電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)

電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性（EMC）設(shè)計(jì)
江蘇省電子信息產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 胡寅秋
1 引 言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代各種電子、電氣、信息設(shè)備及家用電器的數(shù)
量和種類越來越多，性能越來越先進(jìn)，其使用場(chǎng)合和數(shù)量密度也越來越高。這就
使得電氣電子系統(tǒng)內(nèi)、設(shè)備內(nèi)的相互干擾愈加嚴(yán)重。在這種情況下，要保證設(shè)備
在各種復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常地工作，則在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就必須認(rèn)真考慮電磁兼
容性設(shè)計(jì)。
2 電磁干擾方式
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的電磁干擾方式主要有：
傳導(dǎo)干擾
傳導(dǎo)干擾一般是指通過電源，電纜，布線系統(tǒng)，接地系統(tǒng)引起的串?dāng)_。
輻射干擾
在高頻情況下，電磁能量比較容易產(chǎn)生輻射。通常，在 MHz 以上，輻射就
較明顯，當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度超過四分之一波長(zhǎng)時(shí)，輻射功率將很大。
感應(yīng)及耦合引起的干擾
3 電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及方法
電磁兼容設(shè)計(jì)的主要方法有屏蔽、濾波、接地等。
3．1屏蔽
電磁屏蔽是利用金屬板、網(wǎng)、蓋、罩、盒等屏蔽體阻止或減小電磁能量傳播
所采取的一種結(jié)構(gòu)措施。常用的方法有靜電屏蔽，磁屏蔽和電磁屏蔽。電子設(shè)備
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在著手電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)產(chǎn)品所提出的抗干擾要求進(jìn)行
有針對(duì)性的電磁屏蔽設(shè)計(jì)。
（1）靜電屏蔽
靜電屏蔽主要是為了抑制寄生電容的耦合，使電路由于分布電容泄漏出來的
電磁能量經(jīng)屏蔽接地而不致于串入其它電路，從而使干擾得到抑制。
靜電屏蔽的基本方法是采用低電阻率材料作屏蔽體，在感應(yīng)源與受感器之間
加一塊與機(jī)殼接觸良好的金屬隔板網(wǎng)、罩或盒?？捎勉~、鋁材做屏蔽外殼，要求
不高的也可用鋼材。機(jī)殼必須是導(dǎo)電良好、穩(wěn)定可靠的導(dǎo)電體。靜電屏蔽必須保
1證良好的接地，否則屏蔽效果將大大下降。
（2）磁屏蔽
磁屏蔽主要是針對(duì)一些低阻抗源。例如變壓器、線圈及一些示波器、顯示器
就可考慮用磁屏蔽。良好的低頻屏蔽必須具有合適的電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率。磁屏蔽
的基本方法是用高磁導(dǎo)率材料，如鐵鎳合金、鎳鉛合金、純鐵、銅作屏蔽材料，
做成屏蔽罩。磁屏蔽罩在結(jié)構(gòu)上按加工工藝不同一般可分為兩類：一類為用平板
坯料深沖成形的，另一類為焊接成形的。
（3）電磁屏蔽
電磁屏蔽就是對(duì)高頻電磁輻射的屏蔽。
電磁屏蔽的主要方法是用金屬材料做成屏蔽殼體。金屬材料可以是鐵磁性材
料，也可以是非鐵磁性材料，通過對(duì)電磁場(chǎng)的反射和吸收損耗起到屏蔽作用，具
體選用哪種材料，則應(yīng)根據(jù)工作頻率（f）來確定。其臨界頻率為
5.67· 102
f = (Hz)
0 t2
式中，t——材料厚度（mm）；
當(dāng)f＞f0時(shí)，鐵磁性材料比非鐵磁性材料屏蔽效果好；
當(dāng)f＜f0時(shí)，非鐵磁材料比鐵磁性材料屏蔽效果好。
一般來講，頻率大于1MHz時(shí)，其屏蔽效能主要取決于吸收損耗。
就反射損耗而言，非鐵磁材料比鐵磁材料優(yōu)越，反射損耗與材料厚度無(wú)關(guān)。
