无线电通信设备的电磁屏蔽

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摘 要：无线电电磁屏蔽技术在无线电通信领域已得到广泛使用,但并没有得到无线电通信领域相关技术人员的足够重视.随着无线电通信设备的升级改造和电磁环境的恶化,以及对设备的安全性、可靠性的更高要求,无线电屏蔽技术正变得越来越重要.本文对无线电屏蔽技术的原理与方法进行了相关阐述.

关 键 词：无线电通信设备；电磁屏蔽；基本原理

1.引言

为了保证无线电发射设备的运行安全,提高无线电信号的播出质量,无线电设备屏蔽技术在无线电通信领域得到了广泛使用.随着无线电通信事业的发展和科学技术的进步,现在无线台站的屏蔽要求越来越高,无线电设备屏蔽问题也越来越受到重视.众所周知,高频无线辐射会对人体产生一定的危害,为保证无线电通信工作人员的身体健康,对无线设备机房进行屏蔽和对人员进行防护很有必要.现在随着全固态无线电发射机的广泛使用和遥控遥测技术的推广,无线电设备屏蔽问题也越来越突出.无线电发射设备由于采用大功率射频设备,内部电磁环境复杂,干扰源众多,无论是数据的采集、传输和计算机系统本身都极易受到干扰,造成误报、误告警、误动作,给无线电通信安全造成不良影响.同时采用屏蔽技术可以大大降低雷击造成的电磁危害.

2.无线电屏蔽的基本原理

无线电设备屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射.具体讲,就是用屏蔽体将部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响.因为屏蔽体对来自导线、电缆、部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能.

当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去.当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果.

在实际中,许多人不了解电磁屏蔽的原理,认为只要用金属做一个箱子,然后将箱子接地,就能够起到电磁屏蔽的作用.其实电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系.真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素,一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的,另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体.屏蔽体上有很多导电不连续点,最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙.这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏,如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样.解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料,消除不导电点.但也不是用导电弹性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏.因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波,取决于缝隙或孔洞相对于电磁长的尺寸.当波长远大于开口尺寸时,并不会产生明显的泄漏.因此,当干扰的频率较高时,这时波长较短,就需要使用电磁密封衬垫.具体说,当干扰的频率超过10MHz时,就要考虑使用电磁密封衬垫.凡是有弹性且导电良好的材料都可以用做电磁密封衬垫.常使用的电磁密封衬垫有导电橡胶、金属编织网、指形簧片、多重导电橡胶等.

3.无线电设备屏蔽的主要方法

无线电设备屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽.

3.1电场屏蔽

电场屏蔽将电场感应看成分布电容间的藕合.在使用中,屏蔽板以靠近受保护物为好,而且屏蔽板的接地必须良好；屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响,全封闭的金属盒最好,但工程中很难做到；屏蔽板的材料以良导体为好,但对厚度无要求,只要有足够的强度就可了.

3.2磁场屏蔽

磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多.它主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大为减弱.在使用中,要选用高导磁材料,如坡莫合金,要增加屏蔽体的厚度.这两点均是为了减小屏蔽体的磁阻.被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,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,凡接缝、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的结构.

对要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽体的外层选用不易饱和的材料,如硅钢；而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料,如坡莫合金等.反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要倒过来.

在安装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的绝缘.当没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件,若需接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件.

3.3电磁场屏蔽

电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施.

它的屏蔽机理是:

（1)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,被屏蔽材料所衰减,也就是所谓的吸收.

（2）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.这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度,只要求交界面上的不连续,

（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,遇到金属一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.总之,电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收.

3.4实际的电磁屏蔽体结构材料

（1）适用于底板和机壳的材料大多数是良导体,如铜、铝等,可以屏蔽电场,主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收.

（2）对磁场的屏蔽需要铁磁材料,如高导磁率合金和铁.主要的屏蔽机理是吸收而不是反射.

（3）在强电磁环境中,要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分,因此需要结构上完好的铁磁材料,屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好坏的影响.

必须尽量减少结构的电气不连续性,以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射.提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度,减少缝隙长度,在结合面上加入导电衬垫,在接缝处涂上导电涂料,缩短螺钉间距离等.

4.实际运用中的注意事项

（1）要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度.典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时,屏蔽效能降低30dB以上.

（2）电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒.滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱.

（3）信号线、控制线进入或穿出机壳时,要通过适当的滤波器.具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用.

（4）必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能.

（5）当要求使用对地绝缘的金属控制轴时,可用短的隐性控制轴,不调节时,用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住.

（6）为保险丝、插孔等加金属帽.

（7）用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装.

（8）在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时,要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面.对夹金属丝的屏蔽玻璃,在保持合理透光度条件下,对30-1000m的屏蔽效能可达50-110dB.在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜,其屏蔽效果一般不大于20dB.但后者可消除观察窗上的静电积累,在仪器上常用.