6 屏蔽箱落地點(diǎn)安裝絕緣塊。 我公司還可為你定制各種用途、規(guī)格的屏蔽箱。
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機(jī)柜通風(fēng)孔的電磁屏蔽設(shè)計(jì)
晨怡熱管 http://nx8.net/news/62/ 2006-10-2 2:06:06
日期:2006-3-24 7:14:57 來源:來自網(wǎng)絡(luò) 查看:[大 中 小] 作者:不詳 熱度:
---劉云清/長(zhǎng)春理工大學(xué)
1 、 EMC 定義
各權(quán)威機(jī)構(gòu)或?qū)<覍?duì)電磁兼容都有自己的見解,互相略有不同。通俗的說電磁兼容( EMC)是設(shè)備或分系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。
解決電磁兼容應(yīng)該站在系統(tǒng)的角度,全面地看待問題。電磁兼容涉及電路設(shè)計(jì)、 PCB布線、電纜設(shè)計(jì)、系統(tǒng)布局 、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面問題,甚至與軟件設(shè)計(jì)都有關(guān)系。
2 、解決 EMC 問題的手段
當(dāng)設(shè)備中“電磁干擾源—耦合路徑—敏感部件”三要素同時(shí)存在時(shí),才會(huì)出現(xiàn) EMI問題。
EMC設(shè)計(jì)就是針對(duì)三要素中的一個(gè)或幾個(gè),采取某些技術(shù)措施,限制或消除其影響,從而得到兼容性好、成本和重量可接受的設(shè)計(jì)。
從理論上講,單板是所有EMI問題的源頭,即“電磁干擾源”,是EMC設(shè)計(jì)的重中之重。應(yīng)該花費(fèi)90%的精力放在單板設(shè)計(jì)上面。
結(jié)構(gòu)和電纜屏蔽設(shè)計(jì)是解決“耦合路徑”的有效辦法,也是解決RE(目前最棘手的問題)的有效手段,但是一般不要提出太高的要求。由于結(jié)構(gòu)屏蔽的工藝穩(wěn)定性差、加工安裝影響十分大,其一致性差,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該留較大的安全余量。結(jié)構(gòu)的屏蔽是以成本為代價(jià)的,要求越高,成本會(huì)急劇增加。
結(jié)構(gòu)屏蔽是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電磁兼容的重要手段,完整的結(jié)構(gòu)屏蔽體要達(dá)到 90dB 的屏蔽效能是毫不困難的。屏蔽體由于散熱、部件安裝、縫隙等問題降低了屏蔽效能。開孔時(shí)必須考慮到屏蔽輻射干擾的因素。
電纜設(shè)計(jì)主要是線纜布局以及是否采用屏蔽電纜。
單板的 EMC 設(shè)計(jì)、電纜設(shè)計(jì)這里不予討論,主要論述結(jié)構(gòu)的屏蔽問題。
3 、結(jié)構(gòu)對(duì) EMC 的影響
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品 EMC指標(biāo)相關(guān)的主要有:
輻射發(fā)射( RE),輻射敏感度(RS)—— 屏蔽、接地
工頻磁場(chǎng)敏感度( MS) —— 磁屏蔽
靜電放電( ESD)—— 接地
傳導(dǎo)發(fā)射( CE),傳導(dǎo)敏感度(CS) ——濾波器的接地
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響最大的指標(biāo)是輻射發(fā)射( RE),靜電放電(ESD),一般不考慮快速瞬態(tài)脈沖串(EFT)、浪涌(SURGE)、電壓跌落與中斷(DIPS)三個(gè)指標(biāo)。
4 、結(jié)構(gòu)屏蔽的基礎(chǔ)理論
按欲屏蔽的電磁場(chǎng)性質(zhì)分類,通常分為三大類:電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁場(chǎng)屏蔽。
電場(chǎng)屏蔽的基本原理是利用金屬屏蔽體的電場(chǎng)屏蔽作用,其必須滿足完善的屏蔽和良好接地兩個(gè)條件才能完成電場(chǎng)屏蔽。
