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屏蔽機(jī)房電磁屏蔽方案
閱讀：1427 發(fā)布時(shí)間：2010-7-2 屏蔽機(jī)房電磁屏蔽方案
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一、機(jī)房電磁的產(chǎn)生與危害
計(jì)算機(jī)在使用過程中,會(huì)在元器件表面積聚大量的靜電電荷。zui典型的就是顯示器在使用過后用手去觸摸顯示屏幕就會(huì)發(fā)生劇烈的靜電放電現(xiàn)象,這就是顯示器屏幕上的電荷與我們?nèi)梭w上所帶異號電荷發(fā)生中和時(shí)所產(chǎn)生的靜電放電現(xiàn)象,至于靜電放電的定義,這里就不再敘述,有興趣的讀者可以自行查閱資料。由于靜電放電過程是電位、電流隨機(jī)瞬間變化的電磁輻射,所以,不管是放電能量較小的電暈放電,還是放電能量較大的火花式放電,都可以產(chǎn)生電磁輻射。計(jì)算機(jī)本身包含有大量的高電磁靈敏度的電路以及元器件,所以,在使用過程中如果遇到靜電放電現(xiàn)象（ESP）,出現(xiàn)的后果是不可預(yù)測的。靜電放電現(xiàn)象對計(jì)算機(jī)的危害可分為硬性損傷和軟性損傷,硬性損傷就是指由于ESP過于強(qiáng)烈而導(dǎo)致的如顯卡、CPU、內(nèi)存等電磁靈敏度很高的元器件被擊穿,從而無法正常工作甚至*報(bào)廢。靜電放電所造成的硬性損傷的破壞程度,主要取決于靜電放電的能量及元器件的靜電敏感度,也和危害源與敏感器件之間的能量耦合方式,相互位置有關(guān)。軟性損傷則是指由于靜電放電時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾（其電磁脈沖頻譜可達(dá)Mhz~Ghz）造成的存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)錯(cuò)誤、比特?cái)?shù)位移位,從而產(chǎn)生如死機(jī)、非法操作、文件丟失、硬盤壞道產(chǎn)生等隱性錯(cuò)誤,相對于硬性損傷,它更難被發(fā)現(xiàn)。
6.電磁兼容指令（EMC）|電磁兼容測試|電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)
7. 產(chǎn)品認(rèn)證、電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)與測試方法
10. 電磁兼容emc測試所需基本儀器之要求及其配備
1.電壓跌落、短時(shí)中斷和電壓漸變的抗干擾度試驗(yàn)
2.工頻磁場抗干擾度試驗(yàn)系統(tǒng)
雷擊浪涌（surge）測試知識(shí)：
1.車輛零組件電磁兼容試驗(yàn)方法介紹
2.汽車電子電磁兼容測試項(xiàng)目
3.汽車電子干擾模擬器/汽車電子電磁兼容測試系統(tǒng)/汽車干擾模擬系統(tǒng)
5.汽車及車載電子設(shè)備電磁兼容EMC測試
7.車輛電氣設(shè)備的瞬變傳導(dǎo)騷擾和抗擾度性能測試
16.汽車電子電磁兼容抗干擾實(shí)驗(yàn)室配置方案
二、怎樣做好電磁屏蔽?
