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屏蔽机房建设:屏蔽布线系统安装4大技巧!

随着电子信息技术的迅速房展“屏蔽机房建设”信息化建设的日新月异,计算机网络已经遍布世界的每一个角落。数据存贮、数据交换、数据共享等IT服务引发的安全问题越来越受到重视,其中计算机机房的屏蔽设备就是保证系统安全的重要手段之一。特别是在军事单位、各级政府、企事业单位的涉密部门对屏蔽机房的建设要求不断增加,也就提高了屏蔽工程在机房系统工程中的地位及比重。

屏蔽机房简介与屏蔽机房的概念

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽的分类

1. 静电屏蔽

用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来,在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷,外侧出现与带电导体等量的正电荷,如果将金属屏蔽体接地,则外侧的正电荷将流入大地,外侧将不会有电场存在,即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。

2. 交变电场屏蔽

为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压,可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体,并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地,就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。电场屏蔽以反射为主,因此屏蔽体的厚度不必过大,而以结构强度为主要考虑因素。


 3. 交变磁场屏蔽

交变磁场屏蔽有高频和低频之分。低频磁场屏蔽是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路,使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高,厚度越大,磁阻越小,磁场屏蔽的效果越好。当然要与设备的重量相协调。高频磁场的屏蔽是利用高电导率的材料产生的涡流的反向磁场来抵消干扰磁场而实现的。

 4. 交变电磁场屏蔽

一般采用电导率高的材料作屏蔽体,并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰,又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大,而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。


屏蔽机房的组成

屏蔽机房由屏蔽壳体、屏蔽门、电源滤波器、电话滤波器、信号滤波器、通风波导和截止波导管等组成。

1. 屏蔽壳体

电磁屏蔽机房采用冷轧钢板焊接式结构。屏蔽壳体骨架用优质槽钢、方钢和型钢焊成网格,地面、墙面和顶部分别用厚度2~2.5mm的优质冷轧钢板焊接而成。具有很高的强度和刚性,完全能起到物理防护和电磁防护的作用。

2. 屏蔽门

屏蔽室性能的好坏,其主要因素取决于是否有一个高性能的屏蔽门,屏蔽门是通过利用簧片与门板上的“刀”压接,从而使泄漏的电磁波的路径增大,达到防漏的要求。


3. 电源滤波器

滤波就是利用器件的频谱特性,控制有害干扰的流向或吸收干扰以达到控制干扰的目的。滤波技术是抑制传导干扰的主要手段之一,也是提高电子设备抗传导干扰能力的重要措施。


4. 通风波导

通过计算风量,选择通风波导面积和数量,在屏蔽壳体上安装六角蜂窝状的通风波导窗。通风波导窗是按照微波理论(截止波导)及严格工艺,用模具制成六角蜂窝状截止波导管通过真空铅焊接构成;使用频率:10kHz~10GHz,屏蔽效能:100dB。


5. 截止波


7.5/d,式中:f—截止频率、d—圆波导管内的直径。对综合布线系统采用光缆进入屏蔽机房的方式,光缆通过波导管进入屏蔽机房,其波导管的长度L大于6d。在屏蔽机房通过光端机,将电信号变成光信号,再将光纤穿过截止波导管, 在屏蔽机房外将光信号变成电信号。


常见的屏蔽材料

1. 橡胶芯编织网屏蔽衬垫

橡胶和金属丝可选(蒙乃尔丝、镀锡钢芯铜丝),应用于机箱、机柜缝隙屏蔽、屏蔽室和屏蔽方舱。有沟槽安装和表面贴装两种方式。


2. 导电橡胶屏蔽衬垫

主要包括:导电橡胶板、导电橡胶屏蔽条、双层导电橡胶屏蔽衬垫内层:硅橡胶,外层:导电橡胶。


3. 铍铜簧片屏蔽衬垫

铍铜制成的簧片适用于通信、计算机、屏蔽室、屏蔽方舱等设备的缝隙设计中。它既解决了其它衬垫不能承受切向运动的问题,又具有很高屏蔽效能,同时还具有高导热性,耐压性好的特点。


4. 导电胶

主要包括:硅脂导电胶,用于导电橡胶板与金属粘接;导电橡胶条与金属粘接;环氧导电胶,用于金属与金属粘接、印刷电路板线路连接、微波元件引线连接、金属丝网屏蔽条固定。


5. 导电填充物(导电腻子)

应用:用于无法加屏蔽衬垫的缝隙处屏蔽。

 

6. 磁场屏蔽材料

工作频率或100kHz以下磁场屏蔽,需要提供极低磁阻表面来完成,磁场屏蔽材料提供高导磁率屏蔽材料。

 

7. 屏蔽玻璃

应用:电子设备需要透光的窗口,如:CRT、仪器仪表夜晶显示窗口。

 

8. 透光导电聚脂膜

电子设备显示窗口屏蔽,透光率:70%,最佳屏蔽效能:40~60dB。


9. 屏蔽通风板

 