磁場(chǎng)屏蔽的基本原理是利用高磁導(dǎo)率金屬屏蔽體進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽。
電磁場(chǎng)屏蔽的原理主要是基于電磁波穿過金屬屏蔽體產(chǎn)生波反射和波吸收的機(jī)理。
反射主要取決于波阻抗與金屬的阻抗之比。比值越大,反射越大。因此:對(duì)于高阻場(chǎng)(電場(chǎng))主要是反射,低阻場(chǎng)(磁場(chǎng))幾乎沒有反射。這就是低頻磁場(chǎng)屏蔽十分困難的原因。在高頻段,為平面波,其波阻抗固定為 377歐姆。
電磁波在金屬材料中傳輸會(huì)發(fā)身衰減,衰減程度取決于材料的導(dǎo)磁率、導(dǎo)電率。對(duì)于電場(chǎng),導(dǎo)電率高的材料衰減大;對(duì)于磁場(chǎng),導(dǎo)磁率高的材料衰減大。顯然,材料越厚,衰減程度大,屏蔽效果好。
5 、縫隙與開孔對(duì)電磁屏蔽的影響
5. 1 縫隙對(duì)屏蔽的影響
當(dāng)屏蔽體存在縫隙時(shí),對(duì)反射和衰減的影響較大。
反射:當(dāng)縫隙最大尺寸大于 λ/4時(shí),幾乎沒有屏蔽效果;小于λ/20時(shí)有基本的屏蔽效果,小于λ/100時(shí)有理想的屏蔽效果。當(dāng)縫隙的深度較大時(shí),由于多次反射的累計(jì)效果,可以大大提高縫隙的屏蔽效果,這就是波導(dǎo)通風(fēng)板的原理。
衰減:縫隙對(duì)電磁波衰減的影響見下圖所示,可見由于縫隙的存在減弱了衰減作用。
圖1
如圖 2所示,設(shè)在金屬屏蔽體中有一無限長(zhǎng)縫隙,其間隙為g,屏蔽體厚度為t,入射電磁波的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H 0 ,泄漏到屏蔽體中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H p ,當(dāng)趨膚深度§>0.3g,有 H p =H 0 -?t/g
公式表明: t越大,g越小,泄漏越小。當(dāng)縫隙的直線尺寸接近波長(zhǎng)時(shí),屏蔽體本身可能成為輻射體
圖2
單個(gè)縫隙的屏效近似計(jì)算(平面波)
SE = 20 lg (1+N)2/4N + 27.3t/g
式中: N = j 6.69 f g X 10-5 f : 頻率(MHz)
g: 縫隙的長(zhǎng)度(cm) t : 縫隙深度(cm)
實(shí)際應(yīng)用中困難在于縫隙的長(zhǎng)度 g如何取值,應(yīng)該根據(jù)緊固點(diǎn)的距離、零件的剛性以及結(jié)合面的表面特性決定最終取值。從經(jīng)濟(jì)性和可操作性的角度考慮,緊固點(diǎn)距離取以下經(jīng)驗(yàn)值:
對(duì)于型材、壓鑄件之間的配合,取150 - 200,甚至更大;
對(duì)于鈑金件之間,特別是單層板直接連接,例如右圖,取20-50。
具體取值還需考慮縫隙的深度以及基材的剛性和表面狀態(tài)等因素。例如,當(dāng)折彎次數(shù)多時(shí),由于零件的剛性好,可以取大值;如果僅僅是單層鋼板(或鋁板)直接壓緊,由于剛性差,應(yīng)該取小值。
舉例:兩個(gè)1.5mm鋼板,折彎10mm,螺釘間距25mm,屏效大約為1GHz:35dB。
從工程實(shí)際的角度看片面要求緊固點(diǎn)多是不實(shí)際的,再者一般要求縫隙的最大尺寸為mm級(jí),單單要求緊固點(diǎn)多也是沒有意義。為了提高縫隙的屏效,可采取的措施有:
提高零件的剛性、表面精度等
增加縫隙的深度
在縫隙中安裝屏蔽材料
5. 2 開孔對(duì)屏蔽的影響
由于散熱、安裝按鈕、開關(guān)等原因,需要在屏蔽體上開圓形、正方形或矩形的孔洞,如圖 3所示,這時(shí)應(yīng)注意孔的方向,以保證渦流能在材料中的均勻分布。顯然(d)效果較好,(b)和(c)不能達(dá)到屏蔽要求,有可能成為狹縫天線。設(shè)孔面積為S,屏蔽體面積為A,當(dāng)滿足A>>S,圓孔的直徑或方孔的邊長(zhǎng)比波長(zhǎng)小的多時(shí),有 H p =4(S/A) 3/2 H 0
若有 n個(gè)孔構(gòu)成陣列孔,則: H p =4n(S/A) 3/2 H 0