電磁屏蔽理論指出：電磁干擾在通過屏蔽體時(shí)，一部分被反射，未被反射的
部分進(jìn)入屏蔽層而被吸收轉(zhuǎn)化為熱能，剩余的部分則穿透屏蔽層，繼續(xù)向外傳播。
屏蔽體所具有的這種反射和吸收電磁波能量的能力被定義為屏蔽體的屏蔽效能。
假定屏蔽體是均質(zhì)無(wú)縫的，則屏蔽體的屏蔽效能與干擾場(chǎng)的場(chǎng)型有關(guān)，其屏蔽效
果可按下面的公式計(jì)算。
遠(yuǎn)場(chǎng)屏蔽效果：
SE =0.131t fs m +168- 10log(fm /s )(dB)
r r r r
2近磁場(chǎng)屏蔽效果：
SE =0.131t fs m +14.6+10log(fr2s /m )(dB)
r r r r
近電場(chǎng)屏蔽效果：
SE =0.131t fs m +322- 10log(f3r2m /s )(dB)
r r r r
其中：SE（dB）——屏蔽效果；
r（m）——屏蔽體到干擾源的距離；
l l
遠(yuǎn)場(chǎng) r< ，近場(chǎng) r < ；
2p 2p
f（Hz）——干擾頻率；σr——相對(duì)導(dǎo)電率；
μr——相對(duì)導(dǎo)磁率；t——材料厚度。
均勻無(wú)縫屏蔽體的屏蔽效能是很高的。但是由于加工、裝配及結(jié)構(gòu)上的加工
需要等原因，實(shí)際上屏蔽體都是不連續(xù)的，存有各種孔縫，屏蔽效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理
想的計(jì)算值。在高頻段，由于波長(zhǎng)變短，結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)性會(huì)造成射頻泄漏，構(gòu)
件縫隙及孔、洞在電氣上就變得舉足輕重了。一般所有 1MHz 以上的電磁干擾都
是通過屏蔽體的孔縫處泄漏造成的。所以，在設(shè)計(jì)屏蔽結(jié)構(gòu)件時(shí)必須注意電磁的
連續(xù)性，避免孔縫的泄漏。電磁學(xué)上的小孔是指其最大尺寸遠(yuǎn)小于信號(hào)波長(zhǎng)的孔。
一個(gè)孔徑的尺寸接近或超過波長(zhǎng)時(shí)，則必須用銅絲屏蔽覆蓋，或者用一組不加屏
蔽的小孔代替單個(gè)大孔，或者用波導(dǎo)衰減器屏蔽大孔。考慮到干擾場(chǎng)強(qiáng)的透入深
度是隨著頻率的升高而減小的，因此所需材料的厚度也可隨之減小。
當(dāng)干擾頻率 f＞1MHz 時(shí)，用 0．5 毫米的任何一種金屬材料制成的屏蔽罩就
能將場(chǎng)強(qiáng)減弱100倍以上。這時(shí)選擇材料及確定料厚時(shí)，應(yīng)著重考慮材料的機(jī)械
強(qiáng)度、剛度、工藝性及防腐、防潮等因素。
當(dāng)f＞10MHz時(shí)，用0．1毫米厚的銅板制成屏蔽罩就能將場(chǎng)強(qiáng)減弱100倍以
上，因此這時(shí)屏蔽罩可用敷銅箔材料制作。
3當(dāng)f＞100MHz時(shí)，可用絕緣材料經(jīng)熱壓成型后，在表面鍍以銅層、銀層等制
作屏蔽體。
非磁性金屬材料不宜作低頻的磁屏蔽體，因?yàn)樵诘皖l情況下，屏蔽效果主要
靠屏蔽體的吸收損耗實(shí)現(xiàn)的。為了達(dá)到一定的屏蔽效果，往往需要很厚的材料。
從透入深度d = p/pfm m 可知，當(dāng)f為100MHz時(shí)，若用鋁板做屏蔽體，要使
0 r
干擾場(chǎng)強(qiáng)衰減為表面數(shù)值的 1／100 時(shí)，則需用不小于 40．1 毫米厚的鋁板，這
是不現(xiàn)實(shí)的。而選用高初磁導(dǎo)率軟磁合金材料，只用1．7毫米就可以滿足要求，
且鐵磁材料的磁導(dǎo)率愈高，屏蔽效果愈好。
鐵磁材料不宜作高頻電磁屏蔽材料。雖然鐵磁材料在高頻情況下，屏蔽效果
比非磁性金屬材料好，但由于鐵磁材料的電阻率大，并有磁滯現(xiàn)象，會(huì)使屏蔽電
路能量消耗顯著。所以，在高頻情況下，一般采用非鐵磁性導(dǎo)電良好的金屬材料
做屏蔽體，如銅、鋁或銅鍍銀等。
f在103～108Hz范圍內(nèi)才可采用鋼板作屏蔽材料，對(duì)屏蔽屋而言（r＞1m），
當(dāng) f＞3MHz 時(shí)，鋼的屏蔽效能高于銅；對(duì)屏蔽盒而言（r＜1m），當(dāng) f 在幾十千
赫至幾兆赫時(shí)，薄鋼板（0．1 毫米）的效能低于薄銅板，隨著厚度的增加，銅