电子仪器干扰与屏蔽

陈克难

（中国工程物理研究院电子工程研究所，绵阳 621900）

前言

在电子仪器的研制和生产过程中，如果单元电路良好，但屏蔽设计不合理，就会降低电路设计指标，有时甚至导致仪器工作不正常。因此在电子仪器结构设计中屏蔽设计必须给于充分的重视，现在仅就现实工作中所进行的一些具体做法与各位同行共享。

1 电屏蔽

电场屏蔽是为了消除两个电路之间由于发布电容的耦合产生的干扰，最好的办法是在感应源与受感器之间加入一块接地良好的金属隔板，把发布电容短接到地，就可以达到电场屏蔽的目的。而一个导电性良好的机壳，就是一个理想的地。在过去的仪器研制、生产过程中，为了将两个单元线路屏蔽开来，图1所示的办法是一种典型的例子，金属屏蔽板插在开槽的胶木板中间，而机壳是用阳极化的铝板（不导电）构成的。这块接地不良的金属板，不但没有起屏蔽作用。反而对屏蔽是有害的，因为在没有加屏蔽之前一个分箱g（感应源）在另一个S（受感器）上所感应的电压为感应电压，当屏蔽板加入后，由于接地不良，它与地有很小的发布电容，所以产生了大于屏蔽板加入前的感应电压。

图1 两个单元线路屏蔽图

同样的道理，压板的加入对屏蔽也是无益的，因为压板的跨度大，不但不能起到压板的作用，反而相当于一个接地不良的盖板，盖在两个需要屏蔽的分箱上。在高频时，压板的寄生电容和寄生电感组成的分压器，进一步把两个分箱耦合起来，上面所谈的这种设计的错误在于：

1)机壳虽然由铝板组成，但阳极化后生成的氧化膜是绝缘层，使机壳成为不良导体。

2)印制板和金属板的导板用的是绝缘材料胶木板，使印制板和屏蔽板都无法接地。

针对上述的问题我们采取了两项措施：

1)将铝板的阳板化处理改为化学导电氧化，虽然耐蚀性差一些，但整机机壳导电性良好。

2)设计了一种由导电性，弹性俱佳的铍青铜做成的卡紧簧片把它鉚在经化学导电氧化的铝板上做导板，印制板的边缘有5mm接地线，当插入导板后，便经过5mm地线，屏蔽板也被卡紧簧片卡牢，接地良好。这种卡紧簧片得到了广泛的应用，被顶为标准。

2 磁屏蔽

磁屏蔽是抑制或消除发布电感的耦合。

恒定磁场和低频磁场的屏蔽采用对磁场分路的办法，即用相对导磁率高的材料做成屏蔽物，由于屏蔽物的μ值高，磁阻少，所以大部分磁力线都在屏蔽物的壁内通过，这样就大大减少了寄生电感的影响，目前我们最常用的导磁材料为1j79坡莫合金，这种坡莫合金在真空（或氢气）中退火，μ值最高可达到200000高斯/奥斯特。

低频磁屏蔽在我们工作中遇到最多的情况是对电源变压器及显像管的屏蔽。

为了防止外来磁场对于、电子束聚焦的影响，我们通常采用坡莫合金做成的屏蔽罩，经过真空退火处理，对示波管进行屏蔽，沿屏蔽罩长度方向尽量减少焊缝和狭长的开槽，因为与电子束垂直的磁力线较之与电子束平行的磁力线对电子束聚焦的影响更大，需要时尽量开园孔，避免开距形孔（见图2所示）。因为距形孔比相同面积的园孔对屏蔽效能影响更大。由于缝隙的天线效应，必须使缝隙的直线尺寸不大于1/10，洞孔的尺寸不大于1/5最短工作波长。

对于制作良好的小功率变压器一般不用屏蔽，因为绝大多数磁通已在铁芯中闭合，漏感较少，铁芯本身就是低频变压器的最主要的屏蔽物，对于大功率100VA以上的功率变压器，其漏磁通也可以产生比较大的干扰，有时也用1j79坡莫合金做成屏蔽罩进行屏蔽。由于大功率变压器发热量大，在屏蔽罩上要开通风孔不应大于3mm，以免影响屏蔽效果。

