华为电磁兼容性结构设计规范V20.pdf

1、 DKBA 华为技术有限公司企业技术规范 DKBA0.400.0022 REV. 2.0 电磁兼容性结构设计规范 华 为 技 术 有 限 公 司 发布 前 言 本规范根据国家标准 GJB 1046、 GJB 12190、 MIL- HDBK-419、 IEC TS 61587-3、 IEEE299-1997以及 ARP1705 等系列标准编制而 成。 本规范起草单位：华为技术有限公司结构造型设计部 本规范授予解释单位： 华为技术有限公司结构造型设计部 本规范起草人： 本规范审核人： 标准化审核人： 本规范批准人： 本规范在编制和审核过程中，得到了 EMC特别工作组各位同仁 的协助，在此表示衷心

2、的感谢！ 目 录 1 范围 8 2 引用标准 8 3 术语 9 4 电磁场的基本概念 10 4.1 基本概念 10 4.1.1 电场 10 4.1.2 磁场 10 4.1.3 电磁感应定律 11 4.2电磁场方程组 11 4.3 电磁波的传播特性 12 5 电磁兼容的基本概念 14 5.1 电磁兼容的定义 14 5.2 电磁兼容的三要 素 14 5.3 如何实现 电磁兼容 14 5.4 产品 电磁兼容性 能具体 要 求 15 5.5 解 决 电磁兼容 问题 的 手段 16 6 电磁屏蔽的基本理论 17 6.1 电磁 屏蔽 的概念 17 6.2 连续屏蔽体 的 屏蔽 18 6.2.1 连续屏蔽体

3、屏蔽模型 18 6.2.2 吸收损耗 19 6.2.3 反射损耗 19 6.2.4 多次反射修正因子 20 6.2.5 薄膜连续屏蔽体的屏蔽 20 6.2.6 双层屏蔽 216.3 不连续屏蔽体 的 屏蔽 21 6.3.1 缝隙屏蔽 22 6.3.2 开孔屏蔽 23 6.3.3 电缆穿透 26 6.3.4 屏蔽体的综合屏蔽效能 28 7 屏蔽设计 29 7.1 选择屏蔽效能指 标 29 7.1.1 结构件屏蔽效能等级 30 7.1.2 公司现有产品的 RE测试结果概况 30 7.1.3 公司现有结构件屏蔽效能测试结果 概况 32 7.1.4 如何选择结构件屏蔽效能指标 34 7.1.5 屏蔽效

4、能指标的默认含义 35 7.1.6 关于低频磁场屏蔽 35 7.1.7 关于 1GHz以上的屏蔽 36 7.2 选择屏蔽体 方 案 36 7.3 屏蔽 设计成本 分析 38 7.4 缝隙 的 屏蔽 设计 39 7.4.1 紧固点直接连接的屏蔽 39 7.4.1.1 减小缝隙的最大尺寸 39 7.4.1.2 增加缝隙深度 40 7.4.1.3 紧固点间距的选择 42 7.4.1.4 凸包的屏蔽 44 7.4.2 安装屏蔽材 料 44 7.4.2.1 安装屏蔽材 料 的应 用 场合 44 7.4.2.2 缝隙 中 安装屏蔽材 料后 的屏 蔽 分析 457.4.2.3 缝隙的结构 形式 45 7.4

5、.2.4 屏蔽材 料与零 件 之 间的 相容 性 47 7.4.3 屏蔽材 料 的选 用 47 7.4.3.1公司 允许使用 的屏蔽材 料 47 7.4.3.2 各种 材 料 的应 用 场合 51 7.4.3.3 屏蔽材 料 的 压缩方向 51 7.4.3.4 各种 材 料 的 压缩量范围 52 7.4.3.5 屏蔽材 料 的安装 形式 53 7.4.3.6 各种 材 料 的屏蔽 性 能 55 7.4.3.7 新 材 料和新技术 的应 用 56 7.5 通风孔 的 屏蔽 设计 56 7.5.1 选择 通风 孔的屏蔽 方案 56 7.5.2 穿孔 金属板 57 7.5.3 截至波导通风板 59

6、7.6 局 部 开孔 的 屏蔽 60 7.7 塑胶件 的 屏蔽 设计 60 7.8 单 板局 部 屏蔽 62 7.8.1 盒 体 式 结构 62 7.8.2 围框式 结构 63 7.9 电 缆对屏蔽 的 影响 64 7.9.1 光纤出线 65 7.9.2 屏蔽电缆 夹线 65 7.9.3 屏蔽连接 器转 接 70 7.9.4 滤波 连接 器转 接 72 7.9.5 电缆直接 出 屏蔽体 72 7.9.6 电 源滤波器转 接 737.10 内 部 隔离 设计 73 7.11 屏蔽效能裕量 设计 74 8 接地的基本理论 76 8.1 接地 的概念 76 8.2 接地 的作 用 76 8.3 搭接

