图像编码器屏蔽加固技术研究

2011-12-28侯燕春

河北科技大学学报 2011年2期

关键词：电磁场编码器屏蔽

侯燕春

（北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

图像编码器屏蔽加固技术研究

侯燕春

（北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

首先介绍了屏蔽技术的机理及分类，阐述了影响屏蔽效能的因素，根据某系统对图像编码器抗干扰能力的要求，提出屏蔽加固措施，并验证了该方法的有效性。

屏蔽；加固；电磁兼容

屏蔽是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施，能有效抑制电磁干扰［1］。目前的多种电子设备，尤其是军用电子设备，通常都采用屏蔽技术解决电磁兼容问题。本文介绍了屏蔽技术的机理和分类，并针对某系统图像编码器抗扰问题，提出屏蔽加固措施，验证了措施的有效性。

1 屏蔽机理及分类

屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽时该位置的场强的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度［2］：

式中：SEdB为屏蔽效能；E0，H0为无屏蔽体时某一点的电场强度；E1，H1为安放屏蔽体后同一点的电场强度。

屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。

1．1 电场屏蔽

电场屏蔽实质是减少设备间的电场感应。利用由导电材料制成的屏蔽体并结合接地，来切断干扰源与敏感设备间的耦合通道，达到屏蔽的目的。

电场屏蔽采用金属屏蔽层包封电子元器件或设备，屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地，把电场终止于导体表面，并通过地线中和导体表面上的感应电荷，从而防止由静电耦合产生的相互干扰。

在实际应用中，屏蔽壳体应靠近受保护物，屏蔽材料为良导体，屏蔽体最好采用全封闭的金属盒，且良好接地［3］。

1．2 磁场屏蔽

磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场［3］。

屏蔽体用高导磁率材料，有效防止低频磁场的干扰，其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的导磁系数，材料的磁导率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈显著。

屏蔽材料的屏蔽效能主要由吸收损耗和反射损耗两部分构成，低频磁场由于其频率和波阻抗较低，故吸收损耗和反射损耗都很小。为了获得高额的吸收损耗，可以使用导磁率高的材料；但导磁率高的材料通常导电性不是很好，这导致了反射损耗减小。为了增加反射损耗，可在高导磁率材料的表面增加一层高导电率的材料。通常采用铁磁性材料如铁、硅钢片、坡莫合金等进行磁场屏蔽。

在使用中，被屏蔽的物体应远离屏蔽体，以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通；注意屏蔽体的结构设计，接缝、通风孔等均可能增加屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果；对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体结构。

1．3 电磁屏蔽

电磁屏蔽是用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施，主要用于防止在高频下的电磁感应，利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离时变电磁场的相互耦合，从而防止高频电磁场的干扰。当电磁场通过金属或对其有衰减作用的阻挡层时，会受到一定程度的衰减，即金属或阻挡层对电磁波产生了屏蔽作用，其机理就是电磁感应现象。在外界交变电磁场作用下，通过电磁感应屏蔽壳体内产生感应电流，而这感应电流在屏蔽空间又产生了与外界电磁场方向相反的电磁场，从而抵消了外界电磁场，产生屏蔽效果。它的屏蔽机理是：1）当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射；2）未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料衰减，即是被屏蔽材料吸收；3）在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，遇到金属—空气阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。因此，应保证屏蔽壳体各部分具有良好的电气连续，使感应电流能在壳体中流畅，以便产生足够大的感应电磁场来抵消外界电磁场［4］。

综上，电场屏蔽是利用金属屏蔽层包封电子元器件或设备，减小电子元器件或设备间的电容耦合，从而减小干扰。磁场屏蔽是利用高导磁材料构成低磁阻通路，使屏蔽体对磁通进行分流，提高屏蔽效能。电磁场屏蔽是利用屏蔽体对电磁波的吸收、反射来阻止电磁能量在空间传播，减弱干扰能量。

2 影响屏蔽的相关因素

屏蔽体的总屏蔽效能是由屏蔽体中最薄弱的环节决定的。屏蔽体的导电连续性，是影响屏蔽效能最主要的因素。

屏蔽体中最薄弱的环节是各种缝隙和孔洞。当狭缝长度接近波长的一半时，EMI波就会泄露出去。这种泄露就是狭缝天线。狭缝尺寸接近半波长的整数倍时，电磁泄漏最大，所以高频下要求缝长或孔径小于λ／100。永久性接缝，采用焊接工艺；非永久性配合面形成的接缝采用导电衬垫。此外，线缆屏蔽层与连接器的连接方式对系统整体的屏蔽效能也有较大影响。屏蔽层的正确连接方法是采用压接端子，连接器四周应有纹波型簧片，保证360°环接。

3 某系统图像编码器屏蔽加固措施及验证

某系统图像编码器，端口X2线缆为屏蔽线缆，X3未屏蔽，X4同轴电缆的屏蔽层与结构外壳隔离、不接机壳地。图像编码器测试布置图见图1。

图1 图像编码器测试布置图

对该图像编码器（端口X2线缆）进行传导敏感度测试项目CS115，CS116试验时，1 A干扰量级下图像存储器接收图像异常。为了保证图像编码器能够在复杂电磁环境下可靠的工作，需提高图像编码器抗干扰能力。

为提高该图像编码器抗干扰性能，采取了用300目铜网包裹图像编码器及其X3，X4端口线缆的屏蔽加固措施。采取上述措施后再进行CS115，CS116试验，验证加固措施是否有效。试验过程中，采用铝板模拟地板，并良好接地。在图像编码器X2端口电缆进行CS115和CS116试验，测试布置图见图2。

采取加固措施前后的测试结果对比分别见表1和表2。

图2 图像编码器端口电缆CS115、CS116测试布置图

表1 CS115测试结果

表2 CS116测试结果

经上述测试，得知采取“用300目铜网包裹图像编码器及其X3，X4端口电缆”的加固措施后：CS115干扰试验中，加固后抗干扰能力从加固前的1 A受到干扰提高至2 A正常；CS116干扰试验中，加固后抗干扰能力在1 MHz从加固前的1 A受到干扰提高至2 A正常，30 MHz从加固前的1A受到干扰提高至2 A正常。

从试验中可以看出，做好电缆和设备及设备连接器处的屏蔽措施，可以提高抗外界干扰的能力。