電纜穿過屏蔽機箱的屏蔽技術(shù)

王宇虹

（中電15所，北京 100083）

1 概述

在電子設備的機箱中，有一類機箱很特殊，那就是屏蔽機箱。屏蔽機箱是利用金屬導電性抑制機箱內(nèi)電子部件和機箱外電子設備相互電磁耦合干擾的機箱。

在預期的電子設備工作的電磁環(huán)境會嚴重干擾機箱內(nèi)部電子部件正常工作的時候，或者設備工作的環(huán)境需要保護其不受設備內(nèi)部電子部件發(fā)射的電磁干擾的時候，就需要屏蔽機箱了。

隨著技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，電子設備越來越多，相鄰工作的電子設備之間通過電磁耦合產(chǎn)生相互干擾而不能發(fā)揮正常效能的現(xiàn)象日益增多。而采用金屬屏蔽機箱是解決電磁干擾的重要手段，在產(chǎn)品設計和工程安裝中被廣泛采用。

2 機箱上孔隙對屏蔽效能的影響

屏蔽機箱一般是金屬機箱，或者是表面覆蓋了金屬薄層或?qū)w填充物的塑料機箱。如果想要取得成功的屏蔽效果，非常小心地進行細節(jié)設計和組裝作業(yè)是必要的。屏蔽機箱上的“孔隙”就像是一個“狹縫天線”，損害屏蔽機箱的屏蔽效能，單一孔隙對屏蔽效果失效的經(jīng)驗值隨頻率變化如圖1所示。

圖1 屏蔽效能衰減值隨頻率和孔隙尺寸的變化

一個屏蔽完好的金屬機箱的屏蔽性能完全可能被下列情形破壞掉：開安裝門需要的孔、鉆孔、安裝拙劣的濾波器、不佳的電纜屏蔽或者屏蔽層搭接，或者任由門處于非閉合狀態(tài)。當屏蔽機箱的壁不得不開孔時，可以采用圖2所示的污染區(qū)和潔凈區(qū)隔離的方法。

圖2 機箱內(nèi)部用金屬盒分隔示意圖

顯示屏最好放置在屏蔽玻璃后面，尤其是需要高屏蔽效能的場合，或者需要控制高頻干擾的場合。對于需要添加人機交互界面的屏蔽機箱來說，采用電磁屏蔽觸摸屏是一個比較好的電磁兼容解決方案，只要其屏蔽連接面與機箱開孔的周邊有良好的搭接，導電良好即可。

3 屏蔽電纜穿過屏蔽機箱

為獲得良好的電磁屏蔽效能，每一根進入屏蔽機箱的屏蔽電纜在進入機箱的入口處應使其屏蔽層與金屬機箱壁保持良好的電連接，此處，要采用360度密封套或者帶金屬殼連接器，如圖3所示。

此時非環(huán)形封閉的屏蔽層搭接屏蔽效果不佳，最好不要采用，除非電纜沒有高頻信號傳輸。

圖3 屏蔽電纜進入屏蔽機箱電纜屏蔽層與機箱壁環(huán)形連接

4 非屏蔽電纜穿入屏蔽機箱

進入屏蔽機箱的非屏蔽電纜應當串入能提供和機箱有同樣衰減頻段的濾波器。這些濾波器應當安裝在電纜進入金屬機箱的入口處的機箱壁上。只要艙壁安裝型濾波器（屏蔽連接器等）與金屬機箱開孔四周有良好的電連接，濾波器就能提供一定的屏蔽效能。當然，和無開孔的金屬機箱比較，屏蔽效能還是不可避免的會有所衰弱。

當需要中等強度的屏蔽效能時，僅僅依靠濾波器與金屬機箱開孔四周的良好固定和連接就可以實現(xiàn)。但是當需要很優(yōu)良的屏蔽效能時，尤其是在有高頻信號時，濾波器的金屬外殼和金屬屏蔽機箱開孔四周的連接需要加入導電墊圈才能實現(xiàn)。

濾波高能導體的最好方法是采用高能饋入濾波器，此時保護外殼是需要的。另一個解決辦法是采用“屏蔽腔濾波器”，一種封閉在盒子中濾波器，這種專門設計的濾波器在穿過屏蔽金屬機箱時，對屏蔽效能幾乎沒有損害。這類濾波器通常有自己的屏蔽隔離空間，濾波器輸出穿過鍍鋅導管進入到屏蔽金屬機箱內(nèi)。

還有一個方法是采用電磁污染區(qū)和潔凈區(qū)隔離，使用低成本的螺紋端子連接型濾波器，如圖4所示。

圖4 用隔離盒隔離螺紋端子的濾波器

采用這種方法時，要想達到較高的屏蔽效能，需要注意細節(jié)，尤其是隔離腔的四周要與金屬屏蔽機箱的縫隙盡可能小，通過縮短輸入和輸出電纜在接入端子處的長度，盡量把輸入和輸出電纜分離的遠點，減少輸入和輸出電纜在隔離腔內(nèi)的高頻耦合。雖然如此，高頻艙壁濾波器（鐵氧體磁環(huán)）仍然需要安裝在其中一根電纜上或兩根都需要安裝屏蔽磁環(huán)。

5 機箱分區(qū)

可以把金屬屏蔽機箱用螺釘連接或者焊接的方法隔離成兩個空間，一個是電磁污染區(qū)，一個是電磁潔凈區(qū)。對于非屏蔽電纜，在電磁污染區(qū)內(nèi)經(jīng)過濾波器后，再進入機箱的潔凈區(qū)。如圖5所示。

