计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术.pdf

计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术.pdf

《计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术.pdf（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-1目目录录第第5章章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术.35.1.计算机机房电磁屏蔽的一般要求与规定计算机机房电磁屏蔽的一般要求与规定.35.1.1.电磁干扰.35.1.2.电磁波泄漏.35.1.3.电磁屏蔽技术在结构设计中的应用.65.1.4.屏蔽材料的选用.75.1.5.接缝处理.75.2.计算机机房固态屏蔽工程计算机机房固态屏蔽工程.85.2.1.焊接式电磁屏蔽壳体.85.2.2.装配式电磁屏蔽壳体.95.2.3.薄膜屏蔽.95.2.4.多层屏蔽.105.3.计算机机房非固态屏蔽工程计算机机房非固态屏蔽工程.105.3.1.屏蔽门.105.3.2.波导风口和观察窗.105.3.3.滤波器.115.3.4.电缆和连接头的屏蔽.115.4.计算机机房电磁屏蔽方法的选择计算机机房电磁屏蔽方法的选择.125.4.1.屏蔽机房.135.4.2.屏蔽工作间.135.4.3.设备专项屏蔽.135.5.屏蔽机房的验收屏蔽机房的验收.145.6.典型工程介绍典型工程介绍.16第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-2第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-3第第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5.1.计算机机房电磁屏蔽的一般要求与规定计算机机房电磁屏蔽的一般要求与规定电磁屏蔽技术的应用主要为计算机机房提供2个方面的电磁干扰防护：

其一，是隔开机房受外部电磁环境的影响；其二，是避免机房内的电磁干扰向外泄漏，对于数据保密的要求是屏蔽机房的一个重要动力。

已有报道揭露美国驻莫斯科使馆中的信息已被前苏联窃取到，这是通过接收使馆内设备产生的电磁能量来实现的。

同样的技术也被用来截获密码，然后攻击银行计算机系统。

通过屏蔽，设备的电磁发射能够减小，系统的安全性可以提高。

上述前一种电磁防护是针对科研和测验机构、电脑中心、屏蔽机房以及医疗设备等。

这些设施只有在做好适当的电磁滤波防护之后，才能避免设施受外部电磁干扰的影响而造成设备的失灵或降低工作效率；后一种是针对在电子数据保密安全方面的要求而进行屏蔽隔离。