電磁屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一,大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決,用電磁屏蔽的方法來解決電磁干擾問題,zui大好處是不會(huì)影響電路的正常工作,因此不需要對電路做任何修改。
選擇屏蔽材料
屏蔽體的有效性用屏蔽效能來度量。屏蔽效能是沒有屏蔽時(shí)空間某個(gè)位置的場強(qiáng)E1與有屏蔽時(shí)該位置的場強(qiáng)E2的比值,它表征了屏蔽體對電磁波的衰減程度。用于電磁兼容目的的屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來的百分之一至百萬分之一,因此通常用分貝來表述屏蔽效能,這時(shí)屏蔽效能的定義公式為:
SE = 20 lg （ E1/ E2 ） （dB）
用這個(gè)定義式只能測試屏蔽材料的屏蔽效能,而無法確定應(yīng)該使用什么材料做屏蔽體。要確定使用什么材料制造屏蔽體,需要知道材料的屏蔽效能與材料的什么特性參數(shù)有關(guān)。
工程中實(shí)用的表征材料屏蔽效能的公式為: SE = A + R （dB）
式中的A稱為屏蔽材料的吸收損耗,是電磁波在屏蔽材料中傳播時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:
A=3.34t（fμrσr） （dB）
t = 材料的厚度,μr = 材料的磁導(dǎo)率,σr = 材料的電導(dǎo)率,對于特定的材料,這些都是已知的。f = 被屏蔽電磁波的頻率。
式中的R稱為屏蔽材料的反射損耗,是當(dāng)電磁波入射到不同媒質(zhì)的分界面時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:
R=20lg（ZW/ZS） （dB）
式中,Zw=電磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
電磁波的波阻抗定義為電場分量與磁場分量的比值:Zw = E / H。在距離輻射源較近（<λ/2π,稱為近場區(qū)）時(shí),波阻抗的值取決于輻射源的性質(zhì)、觀測點(diǎn)到源的距離、介質(zhì)特性等。若輻射源為大電流、低電壓（輻射源電路的阻抗較低）,則產(chǎn)生的電磁波的波阻抗小于377,稱為低阻抗波,或磁場波。若輻射源為高電壓,小電流（輻射源電路的阻抗較高）,則波阻抗大于377,稱為高阻抗波或電場波。關(guān)于近場區(qū)內(nèi)波阻抗的具體計(jì)算公式本文不予論述,以免沖淡主題,感興趣的讀者可以參考有關(guān)電磁場方面的參考書。當(dāng)距離輻射源較遠(yuǎn)（>λ/2π,稱為遠(yuǎn)場區(qū)）時(shí),波波阻抗僅與電場波傳播介質(zhì)有關(guān),其數(shù)值等于介質(zhì)的特性阻抗,空氣為377Ω。屏蔽材料的阻抗計(jì)算方法為:
|ZS|=3.68×10-7（fμr/σr） （Ω）
f=入射電磁波的頻率（Hz）,μr=相對磁導(dǎo)率,σr=相對電導(dǎo)率
從上面幾個(gè)公式,就可以計(jì)算出各種屏蔽材料的屏蔽效能了,為了方便設(shè)計(jì),下面給出一些定性的結(jié)論。
● 在近場區(qū)設(shè)計(jì)屏蔽時(shí),要分別考慮電場波和磁場波的情況;
● 屏蔽電場波時(shí),使用導(dǎo)電性好的材料,屏蔽磁場波時(shí),使用導(dǎo)磁性好的材料;
● 同一種屏蔽材料,對于不同的電磁波,屏蔽效能使不同的,對電場波的屏蔽效能zui高,對磁場波的屏蔽效能zui低,也就是說,電場波zui容易屏蔽,磁場波zui難屏蔽;
● 一般情況下,材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性越好,屏蔽效能越高;
● 屏蔽電場波時(shí),屏蔽體盡量靠近輻射源,屏蔽磁場源時(shí),屏蔽體盡量遠(yuǎn)離磁場源;
有一種情況需要特別注意,這就是1kHz以下的磁場波。這種磁場波一般由大電流輻射源產(chǎn)生,例如,傳輸大電流的電力線,大功率的變壓器等。對于這種頻率很低的磁場,只能采用高導(dǎo)磁率的材料進(jìn)行屏蔽,常用的材料是含鎳80%左右的坡莫合金。
孔洞和縫隙的電磁泄漏與對策
