原创 顺利通过EMC试验（二十五）文字版

预习思考题

你一般会用什么材料做屏蔽机箱，为什么？

很多人认为用金属材料制作的机箱，只要做好接地，就可以有效地屏蔽电磁波。但是，实际的机箱即使满足了这两个条件，也往往并没有预期的屏蔽效能。有时，甚至出现使用金属机箱后，辐射发射反而增加的现象。

当金属机箱的屏蔽效能达不到预期的效果时，很多设计师会试图通过改善机箱的“接地”来改善屏蔽效果。但结果往往令人失望。

实际上，电磁波的屏蔽需要使用金属材料是真的，但是并不需要接地。

那么，为什么使用金属材料制作的机箱却没有理想的屏蔽效能呢。这是因为，除了金属材料这个条件以外，还有一些影响屏蔽效能的因素。

图中列出了这样一些因素。

首先的一个因素，就是穿过机箱的导体，这会导致机箱的屏蔽效能损失99%。其次，是机箱面板上的孔洞和缝隙。

另外，很多设计师不知道，机箱的屏蔽效能还与内部电路的安装有关。也就是，机箱的屏蔽效能不是一个固定的数值，与内部电路有关。这包括，线路板、内部互连线等的摆放位置，PCB板的接地方式等。

当遇到电磁干扰问题时，很多设计师都会想到接地的问题。特别是涉及到屏蔽的问题时，很多设计师摆脱不了接地的阴影。为什么会这样呢？

这大概是受了静电屏蔽的影响。

左上图是一个电荷+Q，左下图是将这个这个电荷放在一个金属球内的情况。右图是场强的变化情况，坐标系的横轴是观测点到电荷的距离。

可以看到，场强仅在r2-r3之间为零，当距离超过r3时，场强又恢复到没有屏蔽的情况那样。因此，我们说，这个金属球对电荷没有屏蔽效能。

那为什么在r2-r3之间为零呢？这是因为，+Q电荷在金属球的内表面感应出-Q，因此在r2-r3的范围内，总电荷量为0，因此场强为0.。

而当距离大于r3时，这个范围内的总电荷又是+Q，因为金属球本身是不带电，当内表面出现-Q时，外表面会出现+Q。因此场强又恢复到没有屏蔽的状态。

按照这个思路，只要我们只要将金属球外表面的电荷泄放掉，不是就可以永远保持总电荷量为0了吗，也就是可以使场强永远为0了。

泄放电荷的方法就是接地。

这可能就是大家牢牢记住接地的原因。

前面我们说过，影响机箱屏蔽效能的重要因素是穿过机箱的导体和孔洞缝隙，也就是，要保持机箱的屏蔽效能，不能有穿过机箱的导体，也不能有孔洞和缝隙。

这个要求在一个实际的机箱上是不现实的。

机箱上会有很多电缆，包括电源线和信号电缆。这些电缆都是穿过屏蔽机箱的导体。这些电缆严重降低了机箱的屏蔽效能。但是，这些电缆都是设备工作所必需的，不能没有。因此，如何处理好这些电缆是电磁兼容设计的重要内容。

一个实际的机箱上还会有很多孔洞，包括显示窗口、操作器件的开口、通风口等。这些孔洞也是导致电磁泄漏的原因。特别是一些操作器件，不仅形成了孔洞，有时还是穿过屏蔽体的导体。怎样既保留这些孔洞，又不会导致电磁泄漏是屏蔽设计的难点。

机箱必然会有活动面板，活动面板与机箱的其他部分之间形成了缝隙，这些缝隙是电磁泄漏的原因。如何做好缝隙的电磁密封，并保持缝隙的长期电磁密封效果是屏蔽设计的关键之一。

为了避免贯通导体对屏蔽机箱的破坏，需要简单了解一下贯通导体导致屏蔽机箱泄漏的机理。

贯通导体之所以会导致屏蔽机箱的泄漏，主要是因为贯通导体同时起着接收天线和辐射天线的作用。

左图是一个实际机箱中的贯通导体情况。

我们以辐射源在屏蔽机箱内部的情况为例，用右图来解释贯通导体导致电磁泄漏的原因。

当有一根导体穿过屏蔽箱时，例如，某根电缆插在连接器上。机箱内部的电磁场就会在导体上感应出一个电压。在这个电压的驱动下，导体上会有电流，这就是共模电流。这个共模电流产生了电磁辐射，我们感觉这是从内部泄漏出来的电磁能量。

请大家注意图中，共模电流路径的构成，是以电缆与机箱之间的杂散电容为主要路径的。后面，我们会根据这个特性设计一些消除共模电流辐射的方案。

根据天线的基本理论，外部导体的辐射强度与外部导体的长度和内部感应电压有关。而感应电压的大小与电缆在机箱内部的长度有关，还与这段导体距离辐射源的距离有关，以及与辐射源的强度有关。

因此，为了减小电缆导致的泄漏，需要注意控制电缆在机箱内部的长度。并注意要远离时钟电路这样的强辐射源。

某设计师说他的设备上所有外拖电缆都采取了屏蔽处理，仅有一根设备复位的控制线没有屏蔽。因为这根复位控制线平时基本不用，控制线上也不传输任何信号。

你认为这合适吗？