在大多数的情况下，我们不但要预防设备受正弦杂波的干扰，还要防止设备受电磁脉冲的破坏。

电磁脉冲包括雷电脉冲（LEMP）和核子脉冲（NEMP）。

要完全防止电磁干扰和电涌的入侵或泄漏，所有接到机房的线路都必须经过合适的电磁滤波防护器。

5.1.1.电磁干扰电磁干扰电磁干扰指机房处位置的无线电干扰场强与磁场干扰场强。

上述两项干扰场强在国标GB2887-89计算站场地技术条件中有明确规定：

其1：

机房内无线电干扰场强在频率范围为0.15100MHZ时不大于12dB其2：

机房内磁场干扰场强不大于800A/m5.1.2.电磁波泄漏电磁波泄漏电磁屏蔽是近代发展起来的新的学科领域。

它是伴随着电子技术而出现并发展的。

随着科学技术和电子技术的发展。

电磁屏蔽的需求在产品研制与设计中越来越引起人们的重视。

它已经成为有关工程技术人员必备的专业基础知识。

关于计算机房的屏蔽标准，国家暂时还没有确定，现在一般计算机房屏蔽工程的指标套用军标，其测试的方式为单频率测试。

测试频率：

14K、100K、200K、15M、450M、950M信号衰减幅度：

共分ABC三级，其中A级衰减60dB；B级衰减80dB；C级衰减100dB或者根据建设方要求制定屏蔽的理论方法屏蔽的理论方法电磁波理论是经典的理论。

麦克斯威尔、法拉第和其它人在电子学之前就建立了描述电场和磁场的基本方程式。

然而，对实际中的复杂硬件几乎不能直接应用这些方程式。

电场和磁场的衰减用从试验中得到的方程式能够更好的表达，这些方程式在屏蔽的设计中广泛应用。

第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-4有许多因素会影响电磁能量源周围的场。

源的种类赋予了场一些特征，如辐射幅度。

距离源的距离和电磁波传输的媒介的特性都会影响场与屏蔽之间的相互作用。

在电磁屏蔽中，波阻抗Zw是联系这些参数的有用的概念。

波阻抗定义为电场E与磁场H的比值。

源上的驱动电压决定了干扰的特性。

例如，环天线中流动的电流与较低的驱动电压对应。

结果是在天线附近产生较小的电场和较大的磁场，具有较低的波阻抗。

另一方面，四分之一波长的距离上，所有源的波的阻抗趋近于自由空间的特征阻抗，377欧姆。

这时，称为平面波，作为参考，1MHz的波长是300m。

按照到源的距离，电磁波可以进一步分为两种，近场和远场。

两种场的分界以波长除以2的距离为分界点。

/2附近的区域称为过渡区。

源与过渡区是近场，超过这点为远场。

近场波的特性主要由源特性决定，而远场波的特性由传播媒介决定。

如果源是大电流、低电压。

则在的近场以磁场波为主。

高电压、小电流的源产生电场为主的波。

在设计屏蔽控制辐射时，这个概念十分有用。

由于这时屏蔽壳与源之间的距离通常在厘米数量级，相对于屏蔽电磁波为近场的情况。

在远场，电场和磁场都变为平面波，即，波阻抗等于自由空间的特性阻抗。

知道干扰辐射的近场波阻抗对于设计控制方法是十分有用的。

用能将磁通分流的高导磁率铁磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。

反过来，用能将电磁波中电矢量短路的高导电性金属能够屏蔽电场波和平面波。

入射波的波阻抗与屏蔽体的表面阻抗相差越大，屏蔽体反射的能量越多。

因此，一块高导电率的薄铜片对低阻抗波的作用很小。

对于任何电磁干扰，屏蔽作用由三种机理构成。

入射波的一部分在屏蔽体的前表面反射，另一部分被吸收，还有一部分在后表面反射，如图51所示。

屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。

SE=A+R+B表5-1和表5-2给出了不同的屏蔽效能，吸收损耗的计算公式如下：

A=1.13trrf式中:

t-屏蔽厚度，cmr-屏蔽材料的相对导磁率r-屏蔽材料的相对导电率f-频率，Hz由于吸收主要由屏蔽厚度产生的，吸收因子对所有类型的电磁波都一样，与近场还是远场无关。

以下是计算平面后反射损耗的公式，等于电场波和磁场波有类似的公式。

R=168101g（rf/r）dB图5-1屏蔽对电磁干扰的衰减第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-5表5-1信号强度的衰减表5-2屏蔽衰减极限值dB衰减的百分比dB评价1090010屏蔽很少20991030有意义的屏蔽的下限3099.93060平均屏蔽量4099.996090屏蔽较好5099.99990120屏蔽很好6099.9999120以上现有技术的极限7099.99999表5-3给出了一些常用屏蔽材料的相对导电率和导磁率。

表5-3用于屏蔽的金属特性所用金属相对导电率r相对磁导率r银1.051铜1.001铝0.611锌0.291黄铜0.261镍0.201铁0.171000铜0.101000化学镀镍0.021如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，仅当屏蔽层很薄或频率低于20kHz时，B才是重要的。

在设计磁屏蔽时，特别是14kHz以下时，除了吸收损耗外，其它因素都可以忽略。

同样，在设计电场或平面波屏蔽时，只考虑反射因子。

当一束电磁波碰到屏蔽体时，在表面上感应出电流。

屏蔽的一个作用是将这些电流在最小扰动的情况下送到大地，如果在电流的路径上有开口，电流受到扰动要绕过开口。

较长的电流路径带来附加阻抗，因此在开口上有电压降。

这个电压在开口上感应出电场并产生辐射。

当开口的长度达到/4时，就变成效率很高的辐射体，能够将整个屏蔽体接收到的能量通过开口发射出去。

为了限制开口效应，一个一般的规则是，如果屏蔽体的屏蔽效能要达到60dB，开口长度在感兴趣的最高频率处不能超过0.01。

每隔一定间隔接触的复合或用指形簧片连接的缝隙可以作为一系列开口来处理。

第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-6值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下缝隙开口等屏蔽不连续性是更应该注意的因素。

