前言

　　電子設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的電磁能量發(fā)射會(huì)對(duì)周?chē)脑O(shè)備產(chǎn)生干擾。隨著電子設(shè)備密集程度的增加，設(shè)備相互間的電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。過(guò)去電子設(shè)備的電磁兼容性要求僅作為選擇性要求，而現(xiàn)在已經(jīng)成為電子設(shè)備必須滿(mǎn)足的關(guān)鍵性指標(biāo)之一。

　　電磁屏蔽（electromagnetic shield ）是指利用導(dǎo)電材料或鐵磁材料制成的部件對(duì)大容量汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心端部進(jìn)行屏蔽，以降低由定子繞組端部漏磁在結(jié)構(gòu)件中引起的附加損耗與局部發(fā)熱的措施。在通信方面屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。

　　電磁兼容設(shè)計(jì)的目的有3個(gè)：首先，是使電子設(shè)備內(nèi)部的電路互不產(chǎn)生干擾，這是起碼的要求。由于現(xiàn)代設(shè)備工作的頻率越來(lái)越高，數(shù)字電路和模擬電路混合的場(chǎng)合越來(lái)越多，要使設(shè)備能夠可靠穩(wěn)定地工作也是有一定難度的。第2，是使設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度低于特定的極限值。第3，是使設(shè)備對(duì)外界的電磁干擾有一定的抵抗能力。

　　由于電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁發(fā)射是設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)電流或電壓產(chǎn)生的，因此，這些發(fā)射中包含了電壓或電流的變化信息。當(dāng)將這些信號(hào)中的信息提取出來(lái)時(shí)就獲得了設(shè)備所處理的信息。這是1個(gè)特殊的電磁兼容問(wèn)題，即TEMPEST問(wèn)題。TEMPEST技術(shù)是美國(guó)國(guó)家安全局和國(guó)防部聯(lián)合進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)的一個(gè)極其重要的項(xiàng)目。其研究?jī)?nèi)容主要有：信息處理設(shè)備的電磁泄漏機(jī)理（包括有用信息是通過(guò)何種途徑、以何種方式載荷到輻射信號(hào)上去的，以及信息處理設(shè)備的電氣特性和物理結(jié)構(gòu)對(duì)泄漏的影響等）、信息輻射泄漏的防護(hù)技術(shù)（包括電氣元件、電路及印制板的布局、設(shè)備結(jié)構(gòu)、連線(xiàn)和接地對(duì)輻射泄漏的影響、各種屏蔽材料、屏蔽結(jié)構(gòu)的屏蔽效果等，以期采用合理的方法和成本降低設(shè)備的電磁輻射強(qiáng)度）、有用信息的提取技術(shù)（包括信號(hào)接收技術(shù)和信號(hào)還原技術(shù)）、測(cè)試技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)（包括測(cè)試的內(nèi)容、測(cè)試方法、測(cè)試要求、測(cè)試條件、測(cè)試儀器及測(cè)試結(jié)果分析等，并制定相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)）。

　　實(shí)現(xiàn)電磁兼容和TEMPEST防護(hù)的重要手段之一是電磁屏蔽。許多人不了解電磁屏蔽的原理，認(rèn)為只要用金屬做一個(gè)箱子，然后將箱子接地，就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導(dǎo)下結(jié)果是失敗。因?yàn)?，電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個(gè)因素：一個(gè)是整個(gè)屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的，另一個(gè)是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn)，主要的一類(lèi)是屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，如同流體會(huì)從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個(gè)方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料，消除不導(dǎo)電點(diǎn)。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導(dǎo)電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻(xiàn)中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器，似乎只有當(dāng)用導(dǎo)電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實(shí)際上這是不確切的。因?yàn)榭p隙或孔洞是否會(huì)泄漏電磁波，取決于縫隙或孔洞相對(duì)于電磁波波長(zhǎng)的尺寸。當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于開(kāi)口尺寸時(shí)，并不會(huì)產(chǎn)生明顯的泄漏。