7、 的概念 78 8.4 搭接 的 目 的 78 9 搭接接地设计 79 9.1 搭接 设计基本 原则 79 9.2 搭接 设计要 求 79 9.2.1 搭 接 设计基本要求 79 9.2.2 结构件 之 间的电连接 81 9.3 搭接 电 阻 81 9.3.1 搭 接电 阻 的应 用 81 9.3.2 搭 接电 阻值 的 规 定 82 9.4 搭接与屏蔽 83 9.5 搭接 设计的 具体实现 方 案 83 9.5.1 机柜 的 搭 接 设计 84 9.5.2 插箱、 模 块 的 搭 接 85 9.5.3 并柜时机柜 的 搭 接 85 9.5.4 外部 接 地线与机柜 的 搭 接 85 9.5.

8、5 滤波器 的接 地设计 86 9.5.6 接 地线 87 9.6 典 型 错误搭接 方 法 88 10 屏蔽性能测试 89 10.1 机柜 /子架 的 屏蔽效能测试 89 10.1.1 测试 原理 8910.1.2 测试 布局 89 10.1.3 被 试件 条 件 90 10.1.4 测试 报告 90 10.1.5 排除谐振 点 91 10.1.6 测试结 论 91 10.2 开孔 和 缝隙 的 屏蔽效能测试 92 10.2.1 MIL-G-83528的测试 方法 92 10.2.1.1 测试 原理 92 10.2.1.2 测试 布局 93 10.2.1.3 测试频 段 94 10.2.1.

9、4 天线 的 位置 94 10.2.2 华为 公司测试 方法 94 10.2.2.1 测试 原理 94 10.2.2.2 测试 布局 96 10.2.2.3 测试频 段 97 10.2.2.4 测试 过程 97 10.3 屏蔽材料 的 屏蔽 性 能测试 97 10.3.1 屏蔽材 料 的 导 电 性 能测试 97 10.3.2 屏蔽材 料 的 转移阻抗 测试 97 10.3.2.1 测试 原理 97 10.3.2.2 屏蔽 质 量 的概 念 99 10.3.2.3 测试 布局 99 10.3.2.4 关于测试 压 力 100 10.3.2.5 测试频 段 100 10.3.2.6 测试 步骤

10、100 10.3.2.7 测试结果 101 10.3.3 屏蔽材 料 的屏蔽效能测试 10110.3.4 各种 测试 方法 的 比较 和 应 用 101 11 屏蔽效能预测与仿真 103 11.1 经验数 据 库 的 积累 103 11.2 局 部 细节 的 屏蔽效能分析 104 11.3 电磁场 模拟仿真 104 10 华为技术有限公司企业技术规范 DKBA0.400.0022 REV. 2.0 电磁兼容性结构设计规范 1 范围 本规范规定了电磁兼容性结构设计 （屏蔽 和 搭接 等 ） 的 主 要 原理 、设 计 原则 和 详细 设计方 法 。 本规范 适应于确 定 产品 结构方 案 和 进

11、行详细 结构设计， 是确 定 产品 电 磁兼容方 案 中结构 屏蔽 方 案 的 依 据。华为公司 所 有 需 要 屏蔽 的 产品 结构方 案 必须符合 本规范的 相关 规定。 2 引用标准 下 列标准 包含 的 条文 ， 通 过在本规范中 引 用 而构成本规范的 条文 。在 标准 出版时 ， 所 示 版 本 均 为有 效 。 所 有标准 都会被修订 ， 使 用 本规范 时 应 探讨 、 使 用 下 列标准 最新版 本的 可 能 性。 GJB 1046 舰船 搭接 、 接地 、 屏蔽 、 滤 波及电 缆 的电 磁兼容性要 求 和方 法 GJB 12190 接地 、 搭接 和 屏蔽 设计的 实 施

12、 MIL-HDBK-419 电 子 设 备 和设 施 的 接地搭接 和 屏蔽 IEC TS 61587-3 Electromagnetic Shielding Performance Tests for Cabinets, Racks and Subrack of IEC 60917 and IEC 60297 IEEE299-1997 IEEE Standard Method of Measuring Effectiveness of Electromagentic Shielding Enclosures ARP1705 Coaxial Test Procedure to Measure

13、the RF Shielding Characteristics of EMI Gasket 11 Materials DKBA0.400.0038V2.0 屏蔽材料 的 代码 规范 DKBA0.460.0030V1.0 屏蔽材料 导 电性 能测试 规范 DKBA0.460.0031V1.0 屏蔽材料屏蔽 性 能测试 规范 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 12页 , 共 133页 I. 术语 本规范中的术 语符合 IEC50-161 电磁兼容性术 语 的规定。 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可

