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關(guān)于無線測溫的電磁干擾問題怎么處理?

更新時間:2021-04-01瀏覽:1091次

  電磁相容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能,它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時不會對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強烈電磁干擾(IEEEC63.12-1987)。”對于無線收發(fā)設(shè)備來說,採用非連續(xù)頻譜可部份實現(xiàn)EMC性能,但是很多有關(guān)的例子也表明EMC并不總是能夠做到。例如在筆記本電腦和測試設(shè)備之間、列印機和臺式電腦之間以及行動和醫(yī)療儀器之間等都具有高頻干擾,我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。EMC問題來源
  
  所有電器和電子設(shè)備工作時都會有間歇或連續(xù)性電壓電流變化,有時變化速率還相當(dāng)快,這樣會導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個頻帶間產(chǎn)生電磁能量,而相應(yīng)的電路則會將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。
  
  EMI有兩條途徑離開或進入一個電路:輻射和傳導(dǎo)。信號輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去;而信號傳導(dǎo)則藉由藕合到電源、信號和控制線上離開外殼,在開放的空間中自由輻射,從而產(chǎn)生干擾。
  
  很多EMI抑制都採用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來實現(xiàn),大多數(shù)時候下面這些簡單原則可以有助于實現(xiàn)EMI屏蔽:從源頭處降低干擾;藉由屏蔽、過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計人員的目標(biāo),這些性能在設(shè)計階段的早期就應(yīng)完成。
  
  對設(shè)計工程師而言,採用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用,從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上噴射涂層及鍍層(如導(dǎo)電漆及鋅線噴涂等)。無論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料,一旦設(shè)計人員確定作為外殼材料之后,就可著手開始選擇襯墊。金屬屏蔽效率
  
  可用屏蔽效率(SE)對屏蔽罩的適用性進行評估,其單位是分貝,計算公式為SEdB=A+R+B
  
  其中A:吸收損耗(dB)R:反射損耗(dB)B:校正因子(dB)(適用于薄屏蔽罩內(nèi)存在多個反射的情況)
  
  一個簡單的屏蔽罩會使所產(chǎn)生的電磁場強度降至zui初的十分之一,即SE等于20dB;而有些場合可能會要求將場強降至為zui初的十萬分之一,即SE要等于100dB。
  
  吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時能量損耗的數(shù)量,吸收損耗計算式為AdB=1.314(f×σ×μ)1/2
  
  ×t
  
  其中f:頻率(MHz)μ:銅的導(dǎo)磁率σ:銅的導(dǎo)電率t:屏蔽罩厚度
  
  反射損耗(近場)的大小取決于電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離。對于桿狀或直線形發(fā)射天線而言,離波源越近波阻越高,然后隨著與波源距離的增加而下降,但平面波阻則無變化(恒為377)。
  
  相反,如果波源是一個小型線圈,則此時將以磁場為主,離波源越近波阻越低。波阻隨著與波源距離的增加而增加,但當(dāng)距離超過波長的六分之一時,波阻不再變化,恒定在377處。反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化,因此它不僅取決于波的類型,而且取決于屏蔽罩與波源之間的距離。這種情況適用于小型帶屏蔽的設(shè)備。近場反射損耗可按下式計算
  
  R(電)dB=321.8-(20×lgr)-(30×lgf)-[10×lg(μ/σ)]R(磁)dB=14.6+(20×lgr)+(10×lgf)+[10×lg(μ/σ)]其中r:波源與屏蔽之間的距離。
  
  SE算式zui后一項是校正因子B,其計算公式為B=20lg[-exp(-2t/σ)]
  
  此式僅適用于近磁場環(huán)境并且吸收損耗小于10dB的情況。由于屏蔽物吸收效率不高,其內(nèi)部的再反射會使穿過屏蔽層另一面的能量增加,所以校正因子是個負數(shù),表示屏蔽效率的下降情況。EMI抑制策略
  
  只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會隨著頻率增加而降低,另外如果初始磁場較強也會使導(dǎo)磁率降低,還有就是採用機械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會降低導(dǎo)磁率。綜上所述,選擇用于屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常複雜,通常要向EMI屏蔽材料供應(yīng)商以及有關(guān)咨詢機構(gòu)尋求解決方案。
  