　　一、 影響電磁屏蔽效能穩(wěn)定性癥結(jié)分析

　　在電磁兼容（EMC）和TEMPEST防護(hù)產(chǎn)品研制設(shè)計(jì)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)有諸多因素會(huì)造成電磁屏蔽系統(tǒng)不穩(wěn)定或產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁能量的發(fā)射和信息泄漏，而且這些因素是貫穿在由產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到使用全過(guò)程的。當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí)，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對(duì)入射波產(chǎn)生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度，只要求交界面上的不連續(xù)； b、未被表面反射掉而進(jìn)入屏蔽體的能量，在體內(nèi)向前傳播的過(guò)程中，被屏蔽材料所衰減。也就是所謂的吸收； c、在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量，傳到材料的另一表面時(shí)，遇到金屬－空氣阻抗不連續(xù)的交界面，會(huì)形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個(gè)金屬的交界面上可能有多次的反射。總之，電磁屏蔽體對(duì)電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和電磁波的吸收。 經(jīng)查實(shí)是因?yàn)榧庸げ僮髡呶醋裾赵O(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求，用“強(qiáng)水”作錫焊助焊劑，在焊接時(shí)熱熔噴流到搭接口外，焊后沒(méi)有認(rèn)真清洗而造成金屬表面銹蝕。

　　另外一個(gè)例子是焊縫的腐蝕問(wèn)題。要保證屏蔽體的導(dǎo)電完整性，必須對(duì)結(jié)合處進(jìn)行連續(xù)焊接。為了解決焊接長(zhǎng)焊道變形的問(wèn)題，通常在接合處采用點(diǎn)焊壓接后，再鍍鎳而后用錫焊封縫。由于在電鍍前要進(jìn)行酸洗，往往這些酸洗液很難清洗干凈，而殘留在壓接縫中，造成慢延腐蝕現(xiàn)象。這些均屬于在生產(chǎn)加工過(guò)程中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)問(wèn)題而影響了電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中電磁屏蔽效能的穩(wěn)定性。

　　歸結(jié)起來(lái)，影響屏蔽效能穩(wěn)定性的原因有許多潛在的因素，也有時(shí)效的因素。它貫穿在設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)觀念和屏蔽材料、材質(zhì)和表面處理的選擇；生產(chǎn)、加工、裝配的質(zhì)量控制；使用、維護(hù)操作的正確性和在惡劣環(huán)境下對(duì)屏蔽界面的防護(hù)等。往往潛在的因素易被忽視。

　　二、 解決電磁屏蔽效能穩(wěn)定性的方法

　　1 根據(jù)技術(shù)性能要求正確選用屏蔽材料

　　屏蔽體的制造選材和表面處理是制約屏蔽體屏蔽效能穩(wěn)定性的重要因素。

　　屏蔽體的屏蔽效能由2部分構(gòu)成，吸收損耗和反射損耗。當(dāng)電磁波入射到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，于是減小了繼續(xù)傳播的電磁波的能量。由于反射造成的電磁波的衰減，稱(chēng)為反射損耗。

　　電磁場(chǎng)的性質(zhì)決定于源的特性、源周?chē)慕橘|(zhì)特性、源到觀察點(diǎn)的距離。距離源較近時(shí)，場(chǎng)的特性由源決定；較遠(yuǎn)時(shí)，由介質(zhì)決定。由此，將源周?chē)膮^(qū)域分為 2個(gè)，即近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。λ/2π以?xún)?nèi)的場(chǎng)叫近場(chǎng)或感應(yīng)場(chǎng)。

　　近場(chǎng)時(shí)Eθ/Eφ稱(chēng)為波阻抗。輻射源為大電流、低電壓時(shí)，波阻抗小于377Ω，磁場(chǎng)為主；輻射源為高電壓、小電流時(shí)，波阻抗大于377Ω，電場(chǎng)為主。遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)E/H稱(chēng)為波阻抗，等于377Ω。隨著距離的增加，電場(chǎng)中的電場(chǎng)分量衰減比磁場(chǎng)分量快，因此波阻抗下降；磁場(chǎng)波中的電場(chǎng)分量衰減比磁場(chǎng)分量慢，因此波阻抗增加。它的幅度按照指數(shù)規(guī)律衰減：

