高屏蔽效能计算机设计研究.docx

高屏蔽效能计算机设计研究1设计方案11缝隙处理由计算机构造设计如图4所示知，计算机机壳各部件由螺钉连接，该设计方案制成的机壳在各部件的接缝处存在导电不连续的问题，可导致电磁泄漏；需要选用适宜的导电衬垫又称EMI衬垫填充于机箱接缝处，保持缝隙处的导电连续性；在进行密封的同时将接缝处的接触电阻降低至10m下面，防止机壳地平面上构成天线效应，产生电磁泄漏构成干扰。EMI衬垫中通常可供选择的电磁屏蔽衬垫是金属丝网衬垫带橡胶芯的和空心的、导电橡胶带不同导电填充物、指形簧片、螺旋管衬垫不同材质、导电布。机壳使用的导电衬垫选用遵从如下规则：1有足够的弹性和厚度，以补偿由于接缝的螺栓压紧时出现的不均匀性；2材料防腐蚀，并与屏蔽机箱材料的电化学性能相容，即应选择电位接近的材料作接触面，以防止电化学腐蚀和“锈螺钉效应；3转移阻抗尽可能低，转移阻抗越低，屏蔽效能越高，电磁泄漏越小；4压缩变形或寿命符合要求。机壳的EMI衬垫设计，选用直径25mm的导电橡胶绳8970024，安装在功能接口面板及盖板的凹槽槽宽25mm，深18mm内；在使用螺钉与机箱主体紧固后，能够保持机箱整体的导电连续。上述计算机EMI衬垫的选用符合屏蔽要求，其屏蔽效能在10GHz时可达120dB；回弹力、最小密封压力、最大形变量符合机壳密封要求；压缩形变合理，屏蔽绳中的导电颗粒与机壳材料在电化学性上相容，能够合理地处理机箱接缝。设计中的屏蔽绳安装方式，经过仿真计算并进行样品验证，屏蔽效果合理，能够知足机壳应具有导电连续性的要求。12孔洞处理计算机开关按钮、工作状态指示灯、输入输出设备的安装，需要在机壳开孔，而相应设备并无屏蔽能力，故而存在多处电磁泄漏源，处理好这些泄漏源的处理亦是提高计算机屏蔽效能的关键。孔缝越大屏蔽效应越小，孔洞直径增加会使谐振频率发生偏移和加宽，而孔洞的屏蔽效能随入射角或极化角的增大而增加。根据上述计算方法，为提高屏蔽效能，机箱孔洞的尺寸应越小越好。一般来讲，为了把电磁泄露控制在可接受的范围内，一般要求缝长或孔径小于10100；仿真设计中假定可能的最高辐射频率为3GHzCPU的工作主频，通过AnsoftHFSS仿真计算5后将孔洞的最大孔径设计为3mm；从工程应用上考虑，将需要在机箱上开孔的器件集中设计在机箱右侧，以纯铝板1050AOH8制作成隔离舱，在隔离舱与接口面板用导电橡胶板402010151350填充，尽可能地保持机箱的导电连续性。13穿过箱体线缆处理计算机包含需要穿过机壳的线缆，如沟通电源导线及各种功能信号线，为知足屏蔽要求，对上述穿过箱体的线缆作如下处理：1沟通电源线。选用性能优良的电源滤波器，安装在靠近沟通电源接口位置如图4所示的屏蔽罩上，将滤波器输入端隔离在机壳外，降低通过电源线的电磁发射；2功能导线。机箱功能接口面板上分布了多个航空插座，航空插座为不锈钢外壳材料，其与机箱接触面使用导电橡胶板402010151350进行填充，外部屏蔽电缆在连接器处进行360°搭接，计算机各接口使用的导线根据不同频率分布在各插座内部，并将高频与低频信号分离开进行布线，进而避免内部串扰。2试验验证为了验证设计计算机的电磁屏蔽能力，计算机在完成生产后进行了EMC试验，试验项目为RE102，通过设置各频率点限值，在实验经过中验证计算机在各频率的辐射情况。计算机初次进行RE102试验的测试结果如图5所示，能够看出在100300MHz频率段之间有很多频点出现明显的尖峰，最高超过RE102试验限值20dB，不知足计算机屏蔽能力要求。对试验结果进行分析，确定造成空间辐射超标的原因，设计方案要求机壳材料整体为铝板及铝铸件，检查未在机壳材质上发现问题，机壳各部件最小厚度到达3mm，能有效对电磁波进行衰减，不会出现电磁泄漏。使用近场探头测量机箱辐射，发现功能接口面板上连接器、指示灯、按钮开孔处及部件接缝附近有较强的辐射泄漏。对部件接缝处的辐射泄露，经过拆卸检查发现，用于缝隙处理的导电橡胶绳严重变形，已出现磨损如图6所示，不知足设计指标。通过改良的设计，将屏蔽绳的安装角度放大，能够有效防止加工误差如图7所示，知足实用性要求。对功能接口面板上连接器的辐射泄露，查看相应泄漏处安装的器件，通过测量机箱连接器的搭接电阻，电阻值大于设计要求的10m，不知足电连续性要求。通过更换导电效果更好的导电布进行安装后，其电阻值知足了设计要求。对于指示灯及按钮开孔处的电磁泄露，因其开孔大小造成在特定频率下出现泄露，为此设计生产了开孔适宜的指示灯及按钮屏蔽罩，并为预留的航空插座配备专用的金属屏蔽盖。改良的计算机在进行RE102测试，得到的曲线如图8所示，计算机的辐射曲线基本与环境噪声一致，所有点都不超过环境噪声3dB。3结束语设计中通过试验挑选出具有较高的反射损耗R的铝合金材料机壳，能够知足设备环境在高屏蔽效能上的要求。在进行GJB规定的EMC试验RE102验证中，解决了计算机机壳在缝隙处理上不合理的问题，并针对机壳孔洞的处理进行了优化。与传统计算机机壳相比，该计算机通过“设计优化改良设计的产品开发经过，提高了机壳的电连续性，计算机机壳的屏蔽效能与环境噪声相当。产品现已稳定应用于设备中，其设计方法对于解决嵌入式计算机电磁泄露具有较高的参考价值。