一般除了低頻磁場外,大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中,常見的情況是金屬做成的屏蔽體,并沒有這么高的屏蔽效能,甚至幾乎沒有屏蔽效能。這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先,需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。這與靜電場的屏蔽不同,在靜電中,只要將屏蔽體接地,就能夠有效地屏蔽靜電場。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān),這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè),一個(gè)是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性,即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。另一點(diǎn)是不能有穿過機(jī)箱的導(dǎo)體。對于一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱,這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來都非常困難。
首先,一個(gè)實(shí)用的機(jī)箱上會(huì)有很多孔洞和孔縫:通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分結(jié)合的縫隙等。屏蔽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是如何妥善處理這些孔縫,同時(shí)不會(huì)影響機(jī)箱的其他性能（美觀、可維性、可靠性）。
其次,機(jī)箱上總是會(huì)有電纜穿出（入）,至少會(huì)有一條電源電纜。這些電纜會(huì)極大地危害屏蔽體,使屏蔽體的屏蔽效能降低數(shù)十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一（穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大）。
當(dāng)電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí),其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線（圖1）,當(dāng)孔洞的長度達(dá)到λ/2時(shí),其輻射效率zui高（與孔洞的寬度無關(guān)）,也就是說,它可以將激勵(lì)孔洞的全部能量輻射出去。
對于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞,在遠(yuǎn)場區(qū)中,zui壞情況下（造成zui大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更大一些）計(jì)算公式為:
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg（L/H）] （dB）
若 L ≥λ/2,SE = 0 （dB）
式中各量:L = 縫隙的長度（mm）,H = 縫隙的寬度（mm）,f = 入射電磁波的頻率（MHz）。
在近場區(qū),孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場源時(shí),孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場時(shí)小（屏蔽效能高）,而當(dāng)輻射源是磁場源時(shí),孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場時(shí)要大（屏蔽效能低）。近場區(qū),孔洞的電磁屏蔽計(jì)算公式為:
若ZC >（7.9/D·f）:
SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg （L/H） ]
若Zc<（7.9/D·f）:
SE = 20lg [ （D/L） + 20lg （1 + 2.3lg （L/H） ]
式中:Zc=輻射源電路的阻抗（Ω）,
D = 孔洞到輻射源的距離（m）,
L、H = 孔洞長、寬（mm）,
f = 電磁波的頻率（MHz）
說明:
● 在第二個(gè)公式中,屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系。
● 大多數(shù)情況下,電路滿足*個(gè)公式的條件,這時(shí)的屏蔽效能大于第二中條件下的屏蔽效能。
● 第二個(gè)條件中,假設(shè)輻射源是純磁場源,因此可以認(rèn)為是一種在zui壞條件下,對屏蔽效能的保守計(jì)算。