14、不 得 扩散 第 13页 , 共 133页 II. 电磁场的基本概念 如 果 要 深入 理 解电磁兼容的 理 论 ， 找 到解 决实 际 问题 的方 法 ， 需 要了 解 一点 电磁场的基本概念。 这样才 能对 许多 产品 设计中的 现 象 进行 合 理 的 解释， 并运 用 电磁场的 理 论 解 决问题 ， 总 结 经验 ， 来 指 导 产品 设计。 A. 基本概念 1. 电场 根据 库 仑 定 律 ， 空间 中 两个点 电 荷之间存 在 着相互 作 用 力 ， 该 作 用 力 大小 如 下式 所 示，方 向满足 同性 相斥 ， 异 性 相吸 的 原则 。 F = 1 4oe q 1 q 2

15、 r 2式 中： F电 荷之间 的作 用 力 q 1 ， q 2 两个 电 荷 的电 量 r电 荷之间 的 距 离 e媒质 的 介 电 常 数 根据 库 仑 定 律总 结 出来 ， 如 果空间 中 存 在 一个 电 荷 q 1 ， 则 空间 中的 另一 个 电 荷 q 2 将 受 到电 荷 q 1 的作 用 力 ， 因 此电 荷 q 1 引入空间 以 后 ， 就 在 空间 中 产 生 了 一 种 特 殊 的 物 质 电场。电 荷 q 2 在电场中 产 生 的作 用 力 表 征 了电 场的 存 在。 为了 消除 电 荷 q 2 对 电场作 用 力 的 影响 ，定义电场 强度 E 的概念： 文档名

16、称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 14页 , 共 133页 E = Dqt0 lim lim lim DF Dq式 中： DF 为电 荷 Dq 在电场中 产 生 的作 用 力 我们 可 以发 现 电场 强度 表 征 了电场的特性， 与 引 进 的 实验 电 荷 无 关 。 电场 强度 是 表 述 电场的 重 要概念， 其 单位为 Vm ，工程 实 际 中 用 的 更 多 的 是 dBlVm 。 除 了电 荷 能 够 产 生 电场 之 外 ，根据电磁感 应 定 律 ， 交变 磁场 也 能 够 产 生 电场， 具体分析 见 4.1.3节 。 1.

17、 磁场 运 动 的电 荷 形 成电 流 ，电 流 的 周围 存 在 另 外 一 种 特 殊 的场， 这 种 场 对 静止 电 荷并 没 有作 用 力 ，而 是对 运 动 的电 荷 有作 用 力 ， 这个 作 用 力称 为 洛 仑 兹 力 ，而 这 种 场 称之 为磁场。 与 电场 强度 相 对应 ，磁场 用 磁感 应 强度 B 来 表 征 。 根据 毕奥沙伐尔 定 律 ，磁感 应 强度 为： B = l 4o c Idl r 2式 中： l 表示 媒质 的磁 导 率 ， Idl电 流元 r离 电 流元 的 距 离 根据 毕奥沙伐尔 定 律 ， 再 运 用 叠加 定 理 就 可 以 求 得 闭

18、合 载流回路 中 电 流 I在 空间 产 生 的磁感 应 强度 。 磁场 对 处 于 场中的 移动 电 荷 有 力 的作 用 ， 这个 作 用 力 叫做洛 仑 兹 力 。 同 样 ， 除 了 空间运 动 电 荷 ， 交变 的电场 也 能产 生 磁场。 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 15页 , 共 133页 1. 电磁感应定律 在磁场中， 当 一个 闭 合 的 导 电 回路界 定的 曲面 中磁 通量 发 生变 化 时 ， 回路 中 将 产 生 感 应 电 动势 ： dF dt = - d dt s B $ ds感 生 电 动势 的方

19、向 由楞次 定 律 确 定。 导 电 回路 中 出 现 感 应 电 动势意味 着 在 导 体 中 存 在电场， 导 体 中 自由 电 子 受 此电场的作 用 而作定 向运 动形 成 电 流 ， 这个 电场 称 为感 应 电场。 电磁感 应 定 律 得 出 磁场和电场 是 可 以 转换 的。 B. 电磁场方程组 根据 上述 电磁场的基本概念和定 律 ， 总 结和 推广 出来 麦克斯韦 方程组， 分 别为： 麦克斯韦 第一 方程， 即全 电 流 定 律 。 该 方程 揭 示 不 仅 电 流 可 以 产 生 磁 场， 交变 电场 也 能 够 产 生 磁场。 c H $ dl = s (J c + J

