淺談屏蔽玻璃在加固計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用論文
引言
電磁輻射是由空間中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交互變化產(chǎn)生的電磁波向空中發(fā)射或泄露的現(xiàn)象。隨著現(xiàn)代電氣、電子技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，使得目前的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，電磁輻射也越來越嚴(yán)重，這不僅影響著電子系統(tǒng)和設(shè)備的正常工作，還對(duì)人體健康造成了有害影響;而在軍用加固計(jì)算機(jī)領(lǐng)域， 電磁輻射會(huì)導(dǎo)致信息泄露甚至機(jī)密信息的泄露，嚴(yán)重影響著國(guó)家安全，所以對(duì)電磁輻射信號(hào)進(jìn)行屏蔽顯得極其重要。
1.電磁屏蔽的原理
電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)的主要措施之一， 它是用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉，使其外部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施;或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉， 使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施。電磁屏蔽能有效阻止電磁能量從金屬屏蔽材料的一側(cè)向另一側(cè)的傳遞。電磁波通過屏蔽材料的總屏蔽效果可按下式計(jì)算。
SE=R+A+B
式中：SE(Shieldding Effectiveness)為屏蔽效能，單位為dB;R 為表面單次反射衰減;A 為吸收衰減;B 為內(nèi)部多次反射衰減。根據(jù)電磁學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，與單次反射衰減R、內(nèi)部多次反射衰減B 有關(guān)的因素包括材料表面阻抗、輻射源類型及屏蔽體到輻射源距離，所以針對(duì)遠(yuǎn)近場(chǎng)源的不同，其計(jì)算公式也不相同;而吸收衰減A主要與材料的厚度及電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān)，而與電磁波類型無關(guān)，所以只要有電磁波通過屏蔽材料就肯定會(huì)存在吸收衰減; 關(guān)于R、A、B 的計(jì)算公式可查閱相關(guān)資料。
影響電磁屏蔽效能最大的因素有兩個(gè)： 一是屏蔽體的連續(xù)導(dǎo)電性，即屏蔽體的表面需具有導(dǎo)電連續(xù)性，不應(yīng)存在導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn);二是屏蔽體中不存在直接穿透的導(dǎo)體。而實(shí)際中經(jīng)常碰到的屏蔽體并不是完整的，都會(huì)存在孔洞或縫隙，電磁波通過縫隙而泄漏，解決此類泄漏的主要措施為利用彈性屏蔽材料對(duì)孔洞及縫隙進(jìn)行填堵以保證屏蔽效果。
2.概述屏蔽玻璃
加固計(jì)算機(jī)是指為適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)加固措施的計(jì)算機(jī)，又稱抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)。加固計(jì)算機(jī)包括便攜式、手持式、機(jī)架式等類型，惡劣環(huán)境包括振動(dòng)沖擊、高低溫、濕熱、電磁兼容等;在加固計(jì)算機(jī)的分類中，帶有顯示功能的主要為便攜式和手持式，即加固筆記本計(jì)算機(jī)和加固平板計(jì)算機(jī)。