圖 3
在實(shí)際使用中,陣列孔的屏效工程計(jì)算公式如下:
SE = Aa + Ra + Ba + K1 + K2 + K3
Aa:孔的傳輸衰減
Ra:孔的單次反射損耗
Ba:多次放射修正
K1:孔個(gè)數(shù)有關(guān)的修正項(xiàng)
K2:趨膚深度不同引起的低頻修正項(xiàng)
K3:相鄰孔耦合的修正項(xiàng)
該計(jì)算公式經(jīng)過美國(guó)軍方某實(shí)驗(yàn)室反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證過,是比較實(shí)用的計(jì)算公式。
舉例:
鋼板,孔徑 3.2,間距4.5,板厚1.2,數(shù)量900個(gè),屏效30MHz:50dB,1GHz: 35dB
5. 3 提高開孔的屏蔽效能的措施
對(duì)于陣列孔,影響因素最大的是孔的深度,其次是孔的最大尺寸。當(dāng)散熱與屏蔽存在矛盾時(shí),比較理想的方式是增加孔的深度,同時(shí)增加孔的最大尺寸,或者減小孔的最大尺寸,同時(shí)減小孔間距(增加孔的數(shù)量)。
工程實(shí)際中,陣列孔的屏蔽效能最高為30dB/1GHz。如果需要更高等級(jí),或者屏蔽和散熱矛盾十分突出,可以考慮采用波導(dǎo)通風(fēng)板。波導(dǎo)通風(fēng)板的屏蔽效能可以十分高(一般至少可以達(dá)到60dB/1GHz),孔隙率大(高于90%),是一種理想的通風(fēng)方式。但必須注意其昂貴的價(jià)格,還有目前應(yīng)用還不成熟,除非特殊情況,一般不建議使用。
通風(fēng)孔的屏蔽效能穩(wěn)定性、一致性十分好,設(shè)計(jì)時(shí)基本上不必考慮安全余量問題。
5. 4 屏蔽開孔部件的選用
為了減少輻射,一般情況下對(duì)開孔可以進(jìn)行屏蔽。屏蔽材料大致分為 5 類:
1. 金屬絲網(wǎng)
金屬絲網(wǎng)是通過對(duì)金屬薄板切縫,再整體拉伸而制成的。金屬絲網(wǎng)通風(fēng)量大,成本低,是目前通風(fēng)孔屏蔽(民用)主要采用的一種方法。但這種材料的最大缺點(diǎn)是高頻性能較差,尤其對(duì)高于 500MHz以上的電磁波幾乎不起屏蔽作用,因此已不能滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的屏蔽要求。
2. 打孔金屬板
打孔金屬板是在金屬板上采用數(shù)控鉆床(沖床)打出通風(fēng)孔陣而制成的,是目前各類設(shè)備,尤其是民用設(shè)備應(yīng)用最多的一種通風(fēng)屏蔽形式,所具有的優(yōu)點(diǎn)與金屬絲網(wǎng)相同。這種材料的缺點(diǎn)仍然是高頻性能較差,其屏蔽效能隨頻率的增加而以 20dB/10倍頻程下降。(例如Φ3孔陣的打孔金屬板在1GHz時(shí),屏蔽效能只有20dB左右),從而大大限制了打孔金屬板的使用范圍。
3.波導(dǎo)通風(fēng)窗
鋁制波導(dǎo)通風(fēng)窗:鋁制波導(dǎo)通風(fēng)窗是采用普通鋁箔經(jīng)涂膠粘接、拉伸成型、固化、與外框連接、導(dǎo)電處理等工藝過程而制成的。具有通風(fēng)量大、重量輕、高頻性能好的突出優(yōu)點(diǎn),是目前各類電子設(shè)備,尤其是軍用電子設(shè)備應(yīng)用最多的屏蔽通風(fēng)部件。其不足是通風(fēng)窗由鋁材制成,因而其低頻磁屏蔽效能較差。
鋼制波導(dǎo)通風(fēng)窗:鋼制通風(fēng)波導(dǎo)窗是采用碳鋼帶經(jīng)沖壓成型、拼接、真空釬焊而制成的。與鋁制通風(fēng)波導(dǎo)窗相比,其最突出的優(yōu)點(diǎn)是低頻磁屏蔽效能較高,整體剛性好,特別適用于頻帶較寬、應(yīng)用環(huán)境惡劣的設(shè)備。
4.鋁帶疊壓網(wǎng)通風(fēng)窗
鋁帶疊壓網(wǎng)通風(fēng)窗采用多層表面涂有聚乙烯粘接材料的鋁制帶狀物(寬度約 2 ~ 3mm)疊壓而制成的,除了有一定的屏蔽效能外,還具有濾塵的作用。由于鋁制帶狀物具有較大的間隙,因此其低頻和高頻屏蔽效能都較低。
5.發(fā)泡金屬通風(fēng)窗
發(fā)泡金屬通風(fēng)窗是由經(jīng)特殊工藝制成的帶有大量層疊微孔的鎳、鐵等發(fā)泡金屬通風(fēng)窗組成。