20、 v + D t ) $ ds麦克斯韦 第 二 方程， 即 电磁感 应 定 律 的 推广 。 该 方程 揭 示了 交变 电场 将 在 周围 空间 产 生 磁场。 c E $ dl = - s B t $ ds麦克斯韦 第 三方程， 即 库 仑 定 律 的 推广 。 该 定 律 揭 示了电场 与 电 荷 源 之间 的 关 系。 s D $ ds = v qdV麦克斯韦 第 四 方程， 即高斯 定 律 的 推广 ， 揭 示了磁 通连续 性 原理 。 s B $ ds = 0麦克斯韦 电磁场方程组以 数 学形 式 概 括 了 宏观 电磁场的基本性 质 ， 是 文档名称 文档密级 2006-02-06

21、 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 16页 , 共 133页 电磁场的基本方程。 如 果 再加上 媒质 的 状态 方程 将 构成 完整 的电磁场方程。 麦克斯韦 方程 揭 示了 时 变 的电场要在 周围 空间 产 生 磁场， 时 变 的磁场 也 要在 空间 产 生 电场。电场和磁场构成 统 一 的电磁 现 象 不 可 分 的 两个 方 面 ， 它们 互相 依 存 、 相互 制 约 ， 又 相互 转换 ， 形 成 统 一 的 一 种物 质 形 式 就 是 时 变 电磁场。 这 种 时 变 电磁场 用 麦克斯韦 方程组 可 以 完整 地 描 述 出来 。 C. 电磁波的传播特性 根

22、据 麦克斯韦 方程组 可 以 看 出 ， 时 变 电磁场以电磁波的 形 式 在 空间 传 播， 从 麦克斯韦 方程组中 导出 电场和磁场的 齐 次 （ 非齐 次 ） 波 动 方程， 并 在 一 定的 边 界 条 件 和 初始 条 件 下 有解。 由 此表示电磁场在 所 给 条 件 下 的 空 间 分 布和 随 时间 的 变 化规 律 ，表 征 了电磁波的 存 在。 分析 电磁波在 空间 传 输 时 ，有 一个 十 分 重 要的概念 就 是 波 阻 抗 Z 。波 阻 抗 是 电磁波中电场 分量与 磁场 分量 的 比 ， 即 ： Z = E H 波 阻 抗 是 表 征 电磁波传 输 特性的 主 要

23、 参 数 。波 阻 抗随 电磁波的传 输 特 性而 变 化。 在 分析 波 阻 抗 时 ， 一 般 定义 离 源 的 距 离 r k 2o 的 区域 为 远 场 区 。在 近 场 区 ，波 阻 抗 与 源 的特性有 关 ， 如 果 源 的特性为电 场 分量 为 主 ， 则 波 阻 抗 Z 值十 分 大 ， 称之 为 高 阻 抗 场 ； 如 果 源 的特性为磁场 分量 为 主 ， 则 波 阻 抗 Z 值十 分 小 ， 称之 为 低 阻 抗 场。在 远 场 区 ，电场 分量 和 磁场 分量 相 当 ，而 且 方 向 垂直 ，波 阻 抗 Z l 0 e 0 = 120o l 377(W) 。 也就

24、是 说 在 远 场波 阻 抗恒 定， 可 以 认 为 是 均 匀 的 平 面 波， 如 图 4-1所 示。 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 17页 , 共 133页 图 4-1 波 阻 抗 与 距 发 射 源 距 离 的 关 系 一 般认 为 交变 电 压 源 近 场为 高 阻 抗 场， 主 要 分量 为电场 ； 而 交变 电 流 源 近 场为 低 阻 抗 场， 主 要 分量 为磁场。 分析 电磁场 近 场特性 对屏蔽 设计 十 分 重 要， 对于 高 阻 抗 场， 由 于 波 阻 抗 大 ， 主 要 是依 靠反射损耗增 加 屏蔽效

25、能 ； 而 对于 低 阻 抗 场， 由 于 波 阻 抗十 分 小 ， 反射损耗已 经 可 以 忽略 ， 主 要 是依 靠 吸 收损耗增 加 屏蔽效能 。 具体 的 屏蔽机理 见 6.2节分析 。 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 18页 , 共 133页 II. 电磁兼容的基本概念 A. 电磁兼容的定义 电磁兼容 （ Electromagnetic Compatibility）指 设 备 或 分 系 统 在 其 电磁 环 境 中 能 正 常 工作 且 不对 该 环境 中的 其 他 设 备 或 分 系 统 构成 不能 承 受 的电磁 骚扰

