电磁屏蔽功能稳定性分析

前言
电子设备工作时产生的电磁能量发射会对周围的设备产生干扰。随着电子设备密集程度的增加，设备相互间的电磁干扰问题越来越严重。过去电子设备的电磁兼容性要求仅作为选择性要求，而现在已经成为电子设备必须满足的关键性指标之一。如何使电子设备具有良好的电磁兼容性是设计人员所面临的重大挑战和追求。
电磁兼容设计的目的有3个：首先，是使电子设备内部的电路互不产生干扰，这是最起码的要求。由于现代设备工作的频率越来越高，数字电路和模拟电路混合的场合越来越多，要使设备能够可靠稳定地工作也是有一定难度的。第2，是使设备产生的电磁干扰强度低于特定的极限值。这对于计算机设备十分重要。计算机设备中的脉冲电流会产生较强的电磁辐射，干扰周围的设备，特别是无线通信设备，如不采取有效的抑制辐射措施，计算机会严重影响系统的正常工作。第3，是使设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗能力。
由于电子设备产生的电磁发射是设备内部的信号电流或电压产生的，因此，这些发射中包含了电压或电流的变化信息。当将这些信号中的信息提取出来时就获得了设备所处理的信息。这是1个特殊的电磁兼容问题，即TEMPEST问题。TEMPEST技术是防止电子信息设备通过电磁能量发射产生信息泄漏发射。
实现电磁兼容和TEMPEST防护的重要手段之一是电磁屏蔽。电磁屏蔽的目的是切断电磁波的传播途径。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题。它既能保证电子设备内的电路正常工作，又能保障设备的安全。屏蔽性能的好坏用屏蔽效能来表示。屏蔽效能表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度，通常用分贝（dB）来表示。一般商业设备的屏蔽体的屏蔽效能可达40dB；军用设备屏蔽体的屏蔽效能可达60dB以上；TEMPEST设备的屏蔽效能可达到80dB以上。
但是，屏蔽体受各种因素影响，随着时间的推移，屏蔽效能会发生变化。如何保持电磁屏蔽效能的稳定性是电子产品设计人员，尤其是从事电磁兼容技术和信息安全的专业人员要特别重视的课题。
一、 影响电磁屏蔽效能稳定性症结分析
在电磁兼容（EMC）和TEMPEST防护产品研制设计实践中，发现有诸多因素会造成电磁屏蔽系统不稳定或产生严重的电磁能量的发射和信息泄漏，而且这些因素是贯穿在由产品的设计到使用全过程的。有人认为电磁屏蔽效能稳定性只是指测试合格的产品交付使用后的问题，这是不全面的。仅举1个实例加以说明：有1台TEMPEST防护产品，在交付检验时测试指标非常好，时过半年复测时发现屏蔽效能下降10dB。经检查发现屏蔽体搭接处的镀镍层有锈蚀现象，与电磁屏蔽密封衬垫压接处的阻抗变大，造成缝隙泄漏。经查实是因为加工操作者未遵照设计图纸的技术要求，用"强水"作锡焊助焊剂，在焊接时热熔喷流到搭接口外，焊后没有认真清洗而造成金属表面锈蚀。
另外一个例子是焊缝的腐蚀问题。要保证屏蔽体的导电完整性，必须对结合处进行连续焊接。为了解决焊接长焊道变形的问题，通常在接合处采用点焊压接后，再镀镍而后用锡焊封缝。由于在电镀前要进行酸洗，往往这些酸洗液很难清洗干净，而残留在压接缝中，造成慢延腐蚀现象。这些均属于在生产加工过程中的质量控制环节问题而影响了电子产品在使用过程中电磁屏蔽效能的稳定性。
归结起来，影响屏蔽效能稳定性的原因有许多潜在的因素，也有时效的因素。它贯穿在设计阶段的设计观念和屏蔽材料、材质和表面处理的选择；生产、加工、装配的质量控制；使用、维护操作的正确性和在恶劣环境下对屏蔽界面的防护等。往往潜在的因素易被忽视。
二、 解决电磁屏蔽效能稳定性的方法
1 根据技术性能要求正确选用屏蔽材料
屏蔽体的制造选材和表面处理是制约屏蔽体屏蔽效能稳定性的重要因素。
屏蔽体的屏蔽效能由2部分构成，吸收损耗和反射损耗。当电磁波入射到不同介质的分界面时，会发生反射，于是减小了继续传播的电磁波的能量。由于反射造成的电磁波的衰减，称为反射损耗。当电磁波在屏蔽材料中传播时，会产生损耗，这种损耗称为吸收损耗。
电磁场的性质决定于源的特性、源周围的介质特性、源到观察点的距离。距离源较近时，场的特性由源决定；较远时，由介质决定。由此，将源周围的区域分为 2个，即近场和远场。λ/2π以内的场叫近场或感应场。λ/2π以外的场叫远场或辐射场。
近场时Eθ/Eφ称为波阻抗。辐射源为大电流、低电压时，波阻抗小于377Ω，磁场为主；辐射源为高电压、小电流时，波阻抗大于377Ω，电场为主。远场时E/H称为波阻抗，等于377Ω。随着距离的增加，电场中的电场分量衰减比磁场分量快，因此波阻抗下降；磁场波中的电场分量衰减比磁场分量慢，因此波阻抗增加。当电场波在介质中传播时，它的幅度按照指数规律衰减：