圖5 機箱分隔空間實例

6 門、活動面板、顯示屏和通風

為獲得可接受的屏蔽效能，金屬屏蔽機箱上的孔在數(shù)量上應盡量少，孔的尺寸應盡可能小，因此，機箱上的門或者活動面板的四周應與金屬屏蔽機箱有良好的搭接，并且導電性良好。把門和活動面板用電線或者導電編織帶連接到機箱上，對數(shù)兆赫茲以上的高頻電磁干擾的屏蔽效果非常不好。把門和活動面板與機箱之間用導電的屏蔽密封墊填充（摻雜了鍍銀玻璃微珠的導電硅橡膠密封圈等）是一個解決辦法，如圖6所示。

圖6 門和活動面板用導電襯墊搭接屏蔽

屏蔽密封墊可提供屏蔽密封環(huán)境，屏蔽密封墊和其接觸的金屬表面不能有非導電的涂覆層（油漆、噴塑等），金屬表面做適當?shù)谋砻嫣幚硪蕴岣吣透g能力。

彈簧叉指片可替代屏蔽密封墊安裝在門和活動面板的周邊，但在某些應用場合比較容易損壞。屏蔽密封墊和屏蔽彈簧叉指片有多種型式和規(guī)格。屏蔽密封墊的選擇需要考慮一些物理因素，諸如兼容性、壓縮形變、電化學電位序列位置，和電氣特性接觸電阻。一個可以打開的門要求使用軟密封墊（為了較容易用手關(guān)閉），軟密封墊總是彈回初始形狀，但較難同時獲得低的接觸電阻。

顯示器最好是通過屏蔽透明窗顯示。這種透明窗可以是有表面金屬薄膜的玻璃（常是銦錫氧化物ITO）或者有金屬細絲網(wǎng)夾層的玻璃（屏蔽玻璃）。金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃有良好的性能，但如果沒有根據(jù)顯示像素大小認真選擇絲網(wǎng)的話，會產(chǎn)生“莫爾條紋”，影響顯示效果。屏蔽玻璃四周與金屬屏蔽機箱有良好的搭接是非常重要的。

通風孔的屏蔽可以通過加裝在周邊與金屬機箱接觸良好（導電性好）的金屬網(wǎng)來實現(xiàn)。有大量小孔的金屬機箱和用金屬格柵覆蓋的大孔有同樣的屏蔽效果。市場上有成品通風格柵板出售，這種成品格柵板在四周帶有屏蔽密封墊，安裝作業(yè)簡單易行，只需用螺釘固定在平整的金屬機箱上即可。這些屏蔽通風窗的屏蔽板有些是金屬絲網(wǎng)，有些采用了諸如金屬絲絨或者蜂窩波導板等獨特的技術(shù)來增加屏蔽效能。

7 屏蔽機箱電子設備之間的互聯(lián)

做屏蔽機箱電子設備之間的電纜連接時，屏蔽電纜在穿過機箱時應該通過屏蔽連接器，或者在入口處安裝屏蔽密封壓件等輔助品，此時連接這兩個機箱的電纜兩端的屏蔽層都應該與屏蔽機箱外殼有良好的導電連接。

非屏蔽電纜在入口處應通過機箱壁安裝的濾波器進入機箱內(nèi)。機箱之間的連接電纜應根據(jù)承載的信號進行分類，彼此間隔開應有的距離。并與接地導體相伴布設。接地導體可以是金屬電纜管道，也可以是電纜線槽。如圖7所示。

圖7 屏蔽機箱設備之間的電纜互聯(lián)屏蔽

圖7顯示了兩個屏蔽機箱設備之間的電纜連接的安裝細節(jié)。即使非專門設計的普通金屬機箱采用如圖所示的連接方法時，依然可獲得較好的屏蔽效果，實現(xiàn)電磁兼容性。

請注意互相連接的兩個電子設備的屏蔽電纜并沒有使用電纜的屏蔽層做為電流的回路，而是專門使用了電纜的一根電線。同軸電纜的外層導體承載回路電流的同時，兼做電纜的屏蔽層，這種結(jié)構(gòu)會由于電纜的屏蔽層與外導管之間不恰當絕緣產(chǎn)生一些麻煩。屏蔽雙絞線，或雙軸線，或者三軸線，或類似的電纜（具有內(nèi)部導體用于信號和回路電流以及專門的屏蔽層用于承載耦合干擾電流的電纜），最好用同軸電纜替代，除非設備供應商為保證電磁兼容性特別說明了安裝要求。

8 結(jié)語

本文首先介紹了電子設備需要屏蔽機箱的原因，屏蔽金屬機箱上孔隙大小對屏蔽效能的影響。接著簡單介紹了電纜穿過金屬屏蔽機箱的屏蔽措施和處理技術(shù)，表頭安裝的隔離盒分區(qū)方法，電纜穿壁的分區(qū)隔離技術(shù)，簡單介紹了門和顯示器的屏蔽技術(shù)和安裝處理的細節(jié)。最后，介紹了屏蔽機箱之間電纜互聯(lián)的處理技術(shù)和安裝注意事項。

參考文獻:

[1]張赪.電子產(chǎn)品設計寶典可靠性原則2000條[M].第2版,北京：機械工業(yè)出版社，2016,(1):24—43.

[2]Keith Armstrong.EMC for Systen and Installations 〔EB/OL〕.Eng MIEE MIEEE,2004.8.