26、 的 能 力 ， 简 称 EMC。 电磁兼容 是 一个 系 统 级 的概念， 其 含 义在 于 兼容的性 能 ， 包含 不能 过 分 干扰 其 他 设 备 正 常 工作的 能 力 ，和 具 有 一 定的 抗干扰 能 力两 方 面 的 含 义。 站 在 不 同 角 度 ，电磁兼容 可 以 指产品 之间 的兼容性， 也 可 以 是产品内 部的兼容。 一 般 我们更 多关 注 的 是产品 之间 的兼容性， 包 括 产品 的 干扰 和 抗干扰 等 级 。 几乎 所 有 关 于产品 的电磁兼容标准 均 是指 这 方 面 的要 求 ， 例 如 ： GB9254-88 信息 技术设 备 的 无 线 电 干扰

27、极 限 值 和 测量 方 法 就 是 规定 了 信息 设 备 对 外 的 干扰极 限 值 。 但 是 ， 产品内 部的兼容性 也 是不能 忽视 的， 我 司 不 少 产品 出 现 过 某 一 块 单 板 工作， 就 干扰 其 余 单 板 导 致 无 法 正 常 开 工 的 案 例 。 B. 电磁兼容的三要素 电磁兼容的三要 素 为： 干扰 源 、 耦 合 通 道 、 敏 感 源 。 研究 电磁兼容 问 题 必须 从 这 三要 素 着 手 ， 缺 一 不 可 。 当我们 在 研究 交换 机 的 干扰 问题 时 ， 交换 机是 干扰 源 ， 耦 合 通 道 为 空 气 以及各 种 电 缆 ， 与

28、交换 机 在同 一个 环境 中的 其 他 电 子 设 备 就 是 敏 感 源 。 反 过 来 当我们 研究 交换 机 的 敏 感 度 （ 即 抗 干扰 能 力 ） 时 ， 交换 机 变 成了 敏 感 源 ， 与 交换 机 在同 一个 环境 的 其 他 电 子 设 备 变 成了 潜 在的 干扰 源 ，同 时 还 可 能 存 在各 类 自 然干扰 源 ， 例 如 雷 电等。 可 以 看 出 ， 理 解电磁兼容的 含 义 必须 站 在系 统 的 角 度 ， 全面 地 看待 问 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 19页 , 共 133页 题 ，

29、而 不能 孤立 地 看待某 一个 方 面 。 例 如 ，结构 件 本 身 并 不 存 在电磁兼容 的 问题 ， 但 是 结构 件 的 屏蔽 功 能是 抑 制电磁波在 空间 传 输 的 主 要 途径 ， 从 而有助 于 提 高 产品 的电磁兼容性 能 ；反 过 来 看 ， 未 良好 接地 的结构 件 又 可 能 成为有 效 的 天线 ， 从 而 降低 产品 的电磁兼容性 能 。 C. 如何实现电磁兼容 电磁兼容 包 括 了 对 外 干扰 和 抗干扰 能 力两 方 面 的 含 义。为了 保证 产品 的电磁兼容性 能 ， 一 般 规定了 干扰极 限 值 和 抗干扰 能 力 的限制 值 ， 从 而 保

30、 证 各 种 产品 在 一 起 能 够 实现 兼容。 如 图 5-1所 示， 如 果 产品 的 干扰值低 于 干 扰 限制 值 ， 抗干扰 能 力 高 于 抗干扰 限制 值 ， 则 可 以 认 为 这个 产品 符合 电磁 兼容性要 求 。 如 果 所 有 产品 均满足 电磁兼容性要 求 ， 则 在同 一个 环境 中 一 般 能 够 实现 兼容。 图 5-1： 产品 的电磁兼容性要 求 D. 产品电磁兼容性能具体要求 一 般 产品 的电磁兼容性 能 包 括 两 部 分 ：电磁发 射 （ EMI） 和电磁 敏 感 度 （ EMS） 。电磁发 射 包 括 辐 射 发 射 （ RE） 和传 导 发 射

31、 （ CE） ，电磁 敏 感 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 20页 , 共 133页 度 （ EMS）主 要 包 括 辐 射敏 感 度 （ RS） 、传 导 敏 感 度 （ CS） 、 静 电 放 电 （ ESD） 、 快速瞬 态 脉冲串 （ EFT） 、 浪涌 （ SURGE） 、电 压 跌落 与 中 断 （ DIPS） 、 工 频 磁场 敏 感 度 （ MS） 。 一 般 产品对 电磁兼容性要 求主 要 是 以 上 9项 ， 少 数 特 殊 的 产品 可 能 还 会 有 其 他 的要 求 ， 例 如 无 线 基 站 可 能 还

