在最近五年左右,由於當前電子產品對成本和尺寸提出的限制,可以看出,平面板遮罩的使用在增加。在過去,“遮罩效能”通常是指對一組均勻的遠方電磁場電磁輻射或能量的遮罩能力。 然而現在僅僅拋出一個數字不再是足夠的了,必須對其附帶充分的條件,並且對具體的應用也要充分理解。 遮罩效能(shielding effectiveness, S.E.)最常見的定義是: S.E.=20 log(Ea/Ei)=20 log(Ha/Hi),其中Ei、Hi分別是入射電磁場的電場分量和磁場分量;而Ea、Ha分別是遮罩板對面的衰減電磁場的電場分量和磁場分量。 遺憾的是,只有當入射的和衰減的電磁場既是在遠處電磁場中測定的均勻平面波,又要求遮罩板在所有方向上都有無限大的面積時,這個等式才是正確的。遠處電磁場的本質是這樣一種情形,即其中的電場分量和磁場分量是通過377Ω(120πΩ)(空氣或自由空間的阻抗)相聯繫的。 然而,這個定義除了用於遠處電磁場的情形外,對普通的情況是不能用的。因為我們不僅要確定對遠處電磁場輻射(不敏感的)情況下的遮罩效能,而且還必須確定對近處電磁場輻射的情形、近處電磁場不敏感的情形、電場線或磁場線,以及最終頻率的遮罩效能。 近處電磁場的影響 當遮罩是在輻射源的近處電磁場內時,會出現許多複雜的情形。在遮罩的內部,輻射源的電場和磁場分量將會不同,所以必須分別地考慮。性能將受輻射源的頻率和位置、電磁場的形狀,以及寄生或分佈的電感和電容的影響。 就這種方法來說,必須瞭解希望使用遮罩的場(電的或磁的)的形態,然而,這就意味著,即使是在非常接近於輻射源的情況下,仍舊把這種場看作是輻射均勻的場。同樣地,近處電磁場的本質指的是電磁場表現出額外的徑向分向量。 上面指出的這種簡化方法不能把這一現象考慮進去,換言之,因為我們是在“無功的”電磁場區域內,所以目前這種方法就成了“耦合”問題,自然而然,這就表明簡單的輻射已不應是我們所要考慮的問題。即使計及遮罩的孔隙,計算或估計遮罩罩或外殼的遮罩效能仍舊不能達到接近的程度。 輻射源與遮罩的耦合、各單元之間相互耦合的影響、遮罩終端的影響以及接地技術,都必須考慮進去。我們必須考慮感應電流及其返回通道、通過遮罩擴散的電流、遮罩的間斷點(即轉彎和拐角),以及綜合形成的外電壓。 平面板遮罩的效能在很大程度上取決於印刷電路板安裝區域的合理設計。通常這個遮罩的第六邊是電路板上的接地平面,從這個被遮罩的區域通到其他電路板元件上的通孔和(或)線跡的數目與間距都會影響遮罩的效能。 所以為了從採用平面板遮罩上獲得最大益處,所涉及到的問題要比在設備或電路上僅僅安放個金屬外殼更多。設計者一定不能忘記穿過層間線跡、通孔、焊盤和孔洞的各種雜訊洩漏通道。 避免耦合 通孔、焊盤和孔洞在高頻下都是電感性的,因而它們兩端的電壓降可能耦合到遮罩物和鄰近的線跡上,因此為了避免來自這些散射場的耦合,重要的是使遮罩延伸到通孔、焊盤和孔洞之外,不僅要覆蓋設備,也要覆蓋這些洩漏的通道。同樣的警告也適用於地溝和分段的電源表面。 然而在更高的頻率和更短的波長情況下,孔洞的大小和數量就成了一個問題,正如一個實例的計算所示,當波長接近於孔洞的尺寸時,這些孔洞的尺寸會降低遮罩的效能。 假定頻率為100 GHz,而相應的波長為0.12in.,一般來說,縫隙和孔洞不應長於波長的1/20到1/50,即0.003~0.006 in.。換言之,我們不能有任何縫隙、孔洞或在直徑或長度方面大於3~6 mil(密耳)的接縫。 因此人們會明白,在高頻下,要把平面板的遮罩完全密封起來是多麼地困難。所以需要利用其他方法,比如像使用吸收劑材料。 其他方面的考慮 在較高頻率下的另一個問題是諧振效應,它的耦合在各種結構中是起自諧振的影響,比如像無功的有載傳輸線、印刷電路板內的縫隙、印刷電路板和金屬外殼之間的縫隙,所有這些都起諧振腔的作用。 一個2×0.5in.的外殼諧振在大約12GHz的一次諧波下,在這種極高的頻率下,即使微弱的耦合也可以誘發強烈的振盪,這些振盪能夠耦合到外殼內的其他點上。為了減少這種現象,必須通過插入損耗(阻尼因數Q)來降低諧振腔的Q值。 要去除高於1GHz的頻率,使用吸收材料是種可行的選擇。它們是通過吸收能量並將其轉換成熱量來降低輻射,由於它們要轉換電磁能量,所以這些材料不應接地。只要它們阻斷電磁場的通道,或者處在場的通道中,它們就會降低場的電磁能量。 因此今後遮罩越來越多地變成了多層的概念,平面板遮罩將仍然控制較低的頻率,而吸收劑塗層的內層將處理更高的頻率分量。 在頻率高於10GHz的情況下,由於所謂的集膚效應現象,表面的導電率變得格外關鍵,在這種情況下,電流都趨向於擠入導體的最上層。隨著越來越多的電流擠入越來越薄的厚度,電流密度就會增加,這又會引起一個增加的電壓降,而這個電位可供更多地輻射或洩漏。 塗層或密封墊材料的表面導電率也是關鍵的,由於許多像鉻酸鋅這樣的保護塗料是由粘合劑中的導電微粒組成的,所以生產廠商對用在其外殼上的保護塗料已經有了這方面的經驗。 對於各種塗料的另一個問題是,為了獲得低的接觸電阻,要求壓力最小。目前正在積累這些資料,以便更好地瞭解這一現象。
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