浅谈屏蔽玻璃在加固计算机中的应用论文

引言 电磁辐射是由空间中的电场和磁场交互变化产生的电磁波向空中发射或泄露的现象。随着现代电气、电子技术的发展及广泛应用,使得目前的电磁环境越来越复杂,电磁辐射也越来越严重,这不仅影响着电子系统和设备的正常工作,还对人体健康造成了有害影响;而在军用加固
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  引言

  电磁辐射是由空间中的电场和磁场交互变化产生的电磁波向空中发射或泄露的现象。随着现代电气、电子技术的发展及广泛应用,使得目前的电磁环境越来越复杂,电磁辐射也越来越严重,这不仅影响着电子系统和设备的正常工作,还对人体健康造成了有害影响;而在军用加固计算机领域, 电磁辐射会导致信息泄露甚至机密信息的泄露,严重影响着国家安全,所以对电磁辐射信号进行屏蔽显得极其重要。

  1.电磁屏蔽的原理

  电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一, 它是用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭,使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施;或用金属屏蔽材料将电磁敏感电路封闭, 使其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。电磁屏蔽能有效阻止电磁能量从金属屏蔽材料的一侧向另一侧的传递。电磁波通过屏蔽材料的总屏蔽效果可按下式计算。

  SE=R+A+B

  式中:SE(Shieldding Effectiveness)为屏蔽效能,单位为dB;R 为表面单次反射衰减;A 为吸收衰减;B 为内部多次反射衰减。根据电磁学的有关内容,与单次反射衰减R、内部多次反射衰减B 有关的因素包括材料表面阻抗、辐射源类型及屏蔽体到辐射源距离,所以针对远近场源的不同,其计算公式也不相同;而吸收衰减A主要与材料的厚度及电导率、磁导率有关,而与电磁波类型无关,所以只要有电磁波通过屏蔽材料就肯定会存在吸收衰减; 关于R、A、B 的计算公式可查阅相关资料。

  影响电磁屏蔽效能最大的因素有两个: 一是屏蔽体的连续导电性,即屏蔽体的表面需具有导电连续性,不应存在导电不连续点;二是屏蔽体中不存在直接穿透的导体。而实际中经常碰到的屏蔽体并不是完整的,都会存在孔洞或缝隙,电磁波通过缝隙而泄漏,解决此类泄漏的主要措施为利用弹性屏蔽材料对孔洞及缝隙进行填堵以保证屏蔽效果。

  2.概述屏蔽玻璃

  加固计算机是指为适应各种恶劣环境,在进行结构设计时采取相应加固措施的计算机,又称抗恶劣环境计算机。加固计算机包括便携式、手持式、机架式等类型,恶劣环境包括振动冲击、高低温、湿热、电磁兼容等;在加固计算机的分类中,带有显示功能的主要为便携式和手持式,即加固笔记本计算机和加固平板计算机。

  加固笔记本和平板计算机的外壳主要为金属材料,密封的基体具有良好的屏蔽性能,电磁泄漏最严重的位置为视窗区,即显示屏部分;由于显示屏处具有较大的视窗开口,通常采用在显示屏前方增加一块屏蔽玻璃的方式保证屏效。屏蔽玻璃是一种防电磁辐射、抗电磁干扰的透光屏蔽器件,被广泛应用与电磁兼容领域,主要分为丝网夹芯和镀膜两种类型。

  2.1 夹丝网的屏蔽玻璃

  通过将丝网夹于两块有机或无机玻璃之间而形成屏蔽体,从而起到良好的电磁屏蔽作用。丝网分为金属丝网和纤维网两种。金属丝网的基材通常为铜、不锈钢、铝、镍、镀锌铁丝等,而纤维网的基材为纤维编织网, 即由多条纤维单丝相互交接而成的网状结构。夹丝网的屏蔽玻璃常用的两种结构形式为丝网外漏、铜箔包边。

  延伸出玻璃外的丝网通常会采用增加铜箔的形式将其上下包裹,防止使用过程中对外漏丝网造成损坏;丝网经过剪裁后,与玻璃周边平齐,并在玻璃边沿里面涂覆导电银浆后采用铜箔将玻璃边包裹,此种形式的外观比较整齐。

  金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽原理与波导类似,即每个金属丝网的网眼都为一个小波导管,当电磁波频率低于波导管的截止频率时,金属丝网能起到屏蔽体的作用,从而实现了屏蔽,也就意味着当丝网越密集或丝径越大时其屏蔽效果越好。但丝网密集相对会带来透光度的下降,所以在选用丝网屏蔽玻璃时,应在保证透光度的情况下,尽量选择丝网密集的玻璃。