  在高頻電場下,採用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達到良好的屏蔽效果,但條件是屏蔽必須連續(xù),并將敏感部份*遮蓋住,沒有缺口或縫隙(形成一個法拉第籠)。然而在實際中要製造一個無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的,由于屏蔽罩要分成多個部份進行製作,因此就會有縫隙需要接合,另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便黏著與附加卡或裝配組件的連線。設(shè)計屏蔽罩的困難在于製造過程中不可避免會產(chǎn)生孔隙,而且設(shè)備運行過程中還會需要用到這些孔隙。製造、面板連線、通風(fēng)口、外部監(jiān)測窗口以及面板黏著組件等都需要在屏蔽罩上打孔,從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免,但在屏蔽設(shè)計中對與電路工作頻率波長有關(guān)的溝槽長度作仔細考慮是很有好處的。任一頻率電磁波的波長為:波長(λ)=光速(C)/頻率(Hz)
  
  當(dāng)縫隙長度為波長(截止頻率)的一半時,RF波開始以20dB/10倍頻(1/10截止頻率)或6dB/8倍頻(1/2截止頻率)的速率衰減。通常RF發(fā)射頻率越高衰減越嚴(yán)重,因為它的波長越短。當(dāng)涉及
  
  到zui高頻率時,必須要考慮可能會出現(xiàn)的任何諧波,不過實際上只需考慮一次及二次諧波即可。
  
  一旦知道了屏蔽罩內(nèi)RF輻射的頻率及強度,就可計算出屏蔽罩的zui大允許縫隙和溝槽。例如如果需要對1GHz(波長為300mm)的輻射衰減26dB,則150mm的縫隙將會開始產(chǎn)生衰減,因此當(dāng)存在小于150mm的縫隙時,1GHz輻射就會被衰減。所以對1GHz頻率來講,若需要衰減20dB,則縫隙應(yīng)小于15mm(150mm的1/10),需要衰減26dB時,縫隙應(yīng)小于7.5mm(15mm的1/2以上),需要衰減32dB時,縫隙應(yīng)小于3.75mm(7.5mm的1/2以上)??蓲裼煤线m的導(dǎo)電襯墊使縫隙大小限定在規(guī)定尺寸內(nèi),從而實現(xiàn)這種衰減效果。屏蔽設(shè)計難點
  
  由于接縫會導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降,因此屏蔽效率也會降低。要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長度直徑比,例如長度直徑比為3時可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時,可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性;另一種實現(xiàn)較高長度直徑比的方法是附加一個小型金屬屏蔽物,如一個大小合適的襯墊。上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩設(shè)計基礎(chǔ)。
  
  多孔薄型屏蔽層:多孔的例子很多,比如薄金屬片上的通風(fēng)孔等等,當(dāng)各孔間距較近時設(shè)計上必須要仔細考慮。下面是此類情況下屏蔽效率計算公式SE=[20lg(fc/o/σ)]-10lgn其中fc/o:截止頻率n:孔洞數(shù)目
  
  注意此公式僅適用于孔間距小于孔直徑的情況,也可用于計算金屬編織網(wǎng)的相關(guān)屏蔽效率。接縫和接點:電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進行*性固定的常用方式,接合部位金屬表面必須清理干淨(jìng),以使接合處能*用導(dǎo)電的金屬填滿。不建議用螺釘或鉚釘進行固定,因為緊固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長久保持。
  
  導(dǎo)電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙,使RF輻射不會散發(fā)出去。EMI襯墊是一種導(dǎo)電介質(zhì),用于填補屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點。通常EMI襯墊可在兩個導(dǎo)體之間提供一種靈活的連接,使一個導(dǎo)體上的電流傳至另一導(dǎo)體。
  
  封孔EMI襯墊的選用可參照以下性能參數(shù):?特定頻率范圍的屏蔽效率?黏著方法和密封強度?與外罩電流相容性以及對外部環(huán)境的抗腐蝕能力。?工作溫度范圍?成本大多數(shù)商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設(shè)備滿足EMC標(biāo)準(zhǔn),關(guān)鍵是在屏蔽罩內(nèi)正確地對墊片進行設(shè)計。
  