32、会 有 天线 端口 杂 散 发 射 的要 求 。 辐 射 发 射 （ RE）是 考察 产品通 过 壳 体 端口辐 射 出 去 的 干扰信 号 。 传 导 发 射 （ CE）是 考察 产品通 过 线 缆 端口 传 导出 去 的 干扰信 号 。 辐 射敏 感 度 （ RS）是 考察 产品对通 过 壳 体 端口 耦 合 的 外 部 干扰 的 承 受 能 力 。 传 导 敏 感 度 （ CS）是 考察 产品对通 过 线 缆 端口 耦 合 的 外 部 干扰 的 承 受 能 力 。 静 电 放 电 （ ESD）是 考察 设 备 对 静 电 干扰 的 承 受 能 力 ，有 接 触放 电和 空 气 放 电 两

33、 种 情况 。 快速瞬 态 脉冲串 （ EFT） 考察 感性 负 载 切 换 产 生 的 高 频 小 能量 脉冲 对 设 备 干扰 的 影响 。 浪涌 （ SURGE）是 考察 容性 负 载 切 换 、 雷 电等 产 生 的 大 能量 瞬 态 脉冲 对 设 备 干扰 的 影响 。 电 压 跌落 与 中 断 （ DIPS）是 考察 电 网故障 、 短 路 等造成电 压 瞬 时 跌落 和中 断 对 设 备 干扰 的 影响 。 工 频 磁场 敏 感 度 （ MS）是 考察 产品 抗 工 频 磁场 干扰 的 能 力 。 E. 解决电磁兼容问题的手段 为了 保证 产品实现 电磁兼容， 主 要 采取 的方

34、 法 有： 控 制 干扰 源 的发 射 、 抑 制 干扰信 号 的传播以及 增 强 产品 的 抗干扰 能 力 。 具体 在 产品 设计中 体现 为： 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 21页 , 共 133页 完 善硬 件 电 路 设计和 PCB布 局 设计 硬 件 电 路 是 电磁 干扰 的 源 头 ， 也 是 电磁兼容设计 最关 键 的 环 节 。 一 般 在 产品 设计中 应 该 充 分 考虑 到电磁兼容的 需求 ，在电 路 设计和 PCB设计中 采取 有 效 措 施 ， 抑 制 干扰 源 的发 射 水 平 。 屏蔽 将 产品 或

35、 者 其 局 部 用 金属 体 包 起 来 ， 可 以 抑 制电磁波 从 空间 辐 射 出 去 或 者辐 射 进 来 ，起到了 降低 产品对 外 辐 射 ， 提 高 产品 抗 外 部 辐 射干扰 的 能 力 。 屏蔽是产品实现 电磁兼容的有 效手段 之一 。 滤 波 滤 波 可 以 把 有 用 信 号频谱 以 外 的 干扰信 号 能量 加 以 抑 制， 它 既 可 以 抑 制 对 外 的 干扰 ， 也 能 够 抑 制 外 部 干扰信 号 对产品 的 影响 。 滤 波 是 电 路 设计 中 实现 电磁兼容的 主 要 手段 。 接地 接地主 要的 目 的 是 在 产品内 部 形 成 一个 低 阻

36、抗 回路 以及等电位的 连 接 。 良好 的 接地 可 以有 效 的 抑 制 噪声 和 防 止 干扰 ， 从 而 提 高 产品 的电磁兼 容性。 为了 保证 产品 的电磁兼容性， 具体 采取 的 措 施 有 许多 。在 实 际 产品 设 计中 应 该 采取哪些 手段需 要 考虑 这 些 手段对 信 号 质 量 、 散 热 、工 艺 、成本 等 其 他 方 面 的 影响 ， 综 合 各方 面 的 利弊 ， 按照 系 统 设计的 思想 确 定 最 终 的 方 案 。电磁兼容 是 一 门 实 践 性 十 分 强 的 科 学 ， 除 了 理 论 分析指 导 ， 还 应 该 更加 关 注 实 际运 用

37、中的 效 果 ，在 实 践 中 不 断 总 结， 积累 设计 经验 。 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 22页 , 共 133页 III. 电磁屏蔽的基本理论 A. 电磁屏蔽的概念 电磁场 通 过 金属 材料隔离 时 ，电磁场的 强度 将 明显 降低 ， 这 种 现 象 就 是 金属 材料 的 屏蔽 作 用 。 我们 可 以 用 同 一 位 置 无 屏蔽体 时 电磁场的 强度 与 加 屏蔽体 之 后 电磁场的 强度 之 比 来 表 征 金属 材料 的 屏蔽 作 用 ，定义 屏蔽效 能（ Shielding Effectiveness，