● 對于磁場源,屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關(guān),距離越近,則泄漏越大。這點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意,磁場輻射源一定要盡量遠(yuǎn)離孔洞。
多個(gè)孔洞的情況
● 對于傳輸頻率較高的信號的電纜,低通濾波器可能會(huì)導(dǎo)致信號失真,這時(shí)只能采用屏蔽的方法。但要注意屏蔽電纜的屏蔽層要360°搭接,這往往是很難的。
在電纜端口安裝低通濾波器有兩個(gè)方法
● 安裝在線路板上,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)是高頻濾波效果欠佳。顯然,這個(gè)缺點(diǎn)對于這種用途的濾波器是十分致命的,因?yàn)?我們使用濾波器的目的就是濾除容易導(dǎo)致輻射的高頻信號,或者空間的高頻電磁波在電纜上感應(yīng)的電流。
● 安裝在面板上,這種濾波器直接安裝在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上,如饋通濾波器、濾波陣列板、濾波連接器等。由于直接安裝在金屬面板上,濾波器的輸入、輸出之間*隔離,接地良好,導(dǎo)線上的干擾在機(jī)箱端口上被濾除,因此濾波效果十分理想。缺點(diǎn)是安裝需要一定的結(jié)構(gòu)配合,這必須在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行考慮。
由于現(xiàn)代電子設(shè)備的工作頻率越來越高,對付的電磁干擾頻率也越來越高,因此在面板上安裝干擾濾波器成為一種趨勢。一種使用十分方便、性能十分*的器件就是濾波連接器。濾波連接器的外形與普通連接器的外形*相同,可以直接替換。它的每根插針或孔上有一個(gè)低通濾波器。低通濾波器可以是簡單的單電容電路,也可以是較復(fù)雜的電路。
解決電纜上干擾的一個(gè)十分簡單的方法是在電纜上套一個(gè)鐵氧體磁環(huán),這個(gè)方法雖然往往有效,但是有一些條件。許多人對鐵氧體寄予了過高期望,只要一遇到電纜輻射的問題,就在電纜上套鐵氧體,往往會(huì)失望。鐵氧體磁環(huán)的效果預(yù)測公式為:
共模輻射改善 =20lg（加磁環(huán)后的共模環(huán)路阻抗/加磁環(huán)前的共模環(huán)路阻抗）
例如,如果沒加鐵氧體時(shí)的共模環(huán)路阻抗為100Ω,加了鐵氧體以后為1000Ω,則共模輻射改善為20dB。
說明:有時(shí)套上鐵氧體后,電磁輻射并沒有明顯的改善,這并不一定是鐵氧體沒有起作用,而可能是除了這根電纜以外,還有其他輻射源。
在電纜上使用鐵氧體磁環(huán)時(shí),要注意下列一些問題:
● 磁環(huán)的內(nèi)徑盡量小
● 磁環(huán)的壁盡量厚
● 磁環(huán)盡量長
● 磁環(huán)盡量安裝在電纜的端頭處
四、對智能化大樓機(jī)房屏蔽具體措施
1、為機(jī)房設(shè)置一個(gè)良好的接地
因?yàn)殡姶盼⒉ㄒ约办o電等干擾源其實(shí)還是能量的一種方式,它不可能莫名其妙地消失,只有通過適當(dāng)?shù)耐緩结尫拧Ｋ晕覀冊O(shè)計(jì)為該大樓做一個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)房單獨(dú)接地,且接地電阻越小則釋放渠道越暢通,通過時(shí)間越短,效果越好。
而計(jì)算機(jī)上的靜電如何消散?靜電消散的zui后結(jié)果是實(shí)現(xiàn)正負(fù)電荷的中和,實(shí)現(xiàn)靜電消散的途徑主要有兩條:一是通過空氣,使物體上的電荷與大氣中的異號電荷中和,另一條就是通過帶電體自身與大地相連的物體的傳導(dǎo)作用使電荷向大地泄漏,與大地中的異號電荷發(fā)生中和,又稱靜電接地。根據(jù)我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（JXB110-91,GJB2527-95）和文獻(xiàn)對靜電接地做了嚴(yán)格的定義:所謂的靜電接地是指物體通過導(dǎo)電,防靜電材料或其他制品與大地在電氣上可靠連接,確保靜電導(dǎo)體與大地的電位相近。
2、機(jī)房地面采用防靜電處理
先對機(jī)房地面清洗除塵,因?yàn)榛覊m是帶電粒子的良好載體,經(jīng)過微小灰塵的揚(yáng)塵,將靜電產(chǎn)生移動(dòng)并轉(zhuǎn)移;再對地面涂刷防塵油漆處理,從而地面將不再有產(chǎn)生灰塵的可能;第三在防塵油漆的上面再涂刷防靜電金屬油漆。從而使機(jī)房地面表層形成一層清潔、干凈的金屬薄膜。