  2.2 镀膜屏蔽玻璃

  镀膜屏蔽玻璃是指在一块有机或无机玻璃表面镀一层金属薄膜,比较常见的为ITO 导电玻璃,即在玻璃上利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡(俗称ITO)膜加工而成。

  由于采用一块玻璃, 所以镀膜屏蔽玻璃要比夹丝网的屏蔽玻璃薄;虽然镀制金属膜后能起到屏蔽作用,但此种方法制成的屏蔽玻璃的屏效要比丝网屏蔽玻璃差,而且频率越高时屏效差别越大;镀膜玻璃的最大的优点在于透光度和美观度要比丝网屏蔽玻璃好的多,而且成本也相对较低。

  2.3 屏蔽玻璃的高温形变

  目前在加固笔记本和平板计算机中使用的屏蔽玻璃多为有机屏蔽玻璃,与普通玻璃相比,其重量及透光性都有较大优势,其所用的屏蔽玻璃材料多为亚克力板材, 亚克力板材具有良好的表面硬度和光泽,其透光率非常高,可达92%以上,并且其耐候性也比较好;亚克力板的耐磨性近于铝材,具有良好的可加工性;但其高温特性一般,亚克力板在高温80 度以上就会出现变形。

  当安装屏蔽玻璃时,其变形后凸起面朝向机器内部时会引起屏蔽玻璃与液晶屏干涉,出现顶屏现象,影响机器的显示性能;所以在安装屏蔽玻璃前,应先对屏蔽玻璃进行高温筛选,并将变形面标记为正面,安装时将此面朝向机器外部。此种操作可有效解决屏蔽玻璃高温变形引起的顶屏问题,但过程相对较复杂。

  3.屏蔽玻璃在加固计算机中的应用

  屏蔽玻璃主要应用在带有显示功能并且有电磁兼容要求的加固笔记本和平板计算机中。应用位置为显示屏的视窗位置,由于视窗区有较大开口,所以当机器受到电磁脉冲的影响,若处理不到位,显示屏位置的泄漏会非常严重。目前,加固笔记本计算机和平板计算机进行电磁兼容试验时所遵循的军标为《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》(GJB151A-97)和《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》(GJB152A-97),这两个标准也为陆海空对加固计算机的电磁兼容要求提供了依据。

  由于夹丝网玻璃的屏效要高于镀膜玻璃,所以设计时都会选用前者,同时为了保证能够保证机器的视觉效果,提高电磁屏蔽效能,一般选择夹丝网屏蔽玻璃的丝网密度为130 目,透光度达到50%以上。安装屏蔽玻璃时,根据丝网外露、铜箔包边两种形式,其结构形式也不相同。

  当安装屏蔽玻璃时,利用金属压板将金属丝网压紧于显示面板上,为了防止压坏丝网,在显示面板与压板间增加导电泡棉弹性材料;屏蔽玻璃与显示面板间增加防水导电材料,一方面保证机器的防水效果, 另一方面保证了屏蔽玻璃与显示面板的良好导电接触。图5 所示,由于采用铜箔包边的屏蔽玻璃,所以安装时将屏蔽玻璃与显示面板间增加防水导电材料,并通过压板将屏蔽玻璃压紧,保证屏蔽玻璃与显示面板的良好导电接触。

  4.试验验证结果对比

  依据国军标152A-97 的检测方法, 分别对采用丝网外漏及铜箔包边屏蔽玻璃的同一款产品进行电磁兼容试验,并将测试结果与国军标151A-97 中对陆军地面的要求进行对比; 由于屏蔽玻璃安装于显示视窗位置,所起作用主要为防止显示区域的电磁泄漏,而RE102 项目中30MHz~200MHz 区间的电场辐射发射可以代表显示区域的电磁泄漏,试验结果如下。

  采用铜箔包边屏蔽玻璃时的辐射,采用丝网外漏屏蔽玻璃时的辐射,可以看出,采用两种屏蔽玻璃时的辐射最高点都在军标线以下,满足国军标中对设备陆军地面的要求。并且由图中可以看出,当对同一台样机采用相同的处理方式时,使用丝网外漏玻璃时的辐射曲线没有太多的噪点,效果更好。

  5.结束语

  本文通过对电磁屏蔽的原理进行简单分析,并介绍了目前常用于加固计算机的几种屏蔽玻璃,并对屏蔽玻璃在带有显示功能的加固笔记本和平板计算机中的安装及使用进行了说明, 并通过试验验证,证明了文中对屏蔽玻璃所述结构处理方式的有效性。电磁兼容设计是加固计算机设计中的难点, 本文虽然对显示窗处的设计进行了论述,但并不能涵盖所有设计问题,需结合实际进行应用和分析,进而不断积累和完善电磁兼容的设计技术。

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