遥控终端的电磁屏蔽设计

中心论题：

• 电磁屏蔽相关知识基础

• 通信终端结构设计需注意的电磁屏蔽问题

解决方案：

• 采用外部独立电源供电，内部附加电源模块

• 在结构设计时考虑通信接口、电源输入、键盘、显示屏及上下部分结合处电磁屏蔽问题

引言

随着电子技术的发展，电子设备的干扰问题也越来越严重；因此，电磁兼容设计已经成为电子产品设计中一项十分重要的内容。在电了设备中，电磁干扰能量一般通过传导性耦合和辐射性耦合两种方式来传输。设计时，通常对传导性耦合采取滤波方法加以抑制；而对辐射性耦合则采用电磁屏蔽措施予以控制。

电磁屏蔽是解决电子设备电磁兼容问题的重要手段之一，大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决，特别是随着电路工作的频率日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。电予设备的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处，一般地在结构设计时如果没有考虑屏蔽问题，很难满足电磁兼容性要求。所以，在设计电子产品时，必须从一开始就考虑电磁屏蔽问题。

电磁屏蔽

电磁屏蔽主要是用来防止高频电磁场的影响，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。基本原理是采用低电阻值的导体材料，利用电磁波在屏蔽体表面的反射、在导体内部的吸收及传输过程中的损耗而产生屏蔽作用。

电磁屏蔽的目的就是抑制电磁噪声的传播，使处在电磁环境中的仪器在避免电磁干扰(EMI)的同时也不产生电磁干扰，通常采用导电性、导磁性较好的材料把所需屏蔽的区域与外部隔离开米。

屏蔽体的有效性是用屏蔽效能来度量的，屏蔽效能定义为：在电磁场中同一地点没有屏蔽存在时的电磁场强度E1与有屏蔽时的电磁场强度E2的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。用于电磁兼容目的的屏蔽休通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之-至百万分之一，因此通常用分贝来表述屏蔽效能，这时屏蔽效能(SE)的定义公式为：

SE=201g(E1／E2) (dB)

式中E1足没有屏蔽体时测得的场强，E2是有屏蔽体时测得的场强。

屏蔽效能越高，每增加20dB的难度越大。民用设备的机箱一般仅需要40dB左右的屏蔽效能，而军用设备的机箱一般需要60dB以上的屏蔽效能，TEMPEST设备的屏蔽机箱的屏蔽效能要达到80dB以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100dB，100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。

机箱的电磁屏蔽，不仅取决于构成机箱的材料，而且取决于机箱的结构，即首先要选用高导电、导磁特性的材料作为屏蔽材料，其次要保证机箱导电的连续性。但实际屏蔽机箱的屏蔽效能在很大程度上取决于穿过机箱的导线，特别是穿过机箱的电源线。因此要重点解决电源线的屏蔽问题；当设备由外部电源单独供电时，设计时可不考虑电源线的影响，但应解决好电源输入接口的电磁干扰问题。

本通信终端采用外部独立电源供电，内部附加电源模块。因此，在结构设计时只考虑通信接口、电源输入、键盘、显示屏及上下部分结合处的电磁屏蔽问题。

电磁屏蔽设计

箱体的屏蔽

整机结构由上盖和底座两部分组成，如果仅靠上盖与底座直接接触，接缝处的接触很难连续，屏蔽效能大受影响。为保证接缝的连续密封性，可加装带导电微粒的硅橡胶密封条。
上盖、底座接缝处的结构采用图1所示形式，这样不仅可以提高屏蔽效能，还可以提供可靠的环境密封。同时为了避免上盖、底座两部分的相互干扰，设计时用一屏蔽盒将整个上盖里的电路模块、元器件、部件等罩住，这样使维修更方便。

图1 上盖、底座接缝处结构

显示屏的屏蔽

终端采用液晶显示器，因面板开孔尺寸较大，故正面显示区域采用透明的屏蔽玻璃，一般有三种方式：

1) 在透明基片上镀导电膜；

2) 在透明基片上贴成品导电膜；

3) 在两层透明基片中间夹金属丝网。

其中金属丝网夹芯型玻璃具有最好的屏蔽效能，但只有65％～80％的透光率，并且由于丝网产生光栅衍射的问题，需要与显示屏配用，调整偏振角度后使用。性价比高的是第一种方式，可选用聚丙烯、玻璃作基片，其重量轻，抗振性好，安装时需注意把有镀层的一面装在终端内侧以防止划伤，并使镀层与面板周围导电涂层良好接触。

这里采用第三种方式，安装时先将普通橡胶条粘在显示窗内壁四周，再将金属丝网夹芯型玻璃粘在橡胶条上，同时用导电胶粘好金属丝；然后用减震垫及金属压板将金属丝网夹芯型玻璃压紧，最后安装显示屏。安装屏蔽玻璃时，一定要将金属丝网紧贴显示窗内壁，保证接触处没有缝隙，以防电磁泄漏。

屏蔽玻璃安装完毕，待粘胶凉干后再装显示屏。为了防止终端内部电路的干扰，最后用屏蔽盖把显示屏包围起来。显示屏的屏蔽结构如图2所示。

图2 显示屏屏蔽设计

键盘的屏蔽

本终端键盘采用硅橡胶专用键盘，安装在上盖表面，开口较多，易引起电磁泄漏，降低屏蔽效能。因为孔缝对电磁波的衰减与干扰波波长及孔缝尺寸有关，一般应使孔洞的尺寸远小于电磁波的波长，只要孔缝的直径足够小，就能够达到所要求的屏蔽效能。但一般按键的大小、排列应符合人们的操作习惯，按键太小使用不方便，故这里主要采取安装屏蔽罩的方法来减少电磁泄漏。键盘的屏蔽结构设计如图3所示。

图3 键盘屏蔽结构图

通信接口、电源输入插座的屏蔽

终端的通信连接器及电源输入插座安装在底座侧面，需要在侧面开口。为防止在开口处形成电磁泄露，可以在这些元件的后面装屏蔽罩，穿过屏蔽罩的引线加装穿心电容，焊接时引线通过穿心电容穿过屏蔽罩与元件相连。对于引入的电源插座，采用穿心电容实现电磁屏蔽。

由于连接器与终端的接触阻抗比较大，使得屏蔽电缆的共模传导发射变大，为了防止由此引起的辐射超标，在连接器(插座)与底座以及屏蔽罩之间安装导电衬垫，这种衬垫材料经模切压成，垫在连接器(插座)与屏蔽罩之间，具有良好的电接触性能，能有效地控制该处缝隙泄漏。连接器、电源插座屏蔽结构设计如图4所示。

图4 连接器、电源插座屏蔽结构设计

设计时还可直接选用带电磁屏蔽功能的连接器，此时应着重考虑I／O连接的屏蔽，如采用带金属丝屏蔽层的导线、扁平双绞线等。

结论

电磁兼容性是电子设备系统设计中不可忽略的问题，它直接影响到系统设备工作的可靠性、稳定性和品质指标。本文介绍的通信终端，通过电磁屏蔽系列设计措施后，经测试，该产品各项电磁兼容性能指标均满足使用要求，达到GJB367A-2001、GJB151A-1997标准的电磁兼容性要求。