加固筆記本和平板計(jì)算機(jī)的外殼主要為金屬材料，密封的基體具有良好的屏蔽性能，電磁泄漏最嚴(yán)重的位置為視窗區(qū)，即顯示屏部分;由于顯示屏處具有較大的視窗開口，通常采用在顯示屏前方增加一塊屏蔽玻璃的方式保證屏效。屏蔽玻璃是一種防電磁輻射、抗電磁干擾的透光屏蔽器件，被廣泛應(yīng)用與電磁兼容領(lǐng)域，主要分為絲網(wǎng)夾芯和鍍膜兩種類型。
2.1 夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃
通過將絲網(wǎng)夾于兩塊有機(jī)或無機(jī)玻璃之間而形成屏蔽體，從而起到良好的電磁屏蔽作用。絲網(wǎng)分為金屬絲網(wǎng)和纖維網(wǎng)兩種。金屬絲網(wǎng)的基材通常為銅、不銹鋼、鋁、鎳、鍍鋅鐵絲等，而纖維網(wǎng)的基材為纖維編織網(wǎng)， 即由多條纖維單絲相互交接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃常用的兩種結(jié)構(gòu)形式為絲網(wǎng)外漏、銅箔包邊。
延伸出玻璃外的絲網(wǎng)通常會(huì)采用增加銅箔的形式將其上下包裹，防止使用過程中對(duì)外漏絲網(wǎng)造成損壞;絲網(wǎng)經(jīng)過剪裁后，與玻璃周邊平齊，并在玻璃邊沿里面涂覆導(dǎo)電銀漿后采用銅箔將玻璃邊包裹，此種形式的外觀比較整齊。
金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽原理與波導(dǎo)類似，即每個(gè)金屬絲網(wǎng)的網(wǎng)眼都為一個(gè)小波導(dǎo)管，當(dāng)電磁波頻率低于波導(dǎo)管的截止頻率時(shí)，金屬絲網(wǎng)能起到屏蔽體的作用，從而實(shí)現(xiàn)了屏蔽，也就意味著當(dāng)絲網(wǎng)越密集或絲徑越大時(shí)其屏蔽效果越好。但絲網(wǎng)密集相對(duì)會(huì)帶來透光度的下降，所以在選用絲網(wǎng)屏蔽玻璃時(shí)，應(yīng)在保證透光度的情況下，盡量選擇絲網(wǎng)密集的玻璃。
2.2 鍍膜屏蔽玻璃
鍍膜屏蔽玻璃是指在一塊有機(jī)或無機(jī)玻璃表面鍍一層金屬薄膜，比較常見的為ITO 導(dǎo)電玻璃，即在玻璃上利用磁控濺射的方法鍍上一層氧化銦錫(俗稱ITO)膜加工而成。
由于采用一塊玻璃， 所以鍍膜屏蔽玻璃要比夾絲網(wǎng)的屏蔽玻璃薄;雖然鍍制金屬膜后能起到屏蔽作用，但此種方法制成的屏蔽玻璃的屏效要比絲網(wǎng)屏蔽玻璃差，而且頻率越高時(shí)屏效差別越大;鍍膜玻璃的最大的優(yōu)點(diǎn)在于透光度和美觀度要比絲網(wǎng)屏蔽玻璃好的多，而且成本也相對(duì)較低。
2.3 屏蔽玻璃的高溫形變
目前在加固筆記本和平板計(jì)算機(jī)中使用的屏蔽玻璃多為有機(jī)屏蔽玻璃，與普通玻璃相比，其重量及透光性都有較大優(yōu)勢(shì)，其所用的屏蔽玻璃材料多為亞克力板材， 亞克力板材具有良好的表面硬度和光澤，其透光率非常高，可達(dá)92%以上，并且其耐候性也比較好;亞克力板的耐磨性近于鋁材，具有良好的可加工性;但其高溫特性一般，亞克力板在高溫80 度以上就會(huì)出現(xiàn)變形。
當(dāng)安裝屏蔽玻璃時(shí)，其變形后凸起面朝向機(jī)器內(nèi)部時(shí)會(huì)引起屏蔽玻璃與液晶屏干涉，出現(xiàn)頂屏現(xiàn)象，影響機(jī)器的顯示性能;所以在安裝屏蔽玻璃前，應(yīng)先對(duì)屏蔽玻璃進(jìn)行高溫篩選，并將變形面標(biāo)記為正面，安裝時(shí)將此面朝向機(jī)器外部。此種操作可有效解決屏蔽玻璃高溫變形引起的頂屏問題，但過程相對(duì)較復(fù)雜。
3.屏蔽玻璃在加固計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用
屏蔽玻璃主要應(yīng)用在帶有顯示功能并且有電磁兼容要求的加固筆記本和平板計(jì)算機(jī)中。應(yīng)用位置為顯示屏的視窗位置，由于視窗區(qū)有較大開口，所以當(dāng)機(jī)器受到電磁脈沖的影響，若處理不到位，顯示屏位置的泄漏會(huì)非常嚴(yán)重。目前，加固筆記本計(jì)算機(jī)和平板計(jì)算機(jī)進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)時(shí)所遵循的軍標(biāo)為《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》(GJB151A-97)和《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》(GJB152A-97)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也為陸海空對(duì)加固計(jì)算機(jī)的電磁兼容要求提供了依據(jù)。