　　電磁衰減為原始強(qiáng)度的1/e或37%時(shí)，所傳播的距離稱(chēng)為趨膚深度。趨膚深度的計(jì)算公式為：

　　趨膚深度的計(jì)算及概念是優(yōu)選屏蔽材料的參考依據(jù)。常用金屬的趨膚深度如表1所列（單位：in）。

　　表1 常用金屬的趨膚深度

　　吸收損耗的計(jì)算公式：

　　式中d的單位為in；A的單位為dB。

　　從吸收損耗的公式可以得出以下結(jié)論：

　　屏蔽材料的厚度越大，吸收損耗越大。屏蔽材料的厚度每增加1個(gè)趨膚深度，吸收損耗增加約9dB。

　　屏蔽材料的磁導(dǎo)率越高，吸收損耗越大。

　　屏蔽材料的電導(dǎo)率越高，吸收損耗越大。

　　被屏蔽電磁波的頻率越高，吸收損耗越大。

　　反射損耗與電磁波的波阻抗和屏蔽材料的特征阻抗有關(guān)。電場(chǎng)波的反射損耗大，磁場(chǎng)波的反射損耗小。屏蔽材料的導(dǎo)電性越高反射損耗越大。

　　綜合屏蔽效能：低頻時(shí)，由于趨膚深度很大，吸收損耗很小，屏蔽效能主要取決于反射損耗；而反射損耗與電磁波的阻抗關(guān)系很大，因此，低頻時(shí)不同的電磁波的屏蔽效能相差很大。高頻時(shí)，一方面反射損耗下降，另一方面由于趨膚深度減小，吸收損耗增加，屏蔽效能主要由吸收損耗決定。

　　當(dāng)金屬較薄時(shí)，電磁波在金屬內(nèi)的損耗很小，因此會(huì)在金屬的2個(gè)表面上多次反射；而每次到達(dá)界面時(shí)，都會(huì)泄漏一部分能量。因此，會(huì)造成屏蔽體的額外泄漏。當(dāng)屏蔽體較厚時(shí)，能量在金屬內(nèi)的損耗很大，多次反射造成的泄漏可以忽略。對(duì)于電場(chǎng)波，由于大部分能量在金屬與空氣的第1個(gè)界面反射，進(jìn)入金屬的能量很小。

　　低頻磁場(chǎng)由于其頻率較低，因此吸收損耗很小。又由于磁場(chǎng)的波阻抗很低，因此反射損耗也很小；而屏蔽材料的屏蔽效能由吸收損耗和反射損耗兩部分構(gòu)成，為了提高屏蔽材料的屏蔽效能，必須想辦法提高吸收損耗和反射損耗。提高吸收損耗，可以使用導(dǎo)磁率高的材料；但是，導(dǎo)磁率高的材料通常導(dǎo)電性不是很好，為了增加反射損耗，可以在高導(dǎo)磁率材料的表面增加1層高導(dǎo)電率材料，對(duì)于頻率極低的磁場(chǎng)，即使使用較厚的高導(dǎo)磁率的材料仍達(dá)不到所需要的屏蔽要求。這時(shí)可以采用導(dǎo)磁率很高的材料，為磁場(chǎng)提供1條通路。使磁場(chǎng)繞過(guò)敏感器件。須要注意的是，高導(dǎo)磁材料容易發(fā)生飽和，其導(dǎo)磁率隨著頻率升高而降低；高導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率對(duì)機(jī)械沖擊很敏感，當(dāng)材料受到加工沖擊后，導(dǎo)磁率會(huì)大幅度降低，這在加工時(shí)要特別注意。

　　從磁屏蔽材料手冊(cè)上給出的導(dǎo)磁率數(shù)據(jù)大多數(shù)是直流情況下的。在1kHz時(shí)，鋼的磁屏蔽效能高于銅和鋁，低于μ金屬；在10kHz時(shí)，鋼反而優(yōu)于μ金屬；而在100kHz時(shí)，鋼、銅、鋁等均優(yōu)于μ金屬。

　　2 屏蔽體接口良好的搭接工藝

　　電子設(shè)備屏蔽體金屬部件之間的低阻抗連接又稱(chēng)為搭接。例如，電纜屏蔽層與機(jī)箱之間搭接、屏蔽體上不同部分之間的搭接、濾波器與機(jī)箱之間的搭接、不同機(jī)箱之間地線(xiàn)搭接等。

　　搭接通常是指在2種不同或相同金屬之間的低阻抗連接。這里值得注意的是，不同金屬搭接在一起時(shí)電位應(yīng)盡量接近，以避免在惡劣環(huán)境中由于電位差造成金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象。接觸面的腐蝕會(huì)導(dǎo)致接觸阻抗變大而使屏蔽效能下降，因此要采取相應(yīng)、有效的措施。在接口法蘭處鍍1層相近電位且導(dǎo)電良好的涂層。