38、 简 称 SE） ： SE = 20 lg lg E 1 E 2 ，电场的 屏蔽效能 SE = 20 lg lg H 1 H 2 ，磁场的 屏蔽效能 式 中： E 1 , H 1分 别为 无 屏蔽体 时 的电场 强度 和磁场 强度 ， E 2 , H 2 分 别为有 屏蔽体 时 的电场 强度 和磁场 强 度 。 电磁 屏蔽 的 机理分析目 前 有三 种 方 法 ： 一 是 借 助电 路 理 论 中的电磁感 应原理 。 交变 电磁场 通 过 金属 材料 表 面 时 ， 金属 材料 会 由 于 感 应 电 动势 而 形 成 涡 流 。 这个 涡 流 所产 生 的磁场， 正 好 与原 来 的磁场方

39、向相 反 ， 从 而 抵 消 了部 分原 来 的磁场，起到 屏蔽 作 用 。 另 外 ， 由 于 金属 材料具 有 一 定的电 阻 ， 涡 流 在 金属 材料内 部 产 生 热 消 耗 了 部 分 入 射 电磁波的 能 力 ，同 样 也 起到了 屏蔽 的作 用 。 用 电 路 理 论 分析 电磁 屏蔽 的 机理 比 较 简 单 形 象 ， 但 是 它没 有 反 映 出来 电磁场本 身 的特性 对屏蔽 的 影响 ，而 实 际 上 这一点 十 分 重 要。 一 般 我们 主 要 用 电 路 理 论来 分析 和解 释结构设计中 对屏蔽 要 求 的 原理 ， 不用于 精 确 计 算 屏蔽效能 。 二

40、是 根据电磁场 理 论 。电磁波在 不 同传播 媒质 的 界面 ， 由 于 波 阻 抗 的 突 变 ，电磁波 会 发 生 反射 。 另 外 ，在传 输 媒质 中， 例 如 金属 材料内 部，电 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 23页 , 共 133页 磁波 会 发 生 衰减 。 这 种 反射 和 衰减 作 用 正好 就 说 明金属 材料 的 屏蔽机理 。 三 是 根据传 输线 理 论 ，电磁波在有 损耗 的 非 均 匀 传 输线 中， 由 于 传 输 线 的 阻 抗 与 电磁波的 阻 抗 不 匹配 ，电磁波 会 发 生 反射 现 象

41、， 加上 传 输线 是 有 损耗 的，电磁波在传 输 过程中 会 发 生 衰减 。 这 与 电磁波 理 论 分析 中的 反 射 和 衰减 十 分 类 似 ， 但 是 这 种 方 法 会 比 电磁波的 分析 方 法 更加 简 便 得 多 ， 也 是目 前 电磁 屏蔽分析 中 应用 最多 的方 法 。 B. 连续屏蔽体的屏蔽 分析 金属 材料 的 屏蔽 性 能 ， 一 般 先 从 连续屏蔽体 着 手 ， 再 考虑 屏蔽体 上面 的 缝隙 、 孔 洞 等电 气 不连续 情况 。 连续屏蔽体指 结构 上 是 完整 封 闭 的， 电 气 上 是连续 的 均 匀 金属 板 构成的 理 想封 闭 屏蔽体 。

42、 1. 连续屏蔽体屏蔽模型 假 设 一 块 连续 金属 板 ， 厚 度 为 t ， 金属 两 侧 的传 输 媒质 为 空 气 。 入 射 波 P i1 在 金属 板 的 第一个 分 界面 a 上面 ， 由 于 空 气 和 金属 板 的波 阻 抗 突 变 ， 电磁波的 一 部 分能量 P r1 被 反射 ， 剩 余 部 分 P t1 穿 过 界面 进 入 金属 板内 部。电 磁波在 金属 板内 部传 输 时 ， 金属 板 会 损耗 电磁波的 能量 使 其 衰减至 P t2。 透 射 波 P t2 到 达 第 二 个 界面 b 又 发 生 反射 P r2 ， 最 后 只 剩 下一小 部 分能量 P

43、 out 进 入 屏蔽体内 部 空间 。 具体如 图 6-1所 示： 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 24页 , 共 133页 图 6-1： 金属 材料屏蔽模 型 在 上述 屏蔽模 型中，电磁波 入 射 到 金属 板 上 时 发 生 反射 ， 从 屏蔽 的 角 度 看 称之 为 反射损耗 。 透 射 波在 金属 板内 部传 输 时 衰减 的 被 损耗 的 那 部 分 称之 为 吸 收损耗 。 第 二 个 界面上面 被 反射 的电磁波在 第一个 界面 又 发 生 反 射 和 透 射 ， 反 复 下 去 直 到 全 部 消 耗 完 。 这

44、 种 多 次 反射 现 象称之 为 多 次 反射 修 正 因 子 。 总之 ， 金属 板 的 屏蔽 作 用 为： SE = A + R + B式 中： A吸 收损耗 R反射损耗 B多 次 反射 修 正 因 子 2. 吸收损耗 根据传 输线 计 算 理 论 ， 可 以得到 吸 收损耗 的计 算 公 式 为： A = 0.131 % t % f % l r % r r式 中： A吸 收损耗 ，单位 dB Pi1 Pr1 Pt1 Pt2 Pr2 Pout 界 面 b 界 面 a 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 25页 , 共 133页 t金