  墊片系統(tǒng):一個需要考慮的重要因素是壓縮,壓縮能在襯墊和墊片之間產(chǎn)生較高導(dǎo)電率。襯墊和墊片之間導(dǎo)電性太差會降低屏蔽效率,另外接合處如果少了一塊則會出現(xiàn)細縫而形成槽狀天線,其輻射波長比縫隙長度小約4倍。
  
  確保導(dǎo)通性首先要保証墊片表面平滑、干淨(jìng)并藉由必要處理以具有良好導(dǎo)電性,這些表面在接合之前必須先遮??;另外屏蔽襯墊材料對這種墊片具有持續(xù)良好的黏合性也非常重要。導(dǎo)電襯墊的可壓縮特性可以彌補墊片的任何不規(guī)則情況。
  
  所有襯墊都有一個有效工作zui小接觸電阻,設(shè)計人員可以加大對襯墊的壓縮力度以降低多個襯墊的接觸電阻,當(dāng)然這將增加密封強度,會使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到原來厚度的30%至70%時效果比較好。因此在建議的zui小接觸面范圍內(nèi),兩個相向凹點之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。
  
  另一方面,對襯墊的壓力不應(yīng)大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài),因為此時會導(dǎo)致襯墊接觸失效,并可能產(chǎn)生電磁泄漏。與墊片分離的要求對于將襯墊壓縮控制在製造商建議范圍非常重要,這種設(shè)計需要確保墊片具有足夠的硬度,以免在墊片緊固件之間產(chǎn)生較大彎曲。在某些情況下,可能需要另外一些緊固件以防止外殼結(jié)構(gòu)彎曲。
  
  壓縮性也是轉(zhuǎn)動接合處的一個重要特性,如在門或插板等位置。若襯墊易于壓縮,那麼屏蔽性能會隨著門的每次轉(zhuǎn)動而下降,此時襯墊需要更高的壓縮力才能達到與新襯墊相同的屏蔽性能。在大多數(shù)情況下這不太可能做得到,因此需要一個長期EMI解決方案。
  
  如果屏蔽罩或墊片由涂有導(dǎo)電層的塑料制成,則添加一個EMI襯墊不會產(chǎn)生太多問題,但是設(shè)計人員必須考慮很多襯墊在導(dǎo)電表面上都會有磨損,通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損。隨著時間成長這種磨損會降低襯墊接合處的屏蔽效率,并給后面的製造商帶來麻煩。如果屏蔽罩或墊片結(jié)構(gòu)是金屬的,那麼在噴涂拋光材料之前可加一個襯墊把墊片表面包住,只需用導(dǎo)電膜和卷帶即可。若在接合墊片的兩邊都使用卷帶,則可用機械固件對EMI襯墊進行緊固,例如帶有塑料鉚釘或壓敏黏結(jié)劑(PSA)的“C型”襯墊。襯墊黏著在墊片的一邊,以完成對EMI的屏蔽。襯墊及附件
  
  目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多,包括鈹-銅接頭、金屬網(wǎng)線(帶彈性內(nèi)芯或不帶)、嵌入橡膠中的金屬網(wǎng)和定向線、導(dǎo)電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等。大多數(shù)屏蔽材料製造商都可提供各種襯墊能達到的SE估計值,但要記住SE是個相對數(shù)值,還取決于孔隙、襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等。襯墊有多種形狀,可用于各種特定應(yīng)用,包括有磨損、滑動以及帶鉸鏈的場合。目前許多襯墊帶有黏膠或在襯墊上面就有固定裝置,如擠壓插入、管腳插入或倒鉤裝置等。
  
  各類襯墊中,涂層泡沫襯墊是也是市面上用途zui廣的產(chǎn)品之一。這類襯墊可做成多種形狀,厚度大于0.5mm,也可減少厚度以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標(biāo)準(zhǔn)。還有另一種新型襯墊即環(huán)境/EMI混合襯墊,有了它就可以無需再使用單獨的密封材料,從而降低屏蔽罩成本和複雜程度。這些襯墊的外部覆層對紫外線穩(wěn)定,可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑,內(nèi)部涂層則進行金屬化處理并具有較高導(dǎo)電性。zui近的另外一項革新是在EMI襯墊上裝了一個塑料夾,同傳統(tǒng)壓制型金屬襯墊相比,它的重量較輕,裝配時間短,而且成本更低,因此更具市場吸引力。

 

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