　　屏蔽體金屬部件之間的低阻抗連接的類(lèi)型有多種，所采取的相應(yīng)措施各不相同。處理不好潛在的因素，會(huì)直接影響屏蔽效能的穩(wěn)定性，所以，屏蔽體接口處搭接技術(shù)及其工藝控制是非常重要的。

　　3 電磁密封襯墊的正確選用及安裝方法

　　正確地選用和安裝屏蔽性能好、抗鹽霧、耐電化學(xué)腐蝕的電磁密封襯墊是保證屏蔽體屏蔽效能穩(wěn)定性的重要手段。

　　常用的電磁密封襯墊及其性能有以下幾種：

　?。?） 鈹銅指形簧片——高頻、低頻時(shí)的屏蔽效能都較高，并且適用于滑動(dòng)接觸的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

　　（2） 金屬絲網(wǎng)套橡膠芯襯墊——低頻時(shí)的屏蔽效能高，高頻時(shí)的屏蔽效能較低。一般用在1GHz以下的場(chǎng)合。

　?。?） 螺旋管襯墊——高頻、低頻時(shí)的屏蔽效能都較高，特別是鍍錫鈹銅制成的螺旋管襯墊，具有很高的屏蔽效能。缺點(diǎn)是受到過(guò)量壓縮時(shí)容易損壞。

　?。?）

　　導(dǎo)電橡膠——用不同導(dǎo)電填充物和橡膠制成，與金屬絲網(wǎng)相反，低頻時(shí)的屏蔽效能較低，而高頻時(shí)的屏蔽效能較高，并且能夠同時(shí)提供電磁密封和環(huán)境密封。缺點(diǎn)是較硬、彈性較差。新開(kāi)發(fā)的雙層導(dǎo)電橡膠克服了這些缺點(diǎn)。

　?。?） 蜂窩屏蔽通風(fēng)板——抑制電磁波的泄漏。

　　另外還有導(dǎo)電布襯墊，這種襯墊非常柔軟。適合不能提供較大壓力的場(chǎng)合使用。

　　電磁屏蔽密封襯墊的使用要點(diǎn)和方法是：必須具有足夠的形變才能提供足夠的屏蔽效能，因此，必須保證襯墊上有足夠的壓力。壓力太小，屏蔽效能低；壓力過(guò)大，會(huì)造成襯墊損壞。安裝襯墊的不同方法如圖2所示。

　　圖2（a） 安裝襯墊的不同方法

　　圖2（b） 在機(jī)柜門(mén)壁上正確安裝襯墊的方法

　　圖2（c） 在薄板金屬盒上安裝導(dǎo)電襯墊的方法

　　圖2（d） 采用導(dǎo)電襯墊的開(kāi)關(guān)

　　圖2 電磁密封襯墊的安裝方法

　　屏蔽襯墊安裝好后，電子設(shè)備經(jīng)過(guò)測(cè)試合格交付使用。使用一段時(shí)間后進(jìn)行復(fù)測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)安裝襯墊的接口處有泄漏應(yīng)及時(shí)采取措施，當(dāng)襯墊或金屬表面腐蝕污染不嚴(yán)重時(shí)，可以清洗金屬襯墊或金屬接觸表面；腐蝕情況嚴(yán)重的，立即更換電磁密封襯墊。

　　4 屏蔽界面的防護(hù)措施

　　電子設(shè)備的屏蔽體是用金屬材料制成的。在嚴(yán)酷的氣候條件下，特別是在高溫、高濕和大量工業(yè)氣體污染或鹽霧等惡劣環(huán)境中，金屬材料特別容易遭受腐蝕。

　　由于金屬表面和搭接界面的腐蝕和氧化，電子設(shè)備的屏蔽效能隨著系統(tǒng)使用時(shí)間的推移而下降。很多例子表明金屬搭接表面的接觸阻抗和導(dǎo)電涂覆層表面阻抗會(huì)隨著時(shí)間的推遲而增大，其變化速度取決于設(shè)備長(zhǎng)期所處工作環(huán)境的惡劣程度。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)環(huán)境條件，開(kāi)發(fā)用在腐蝕環(huán)境下的電磁密封裝置，包括綜合進(jìn)行密封設(shè)計(jì)、凸緣表面處理和材料選擇；根據(jù)環(huán)境條件作防腐蝕、防潮濕、防鹽霧的有效技術(shù)設(shè)計(jì)。