电磁干扰需要两个基本条件：

电磁能量源和对这个源产生的特定幅度、频率的能量敏感的器件，称为敏感器。

表5-4给出了一些常见的源和敏感器。

另外，在源和敏感器之间还需要传播路径来传输能量。

电磁干扰屏蔽通常改变电磁能量传播路径来达到的。

表5-4电磁干扰源和敏感器电磁干扰源电磁干扰源电磁干扰敏感器电磁干扰敏感器电视和广播航空导航系统等幅波发射机微处理器电气马达高保真设备遥控单元计算机电焊装置等幅波接收机电气设备心脏起搏器发动机点火系统电子测量设备雷达发射机广播和电视接收机电动工具电子车库门电磁干扰分为两类：

辐射干扰和传导干扰，这是由传播路径的类型来定的。

当一个器件发射的能量，通常是射频能量，通过空间到达敏感器时，称为辐射干扰。

干扰源既可以是受干扰系统中的一部分，也可以是完全电气隔离的单元。

传导干扰的产生是因为源与敏感器之间有电磁线或信号电缆连接，干扰沿着电缆从一个单元传到另一个单元。

传导干扰经常会影响设备的电源，这可以通过滤波器来控制。

辐射干扰能影响设备中的任何信号路径，其屏蔽有较大难度。

辐射电磁能量成为电磁干扰的机理可以由法拉第定律来解释。

这个定律表明当一个变化的电场作用于一个导体时，在这个导体上会感应出电流。

这个电流与工作电流无关，但是电路会象与工作电流一样来接收这个电流并发生响应。

换句话说，随机的射频信号能够向计算机发出指令，使程序发生变化。

5.1.3.电磁屏蔽技术在结构设计中的应用电磁屏蔽技术在结构设计中的应用因为任何一个空间，如果它的外形整体性非常好，需要接缝的地方非常少，也就保证了这个空间的屏蔽性能越好，电磁泄漏的可能性也就越小。

对某个空间的屏蔽设计是一项十分精细和周密的工作，这与电子设备在这个空间工作时所处电磁场环境、电子设备本身外壳的选材以及结构形式都有非常大的关系。

针对具体情况，应采用不同的设计方式。

有关屏蔽规律必须运用于具体结构的每个环节，哪怕是一个接缝或是一个紧固件，在固定时破坏了屏蔽带造成缝隙，都将造成不良后果，这一点在设计时应考虑到，在装配时更应精心施工。

第5章计算机机房电磁环境及电磁屏蔽技术5-75.1.4.屏蔽材料的选用屏蔽材料的选用电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感应的电荷、电流与极化现象密切相关，按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。

磁场屏蔽材料选用,磁场屏蔽简称磁屏蔽,是用于抑制磁场耦合实现磁隔离的技术措施磁屏蔽是利用高导磁材料制成的磁屏蔽体,提供低磁阻的磁通路,使得大部分磁通在磁屏蔽体上分流,来达到屏蔽的目的,因而磁导率成为选择磁屏蔽材料的主要依据它包括低频磁屏蔽和高频磁屏蔽应该注意的是,用铁磁材料做的屏蔽罩体在垂直于磁力线方向上不应开口或有缝隙,否则屏蔽效果会变差高频磁场屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料,如铜铝等,其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽壳体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的,也就是说,利用了涡流反磁场对于原干扰源的排斥作用,来抵消屏蔽体外的磁场5.1.5.接缝处理接缝处理材料的接缝处理,我们知道,电磁波是直线发送的,当遇到障碍后,它会产生反射和折射,只有在极特殊的情况下才会发生衍射,所以我们在接缝处的设计应采用人为地使电磁波产生后向四周发射时,产生多次反射与折射,当电磁波因反射与折射穿透第一个接触面,能量已大为减小,而通过第二和第三个面的过滤,泄漏的可能性已经很小,就算最终泄漏出来的,也已经是能量很小的电磁波了,并且在装配面处应加入导电衬垫,以增加屏蔽效果接缝处的设计与工艺处理恰恰是电磁屏蔽最为薄弱的环节之一,只要解决好接缝处的电磁泄漏,