[发明专利]衰减电磁干扰的方法和装置

说明书

发明领域

本发明涉及电磁干扰(EMI)屏蔽，更具体而言，使用具有透明构造的多层屏蔽基片来优化在高于100MHz的频率下，特别是更高频率下的电磁干扰(EMI)衰减。

背景技术

工业化社会的空气中具有不断的电磁辐射。这类电磁辐射存在于很大的频率范围内，典型的是电气装置发出的无线电波。尽管现在认为中等水平的电磁辐射对生命组织相对无害，但是会损坏某些工作中的电子仪器和设备。

在一些情况下，需要屏蔽罩隔离灵敏装置不受电磁辐射的影响，这些装置包括核磁共振(NMR)成像、通讯装置的电子测试和加密数据通讯。通常，电子设备的发射也需要包括在内。EMI屏蔽经常是通过在屏蔽罩壁上涂敷一层或多层金属导电材料(例如，铜、铝、青铜或者钢)的连续涂层来实现。屏蔽层通常在单点接地，将屏蔽罩吸收的电磁能导入大地中。在这种导电屏蔽中没有间隙是至关重要的，即使在存在诸如门或窗口等孔的位置也是如此。

通常在各种屏蔽罩上需要窗口，以便观测者、管理人和操作技术员可以在屏蔽罩外面监视在屏蔽罩内发生的情况。在NMR成像中，也称为磁共振成像(MRI)，病人和极为敏感的MRI设备都处于EMI屏蔽罩内。这样创造了无干扰环境，避免了在最终图像中出现人为图像或图像缺陷。在EMI衰减装置中设计的屏蔽栅和窗口的典型例子公开在美国专利号4701801、5012041、5017419、5239125和5295046中。

EMI/RFI屏蔽罩的窗口必须屏蔽，并与屏蔽罩壁存在连续电接触。并且，窗口基片必须具有足够的“透明性”并在某些情况下有“透音性”，允许控制人员在外面监视。因此，需要使得窗口基片导致光学变形最小化。

包括单层或双层屏蔽栅、光学透明的涂敷金属的玻璃或透明塑料或其它导电材料、或上述物质的组合等的窗口，在光学透明的同时应用到衰减EMI。屏蔽效果依赖于各个参数，这些参数包括屏蔽栅网孔图案、线径、栅格数以及导电材料的厚度和种类。

使用屏蔽栅时，一个屏蔽效率因子(S_E)是在每个单独屏蔽栅的栅格线之间的的距离(g)的函数。可以表示为下述方程：

S_E＝f(g)

在g＝0时，电场衰减在高频下增加。可是，这也导致最终基片的“透明性”和“透音性”的降低。

由一层屏蔽栅构成的窗口具有一定EMI衰减能力，但在高于1MHz的频率下，频率每增大10的幂次方，该EMI衰减性能降低大约20dB。这表示在White Donald R.J的《电磁屏蔽材料及其性能》，1980年第二版(Don White consultants，Inc.，Gainesville，Virginia)。结果，随着频率明显增加，从单屏蔽栅结构透过明显数量的电磁射线。

由两层平行的屏蔽栅组成的窗口提高了衰减，这示例表示在公开于美国专利5012041中的双屏蔽栅EMI窗口，被引用到这里作为参考。美国专利5012041指出，使用包括彼此电线尺寸不同和彼此间距不同的两个平行屏蔽栅来衰减EMI并降低网纹图形。

可是，本发明者发现在高于100MHz，特别是在1GHz到10GHz的频率范围，双平行屏蔽栅结构产生的衰减性能发生异常。这种异常的发生是屏蔽栅分隔距离的函数，在分隔两个平面屏蔽栅的距离等于入射电磁波的波长(λ)一半的整数倍时，这种异常尤其严重。这里波长由方程c＝fλ定义，c是光速，f是电磁波频率。在这些情况下，在每个对应频率和及其整数倍，在屏蔽栅之间的空间构成一个共振腔。这导致在共振频率及其谐波位置或附近，EMI衰减性能显著降低。这种共振传播的存在造成成像器的问题，例如，对于研究目标发出的信号，作为结果的传递射线可能是错误的。并且，本发明者还发现可以在任何频率发生共振传播。作为这种共振发生现象的结果，在一定频率下，与单屏蔽栅系统相比，双屏蔽栅系统具有更差的衰减特性。

不考虑在屏蔽栅之间的相对分离距离，在双屏蔽栅构造上简单添加附加屏蔽栅会产生相反作用。这是因为附加屏蔽栅会引入附加共振频率，它是屏蔽栅之间距离的函数。

在技术上存在这样的需要，即提供在高于100MHz的频率下，特别是在1GHz到10GHz的频率范围，提高EMI衰减性能的方法和装置，同时具有足够的“透明性”和“透音性”特性。这些方法和装置应该使用商业化的材料，同时也应该容易维修和替换。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有最佳衰减性能的EMI屏蔽方法和装置，能克服现有技术中的许多缺点。