10. 屏蔽胶带

主要包括:电磁屏蔽胶带、导电法兰保护胶带。


屏蔽机房监理要点

设计要点

1.此处以钢板焊接式电磁屏蔽室为例。包括六面龙骨框架、冷轧钢板。龙骨框架由槽钢、方管焊接而成,材料规格按屏蔽室大小确定地面龙骨(地梁)应与地面进行绝缘处理。墙、顶部冷轧钢板厚度2mm,底部钢板厚3mm,先在车间预制成模块,分别焊接在龙骨框架内侧。所有焊接均采用CO2保护焊,连续满焊,并用专用设备捡漏,防止漏波。所有钢质壳体必须进行良好的防锈处理;


2. 电磁屏蔽门:电磁屏蔽门是屏蔽室唯一活动部件,也是屏蔽室综合屏蔽效能的关键,技术含量较高,材料特殊,工艺极其复杂,共426道工序。电磁屏蔽门有铰链式插刀门、平移门两大类,各有手动、电动、全自动等形式。如考虑使用的稳定性及性价比,则首选手动插刀式铰链门;


3. 蜂窝型通风波导窗:通风换气、调节空气是屏蔽室必备设施。蜂窝型波导窗由对边距42mm的六边形钢质波导管集合组成,波导管不妨碍空气流通,却对电磁辐射有截止作用。目前主要采用300mm×300mm×42mm规格的全焊接式蜂窝式波导窗,插入损耗150KHz~1GHz≥100dB,完全满足规范要求。屏蔽室按面积大小配置相应数量的波导窗,分别用于进风、排风、泻压;


4. 强弱电滤波器:进入屏蔽室的电源线、通信信号线等导体都会夹带传导电磁干扰,必须有相应的滤波器加以滤除。滤波器是由无源元件(电感、电容)构成的无源双向网络,其主要性能参数是截止频率(低通、高通、带通、带阻)、插入损耗(阻带衰减量),滤波性能取决于滤波级数(滤波器滤波元件数)、滤波器结构类型(单电容型C型、单电感型L型、π型)等;


5. 波导管:进入防护室的各种非导体管线如消防喷淋管、光纤等,均应通过波导管,波导管对电磁辐射的截止原理与波导窗相同;


6. 被屏蔽的物体(设备等)不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,以尽量减少通过被屏蔽物体体内的磁通;


7. 必须尽量减少结构的电气不连续性,以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度,减少缝隙长度,在结合面上加入导电衬垫,在接缝处涂上导电涂料,缩短螺钉间距离等。


施工要点

1.在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好的搭接。搭接的程度对壳体的屏蔽效能起决定性作用;在屏蔽、通风和强度要求高而质量不苛刻时,用蜂窝板屏蔽通风口,最好用焊接方式保持线连接,防止泄漏。


2. 在可能的情况下,接缝应焊接。在条件受限制的情况下,可用点焊、晓间距的铆接和用螺钉来固定。用螺钉或铆接进行搭接时,应首先在缝的中部搭接好,然后逐渐向两端延伸,以防金属表面的弯曲,在不加导电衬垫时,螺钉间距一般应小于最高工作频率的1%,至少不大于1/20波长;


3. 要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时,屏蔽效能降低30db以上;电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外;若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱;信号线、控制线进入/穿出机壳时,要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适用于这种场合;


4. 穿过屏蔽体的金属控制轴,应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴而用其它轴贯通,一般采用波导截止频率比工作频率高的圆管来做控制轴;必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能;


5. 在接缝不平整的地方,或在可移动的面板等处,必须使用高导电率和弹性好的导电衬垫或指形弹簧材料;保证紧固方法有足够的压力,以便在有变形受力、冲击、震动时保持表面接触;


6. 保证同衬垫材料配合的金属表面没有任何非导电保护层;


7. 可通过截止波导或通风板对窗进行屏蔽,也可以用镀膜或夹金属网的屏蔽窗用于显示器监视器等;尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽,并对所有引线用穿心电容滤波;在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时,要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃,在保持合理透光度条件下,对30~1000m的屏蔽效能可达50~110db。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜,其屏蔽效果一般不大于20db;


8. 在操作器件(如旋钮按键拨动开关等)的处理方面,当信号频率较高时,可利用截止波导管的原理;当信号频率较低时,可利用隔离舱将其与其他电路部分割离;


9. 指示灯表盘处理可以采用:金属网屏蔽、截止波导管法、滤波器、加隔离窗;


10. 屏蔽机房内一般考虑混合接地,一般把设备地线分成类:电源地和信号地。设备中各部分的电源地线都接到电源总线上,所有信号地都接到信号总线上。两根总线最后汇总到公共的参考地。


展望

电子屏蔽技术已经不仅仅是政府、企业的一种保密手段,更会在国家的重要安全领域起到至关重要的作用,比如军事战争中的电子对抗、航空航电技术的安全等等,将来随着无线技术的发展,信号分离、过滤技术、加密手段的提高,屏蔽技术也将得到更大的发展。

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