45、属 板 厚 度 ，单位 mm f电磁波的 频 率 ，单位 Hz l r 金属 板 的 相 对 磁 导 率 r r 金属 板 的 相 对 电 导 率 由 此 可 知 ， 金属 板 的 吸 收损耗正比 于板 厚 ， 并 随 着入 射 波的 频 率 、磁 导 率 和电 导 率 增 高 而 增 加 。 举例： 0.5mm厚 的 铝 板 ， 计 算得到 30MHz时 吸收损耗 为 280dB。由此可见， 连续屏蔽体的吸收损耗 是十 分 高 的 ，已经远远超 过 了工 程 实际 的 需 要 ，一 般工 程设计中板 厚已经足够满足 要求 ，专门 为 屏蔽 考虑 加 厚 材 料并 没 有 太 大 意 义 。

46、3. 反射损耗 由 于 一 般 空 气 的波 阻 抗远 大 于 金属 板 的波 阻 抗 ， 金属 板 的 反射损耗 可 简 化为： R = Z W 4Z S 式 中： R反射损耗 ，单位 dB Z W空 气 的波 阻 抗 ，单位 W Z S 金属 板 的波 阻 抗 ，单位 W 金属 的波 阻 抗 为： Z S = 3.68 % 10 -7 f % l r /r r空 气 的波 阻 抗 Z W表 征 了电磁波的传播特性， 与 源 的特性， 离 源 的 距 离 等 因 素 有 关 ， 具体分析 见 4.3节 介 绍 。根据 不 同场 合下空 气 波 阻 抗 的 不 同， 文档名称 文档密级 200

47、6-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 26页 , 共 133页 可 以得到： i. 位 于 远 场 区 时 ： R = 168 - 10 lg lg fl r r r可 见 随 着 频 率 的 增 高 ， 反射损耗降低 ， 金属 板 的 导 电 率 越 低 ， 反 射损耗 越 大 ，而 导 磁 率 越 低 ， 反射损耗反 而 变 小 。 ii. 近 场 主 要为电场 时 ： R = 322 - 10 lg lg f 3 r 2 l r r r式 中： r金属 板 到 源 的 距 离 ，单位 m。 可 见 近 场为电场 时 ， 反射损耗 除 了 与 频 率 、 导 电

48、 率 、 导 磁 率 相关 之 外 ， 还 与 金属 板 到 源 的 距 离 有 关 ，而 且 离 源 越 近 ， 反射损耗 越 大 。 这 就 是屏蔽 电场 时 屏蔽体离 源 越 近 越 好 的 原 因 。 iii. 近 场 主 要为磁场 时 ： R = 14.6 + 10 lg lg fr 2 r r l r可 见 近 场为磁场 时 ， 反射损耗随 着 频 率 、 导 磁 率 的 增 加 而 增 加 ， 随 着导 电 率 的 增 加 反 而 减 小 。同 时 请 注 意 反射损耗随 着距 离 的 增 加 而 增 加 ， 这 就 是屏蔽 磁场 时 屏蔽体离 源 越 远 越 好 的 原 因 。

49、 4. 多次反射修正因子 多 次 反射 修 正 因 子 的计 算 方 法 十 分 复 杂 ， 不 但 与 波 阻 抗 的 幅 值 有 关 ， 还 与 电磁波的 相 位有 关 。 如 果吸 收损耗 A m 10dB ， 就 可 以 忽略 多 次 反射 因 子 的 影响 。 由 于 我 司结构 件 考虑 强度 的 需求 ， 板 厚 一 般 均 已 经 足 够 保证 吸 收损耗 A m 10dB ， 除 薄膜 屏蔽 之 外 ， 一 般 均可 以 忽略 多 次 反射 因 子 的 影响 。 所 以本 文 不 再 详细分析 多 次 反射 修 正 因 子 的计 算 ， 详细内 容 可 以 查阅 相关 文档名称 文档密级 2006-02-06 华为 机 密 ， 未 经 许可 不 得 扩散 第 27页 , 共 133页 资 料 。 5. 薄膜连续屏蔽体的屏蔽 薄膜 屏蔽 的 屏蔽体 的 厚 度 t 足 够 小 ， 满足 ： t k t 4式 中： k t 电磁波在 薄膜 中传播的波 长 。 k t = 4o flr式 中： l， r薄膜 的磁 导 率 和电 导 率 。 薄膜 屏蔽主 要 体现 为在 塑胶件 上面 喷 导 电 漆 ，