電磁屏蔽陷阱

電磁屏蔽陷阱添加屏蔽金屬外殼（法拉第籠）時(shí)系統(tǒng)是否會(huì)失敗？
      大多數(shù)人會(huì)添加金屬屏蔽外殼，以減少電子設(shè)備的電磁輻射。然后，他們會(huì)預(yù)期輻射排放量會(huì)大幅下降，如果排放量上升，他們的直接反應(yīng)可能是“不，那是不可能的”。然而，雖然看起來(lái)很奇怪，但答案是“是的，這是可能的”。這個(gè)結(jié)果完全符合您的預(yù)期。

      實(shí)際上，像這樣的實(shí)例通常會(huì)讓人們認(rèn)為EMI / EMC很難。但是，在EMI / EMC領(lǐng)域工作時(shí)，有許多這樣的情況可能發(fā)生。讓我們看一下這種特殊現(xiàn)象如何發(fā)生的原因。閱讀完本文后，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)EMI / EMC的這個(gè)組件比以前更容易理解！

      首先，典型的設(shè)計(jì)工程師通常只考慮他們的信號(hào)和相應(yīng)的電路。他們不考慮噪音，即不需要的電磁能量。盡管它們具有電流，電壓和場(chǎng)的基本概念，但它們?cè)谌粘ＴO(shè)計(jì)中通常不使用這些概念?？梢允笶MI / EMC更容易理解的一個(gè)這樣的概念是，當(dāng)從電路內(nèi)的點(diǎn)A發(fā)送到點(diǎn)B時(shí)，任何電路中的電能（或信號(hào)）不在電導(dǎo)體中傳播。大部分能量實(shí)際上存在于導(dǎo)體周?chē)目臻g中。

      您不會(huì)看到導(dǎo)體內(nèi)的能量方程，也不會(huì)看到導(dǎo)體電阻方程。關(guān)于電阻的能量或功率的等式定義了浪費(fèi)的能量的量，并且由電流的平方乘以電阻I 2 xR給出。關(guān)于存儲(chǔ)能量的任何等式由電容器或電感器確定，因?yàn)殡娐穬?nèi)的能量存儲(chǔ)在電容器和電感器中。所以，在任何給定時(shí)間存儲(chǔ)在電感中的能量的量由下式給出1 / 2 LI 2。

      同樣，存儲(chǔ)在電容器中的能量由下式給出1 / 2 CV 2。電容和電感與導(dǎo)體周?chē)奈锢砜臻g有關(guān)，而與其電阻（或電導(dǎo)）無(wú)關(guān)。實(shí)際上，能量存在于導(dǎo)體周?chē)目臻g中，并且取決于信號(hào)的頻率，一些能量可以輻射出或耦合到其他電路。因此，應(yīng)該從任何A點(diǎn)到B點(diǎn)傳輸信號(hào)（能量）的導(dǎo)體可能會(huì)將這種能量損失到附近的任何導(dǎo)體或電路。這種現(xiàn)象通常被描述為串?dāng)_（從一個(gè)電路到另一個(gè)電路）?；旧?，那就是電磁噪聲，因?yàn)檫@種能量正在不需要的地方。

另一種觀察方式是從一個(gè)電路逸出或輻射的能量被另一個(gè)電路拾取。源電路也可以將這種能量完全輻射到系統(tǒng)外部，然后由附近的另一個(gè)系統(tǒng)拾取。

      為了減少逃離設(shè)備的電磁噪聲，設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)將設(shè)備封裝在金屬外殼或屏蔽中來(lái)嘗試將這種能量包含在系統(tǒng)內(nèi)。在這種情況下，外殼（有時(shí)稱(chēng)為法拉第籠）包含內(nèi)部的逃逸能量。然而，并非所有的外殼都是理想的法拉第籠，因?yàn)樗鼈冇腥毕荨?br />
這些不完善之處是：
（1）開(kāi)口
（2）導(dǎo)體進(jìn)出或
（3）有限厚度的屏蔽

