当电磁波入射到一个孔洞时,其作用相当于一个偶极天线(图1),当孔洞的长度达到λ/2时,其辐射效率最高(与孔洞的宽度无关),也就是说,它可以将激励孔洞的全部能量辐射出去.
对于一个厚度为0材料上的孔洞,在远场区中,最坏情况下(造成最大泄漏的极化方向)的屏蔽效能(实际情况下屏蔽效能可能会更大一些)计算公式为:
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥λ/2,SE = 0 (dB)
式中各量:L = 缝隙的长度(mm),H = 缝隙的宽度(mm),f = 入射电磁波的频率(MHz).
在近场区,孔洞的泄漏还与辐射源的特性有关.当辐射源是电场源时,孔洞的泄漏比远场时小(屏蔽效能高),而当辐射源是磁场源时,孔洞的泄漏比远场时要大(屏蔽效能低).近场区,孔洞的电磁屏蔽计算公式为:
若ZC >(7.9/D·f):
SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<(7.9/D·f):
SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中:Zc=辐射源电路的阻抗(Ω),
D = 孔洞到辐射源的距离(m),
L、H = 孔洞长、宽(mm),
f = 电磁波的频率(MHz)
说明:
● 在第二个公式中,屏蔽效能与电磁波的频率没有关系.
● 大多数情况下,电路满足第一个公式的条件,这时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能.
● 第二个条件中,假设辐射源是纯磁场源,因此可以认为是一种在最坏条件下,对屏蔽效能的保守计算.
● 对于磁场源,屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关,距离越近,则泄漏越大.这点在设计时一定要注意,磁场辐射源一定要尽量远离孔洞.
多个孔洞的情况
当N个尺寸相同的孔洞排列在一起,并且相距很近(距离小于λ/2)时,造成的屏蔽效能下降为20lgN1/2.在不同面上的孔洞不会增加泄漏,因为其辐射方向不同,这个特点可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强.
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.
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,只能在某些点接触上,这构成了一个孔洞阵列.缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一.减小缝隙泄漏的方法有:
● 增加导电接触点、减小缝隙的宽度,例如使用机械加工的手段(如用铣床加工接触表面)来增加接触面的平整度,增加紧固件(螺钉、铆钉)的密度;
● 加大两块金属板之间的重叠面积;
● 使用电磁密封衬垫,电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料.如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫,那么,对于电磁波而言,就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样,不会发生电磁波的泄漏.
3 穿过屏蔽体的导体的处理
造成屏蔽体失效的另一个主要原因是穿过屏蔽体的导体.在实际中,很多结构上很严密的屏蔽机箱(机柜)就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败,这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一.
判断这种问题的方法是将设备上在试验中没有必要连接的电缆拔下,如果电磁兼容问题消失,说明电缆是导致问题的因素.解决这个问题有两个方法:
● 对于传输频率较低的信号的电缆,在电缆的端口处使用低通滤波器,滤除电缆上不必要的高频频率成分,减小电缆产生的电磁辐射(因为高频电流最容易辐射).这同样也能防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内的电路.
● 对于传输频率较高的信号的电缆,低通滤波器可能会导致信号失真,这时只能采用屏蔽的方法.但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°搭接,这往往是很难的.
在电缆端口安装低通滤波器有两个方法
● 安装在线路板上,这种方法的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳.显然,这个缺点对于这种用途的滤波器是十分致命的,因为,我们使用滤波器的目的就是滤除容易导致辐射的高频信号,或者空间的高频电磁波在电缆上感应的电流.
● 安装在面板上,这种滤波器直接安装在屏蔽机箱的金属面板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波连接器等.由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入、输出之间完全隔离,接地良好,导线上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果十分理想.缺点是安装需要一定的结构配合,这必须在设计初期进行考虑.