3 电磁屏蔽

电磁屏蔽主要是用来防止高频电磁场的影响，它是采用低电阻的金属材料作屏蔽物，用电磁场在屏蔽金属内部产生涡流从而起到屏蔽作用，一般所谓屏蔽，多半是指电磁屏蔽。由于高频趋肤效应的作用，涡流密度沿金属截面的分布是不均匀的，其规律为

其中：X0为透入深度，即电流密度和磁场强度减少到表面处的e分分之一的深度。

图2 开孔示意图

由理论计算得

其中ρ-材料电磁率；μ0-真空的导磁率；μ-材料相对导磁率；F-频率。

由计算公式可知，在同一频率下，材料的屏蔽效果由它的电阻率ρ和相对导磁率μ的比值来表示的。

在高频屏蔽中，虽然钢的μ值比较高但由于ρ值较大，涡流损耗大。并有磁带现象而不易采用，一般应采用非磁性导电良好的金属材料，如铜、铝做屏蔽材料，频率较高时，可以在其表面镀银，特别是铝表面镀银，价格又便宜，重量又轻而屏蔽效果又好，应尽量采用。

4 电子设备屏蔽设计的综合考虑

以上所述的电场、磁场、电磁场的三种干扰，在一种电子仪器中往往是同时存在的，所以在进行屏蔽设计时必须进行综合考虑，才能达到所需要的屏蔽效果。

任何电路各个部分工作的地电流总要经过回流。而构成仪器结构的底座，外壳就成为地电流回流的必经之“地”。因此底座、机壳阻抗的大小与寄生耦合的大小有着直接的关系。特别在高频，不但地电阻的高频值变得不可忽略，且随频率不同，会成为感性或容性阻抗，造成不良影响。因此接地通路设计是屏蔽设计的首要任务。

要屏蔽仪器外来的干扰或防止该仪器干扰影响的仪器，一个结构严密，设计合理的机箱实际上是这台仪器的一个良好的屏蔽机壳。构成机壳的各种构件应接触良好，尽量减少孔隙，当不得已非要有孔隙时，尽量减少其尺寸。如洞孔较大（风扇罩）应安装金属网，并刮掉金属网与面板接触部分的涂层。铝材做成的各种结构件均采用导电氧化。如果对屏蔽要求很高或屏蔽的频率范围很广，则应采取多层屏蔽，低于5-10kHz的恒定磁场和低频磁场的多层屏蔽罩一般采用的磁性材料，层与层之间可以是空气隙或绝缘材料，若要在较宽的频率范围内进行屏蔽，就采用不同的材料（铁磷性材料和非铁磷性材料）组成的双层屏蔽罩进行屏蔽。这样的屏蔽罩基本上满足、排除了外来干扰，对于线路设计的原定指标的实现起到了保证作用。另外铝制外屏蔽罩即是屏蔽件，也是结构件，它将厚度薄、强度差、不允许碰的坡莫合金的内屏蔽罩包容在内部，这样就避免了装配、调试、运输、储存中可能受到的碰 ，使磁性得以保持。

5 小结

对电子仪器的干扰和被干扰随时随地都存在，有时对于干扰源进行严格的屏蔽较之对受干扰器件进行屏蔽更为方便，而有时对干扰特别敏感的元件又进行单独屏蔽。有时电场、磁场同时屏蔽则只需将屏蔽物良好接地即可。不同的电子仪器对屏蔽设计的要求不同。因此，结构设计人员必须与线路设计人员密切配合，因地制宜进行合理有效的屏蔽设计，以保证线路设计达到预定指标。

[1] 山崎弘郎. 电子抗干扰技术[M].北京： 科学出版社, 1999.

[2] Matcrials Electonic Products Corp.Solid state cooling with Thermoelectric. 1993.

[3] 诸帮田.电子电缆实用抗干扰技术[M].北京人民邮电出版社，2000.