      現(xiàn)在，讓我們逐一看看上面列出的法拉第籠的三個(gè)弱點(diǎn)，首先，如下圖1所示，開(kāi)口允許電磁能泄漏。這種開(kāi)口采用（a）接縫的形式，其可能是不可見(jiàn)的或（b）槽。我們必須盡量減少通過(guò)這些開(kāi)口的泄漏。
 
      其次，進(jìn)出的導(dǎo)體可以是信號(hào)電纜，電力電纜或簡(jiǎn)單的接地導(dǎo)體。這些物品可以從外殼內(nèi)部獲取能量，將其帶入金屬壁，并將其輻射到外殼外部。我們還必須將這些電纜和導(dǎo)體能夠從一側(cè)拾取并輻射到另一側(cè)的能量最小化。這可以通過(guò)適當(dāng)應(yīng)用電纜屏蔽和過(guò)濾來(lái)完成。

      第三個(gè)也是最后一個(gè)考慮因素是壁厚，取決于電磁能的頻率，金屬外殼的厚度僅提供有限量的屏蔽，因?yàn)橛山饘偬峁┑钠帘稳Q于外殼的厚度，導(dǎo)電性和磁導(dǎo)率。金屬的內(nèi)表面反射能量，使其保持在外殼內(nèi)。然而，當(dāng)金屬朝向外殼的外部行進(jìn)時(shí)，該能量的一部分被金屬吸收。

注意：正如我們稍后將討論的那樣，金屬吸收的能量是使用法拉第籠的主要優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種電磁能轉(zhuǎn)化為熱量。

噪音傳播
系統(tǒng)外殼=共振腔 

     外殼（或法拉第籠）中包含的電磁能量在金屬壁之間來(lái)回反彈，一些能量通過(guò)上述三個(gè)限制逃離外殼。但是一些能量也被金屬在其厚度內(nèi)吸收。電路通過(guò)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)連續(xù)產(chǎn)生RF能量，以執(zhí)行其控制/計(jì)算/通信功能。理想情況下，這種能量可能會(huì)被吸收在電路中，但有些能夠逃逸。

      逃離電路的能量可以保留在外殼內(nèi)或通過(guò)三種方法逃逸，最初，法拉第籠內(nèi)的能級(jí)上升，然而，它不能無(wú)限上升，因?yàn)檫@也會(huì)增加三種方法中的每一種逃逸的能量。所以，當(dāng)電路產(chǎn)生的能量等于從外殼逸出的能量時(shí)，達(dá)到平衡很快。然后，外殼內(nèi)的能量水平達(dá)到穩(wěn)定水平。

      這種穩(wěn)態(tài)水平（在外殼內(nèi)）通常遠(yuǎn)高于外殼不存在時(shí)的水平。而且，由開(kāi)口泄漏或由電纜重新輻射的一些能量可以被引向用于發(fā)射測(cè)量的天線，并且可能更集中在某些方向上。這解釋了為什么使用外殼時(shí)的能量水平可能高于沒(méi)有它的能量水平。因此，如果您是設(shè)計(jì)工程師，并且您被告知隨著機(jī)箱的排放水平增加，您可能會(huì)認(rèn)為這是不準(zhǔn)確或難以置信的。


      由開(kāi)口泄漏或由電纜重新輻射的一些能量可以被引向用于發(fā)射測(cè)量的天線，并且可能更集中在某些方向上。這解釋了為什么使用外殼時(shí)的能量水平可能高于沒(méi)有它的能量水平。因此，如果您是設(shè)計(jì)工程師，并且您被告知隨著機(jī)箱的排放水平增加，您可能會(huì)認(rèn)為這是不準(zhǔn)確或難以置信的。


     我們?nèi)匀皇褂猛鈿?lái)抑制逃逸EUT的噪音，分析這種情況，有助于我們認(rèn)識(shí)到降低噪音可以?xún)?yōu)化吸收外殼材料（金屬）內(nèi)能量的現(xiàn)象。如前所述，這種材料吸收電磁能并將其轉(zhuǎn)化為熱量。因此，從外殼逸出的凈能量等于電路輻射的能量減去法拉第籠吸收的能量。

總而言之，法拉第籠的真正優(yōu)勢(shì)在于，外殼通過(guò)將其轉(zhuǎn)換為熱量而充當(dāng)電磁能的匯。