3、機(jī)房地板采用導(dǎo)電性能良好的金屬靜電地板
在本方案設(shè)計(jì)中,機(jī)房防靜電活動(dòng)地板設(shè)計(jì)的安裝高度為300mm。活動(dòng)地板下面用作機(jī)房內(nèi)的電纜鋪設(shè)。
機(jī)房的防靜電地板采用沈飛鋼材無邊抗靜電地板主材,該地板由鋼板制作,配合精度高,表面采用進(jìn)口抗靜電復(fù)合材料,抗靜電效果良好,此外還具有防火、防潮作用;由于采用無邊設(shè)計(jì),地板美觀、整潔、耐用,其抗靜電、耐磨、承載能力等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到*水平。
本機(jī)房設(shè)計(jì)室內(nèi)高度3.2米,需要在防靜電地板下部水泥地面上設(shè),防靜電地板安裝完成后高度為300mm
,使防靜電地板到天花頂?shù)母叨瓤臻g為約2.4米。
這樣使得在機(jī)房地面的金屬薄膜上面再架起一層*是金屬的防靜電地板。
4、墻面的防靜電與屏蔽
機(jī)房墻面采用鋁塑板貼面,并采用其配套的輕鋼龍骨,墻面面板用淺色調(diào)、20%的光澤光面板,可用溫和清洗劑擦洗。配合頂、地的屏蔽工程,組合成一個(gè)良好的屏蔽空間,防止計(jì)算機(jī)泄密、減少各種電磁場強(qiáng)的電磁波對計(jì)算機(jī)正常工作的影響,同時(shí)也保護(hù)工作人員免受電磁波的侵害。
5、門窗屏蔽處理
屏蔽機(jī)房設(shè)計(jì)采用金屬質(zhì)地的門,在對外導(dǎo)風(fēng)的窗戶采用金屬網(wǎng)格做為屏蔽層,用金屬網(wǎng)格罩住窗戶。
6、天花板墻面的屏蔽處理
根據(jù)機(jī)房實(shí)際情況設(shè)計(jì)了微孔防塵屏蔽天花板,并采用配套的輕鋼龍骨。設(shè)計(jì)具有質(zhì)輕、防火、防潮、吸音、防塵等性能,不但可以很好屏蔽電磁的干擾,而且可以配合防眩光燈盤不會(huì)產(chǎn)生眩光。
7、布設(shè)機(jī)房等電位匯流排與地網(wǎng)
在機(jī)房的四周（靜電地板下面）用3X35的紫銅帶繞機(jī)房四周一圈,并且與接地線緊固連接。
8、線路屏蔽
在保護(hù)的空間內(nèi),當(dāng)采用屏蔽電纜時(shí)其屏蔽層應(yīng)至少兩端并在防雷區(qū)交界處做等電位連接,當(dāng)系統(tǒng)要求只在一端做等電位連接時(shí),應(yīng)采用雙層屏蔽。引入到遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)房的非屏蔽線纜應(yīng)敷設(shè)在金屬管道內(nèi),實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電貫通,并連接到共用接地體上。所選用的金屬管道采用鐵管。
9、等電位連接與地網(wǎng)
等電位連接是將正常不帶電（或不帶信息）的、未接地或未良好接地的設(shè)備金屬外殼、電纜的金屬外皮、建筑物的金屬構(gòu)架、管線的橋架與接地系統(tǒng)作電氣連接,防止在這些物件上由于感應(yīng)雷電高壓或接地裝置上雷電入地高電位的傳遞造成對設(shè)備內(nèi)部絕緣、電纜芯線的反擊。根據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.3條款規(guī)定的"每幢建筑物本身應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)的原則構(gòu)成圖所示",也應(yīng)對電力線路或線纜、通信線路或線纜通過電涌保護(hù)器實(shí)現(xiàn)與共用接地系統(tǒng)的等電位連接。根據(jù)GB9361-88<計(jì)算機(jī)場地安全要求>、GB2887-89<計(jì)算機(jī)藏地技術(shù)條件>和GB50174-93<電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范>等相關(guān)要求,機(jī)房內(nèi)設(shè)備（含電源避雷器、信號避雷器）宜采用單點(diǎn)接地方式實(shí)現(xiàn)等電位連接。靜電地板的每四塊地板共用的一個(gè)金屬支架與機(jī)房內(nèi)的等電位連接排相連接,以防止跨步電壓與靜電。
在靜電地板的金屬固定腳用6平方的接地分線將其與等電位匯流排相連接,形成很好的地網(wǎng)。