由于夾絲網(wǎng)玻璃的屏效要高于鍍膜玻璃，所以設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)選用前者，同時(shí)為了保證能夠保證機(jī)器的視覺效果，提高電磁屏蔽效能，一般選擇夾絲網(wǎng)屏蔽玻璃的絲網(wǎng)密度為130 目，透光度達(dá)到50%以上。安裝屏蔽玻璃時(shí)，根據(jù)絲網(wǎng)外露、銅箔包邊兩種形式，其結(jié)構(gòu)形式也不相同。
當(dāng)安裝屏蔽玻璃時(shí)，利用金屬壓板將金屬絲網(wǎng)壓緊于顯示面板上，為了防止壓壞絲網(wǎng)，在顯示面板與壓板間增加導(dǎo)電泡棉彈性材料;屏蔽玻璃與顯示面板間增加防水導(dǎo)電材料，一方面保證機(jī)器的防水效果， 另一方面保證了屏蔽玻璃與顯示面板的良好導(dǎo)電接觸。圖5 所示，由于采用銅箔包邊的屏蔽玻璃，所以安裝時(shí)將屏蔽玻璃與顯示面板間增加防水導(dǎo)電材料，并通過壓板將屏蔽玻璃壓緊，保證屏蔽玻璃與顯示面板的良好導(dǎo)電接觸。
4.試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比
依據(jù)國(guó)軍標(biāo)152A-97 的檢測(cè)方法， 分別對(duì)采用絲網(wǎng)外漏及銅箔包邊屏蔽玻璃的同一款產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)，并將測(cè)試結(jié)果與國(guó)軍標(biāo)151A-97 中對(duì)陸軍地面的要求進(jìn)行對(duì)比; 由于屏蔽玻璃安裝于顯示視窗位置，所起作用主要為防止顯示區(qū)域的電磁泄漏，而RE102 項(xiàng)目中30MHz~200MHz 區(qū)間的電場(chǎng)輻射發(fā)射可以代表顯示區(qū)域的電磁泄漏，試驗(yàn)結(jié)果如下。
采用銅箔包邊屏蔽玻璃時(shí)的輻射，采用絲網(wǎng)外漏屏蔽玻璃時(shí)的輻射，可以看出，采用兩種屏蔽玻璃時(shí)的輻射最高點(diǎn)都在軍標(biāo)線以下，滿足國(guó)軍標(biāo)中對(duì)設(shè)備陸軍地面的要求。并且由圖中可以看出，當(dāng)對(duì)同一臺(tái)樣機(jī)采用相同的處理方式時(shí)，使用絲網(wǎng)外漏玻璃時(shí)的輻射曲線沒有太多的噪點(diǎn)，效果更好。
5.結(jié)束語
本文通過對(duì)電磁屏蔽的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并介紹了目前常用于加固計(jì)算機(jī)的幾種屏蔽玻璃，并對(duì)屏蔽玻璃在帶有顯示功能的加固筆記本和平板計(jì)算機(jī)中的安裝及使用進(jìn)行了說明， 并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了文中對(duì)屏蔽玻璃所述結(jié)構(gòu)處理方式的有效性。電磁兼容設(shè)計(jì)是加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)， 本文雖然對(duì)顯示窗處的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，但并不能涵蓋所有設(shè)計(jì)問題，需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用和分析，進(jìn)而不斷積累和完善電磁兼容的設(shè)計(jì)技術(shù)。
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