　　5 克服屏蔽體的基本設(shè)計(jì)缺陷

　　電磁兼容和TEMPEST防護(hù)是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，決不是只了解有關(guān)理論就能解決實(shí)際問(wèn)題的。具體地說(shuō)電磁屏蔽設(shè)計(jì)的某些環(huán)節(jié)處理不好會(huì)給電磁兼容和 TEMPEST防護(hù)產(chǎn)品埋下潛在的不穩(wěn)定隱患。

　　基本設(shè)計(jì)缺陷是設(shè)計(jì)人員不甚了解電磁屏蔽的原理，往往將靜電屏蔽的原理應(yīng)用到電磁屏蔽上。在靜電屏蔽中，只要將屏蔽體接地，就能夠獲得較高的屏蔽效能；而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)，這是設(shè)計(jì)人員必須明確的。

　　正是這些因素的存在，使實(shí)際屏蔽體的屏蔽效能很難達(dá)到預(yù)期的效果。再有屏蔽體的接縫處理問(wèn)題，性的接縫要求無(wú)阻抗連接，即不得有縫隙出現(xiàn)。這些因素使屏蔽體的設(shè)計(jì)成為一個(gè)較難的問(wèn)題。在進(jìn)行電磁屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)，解決不好這些開(kāi)口和貫通導(dǎo)體造成的屏蔽效能下降問(wèn)題是基本缺陷。

　　解決上述問(wèn)題的基本舉措是：

　　通風(fēng)口要安裝通風(fēng)波導(dǎo)蜂窩板，抑制電磁波的泄漏；顯示窗口要安裝100至200目金屬網(wǎng)透明玻璃制成的屏蔽玻璃或透明的導(dǎo)電膜膠片；操作器件如按鍵、旋鈕、開(kāi)關(guān)、提示燈等通過(guò)隔離層上串接穿心電容及濾波功能的接插件來(lái)實(shí)現(xiàn)；穿出屏蔽體的電源電纜和信號(hào)電纜，除自身要用屏蔽電纜外，與屏蔽體的接口要做專(zhuān)用的電源濾波和信號(hào)濾波裝置，其一是作好屏蔽，其二是抑制信號(hào)發(fā)射；不同部分的結(jié)合處要加屏蔽性能好、抗鹽霧、耐化學(xué)腐蝕的電磁屏蔽密封襯墊，以保證連續(xù)、可靠的導(dǎo)電性能。常用的幾種方法如圖4所示。

　　對(duì)于性的接縫，采用連續(xù)性焊接；對(duì)于長(zhǎng)焊縫處理，為防止機(jī)殼由于焊接變形，可采用先點(diǎn)焊后鍍錫或鍍鎳處理后再進(jìn)行錫焊的方法。使屏蔽體的幾面構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的連續(xù)導(dǎo)電的實(shí)體，不得有縫隙泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)。

　　結(jié)論

　　現(xiàn)代電子產(chǎn)品的一個(gè)主要特征是數(shù)字化、信息化、微處理器的應(yīng)用十分普遍，而這些數(shù)字電路在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。因而，電磁干擾的問(wèn)題呈現(xiàn)出前所未有的嚴(yán)重性。廣泛使用的有以下具體的幾種類(lèi)型產(chǎn)品：添加銀金屬粉末的稱(chēng)之為"TF-801銀導(dǎo)電漆";添加銅粉的稱(chēng)之為"TF-609銅導(dǎo)電漆";添加鎳粉的為"TF-606鎳導(dǎo)電漆";其中以"TF-801銀銅導(dǎo)電漆"使用為廣泛。因?yàn)橄啾萒F-828銀導(dǎo)電漆價(jià)格便宜很多，相比TF-606鎳導(dǎo)電導(dǎo)電性能也相對(duì)好很多。EMI屏蔽材料的用戶(hù)在開(kāi)發(fā)表征屏蔽系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)方面應(yīng)起到積極的作用。這種數(shù)據(jù)庫(kù)可以比較不同的導(dǎo)電的電磁密封襯墊，屏蔽體及法蘭盤(pán)材料和涂覆層在不同環(huán)境下的性能。