进出机柜导体的屏蔽和滤波优化方案

具有极佳EMC性能的，带有全屏蔽显示窗和通风口的现成屏蔽机柜已可以从一些专业制造厂商购置。但是若在装配和安装过程中，由于某种（些）需要而为附加的门窗的安装单元而在机柜上裁剪出新的孔洞、钻孔；安装质量很差的滤波器；采用不良的电缆屏蔽技术或屏蔽搭接；甚至在操作和运行中将门窗开启等都会使原设计的机柜屏蔽有效性严重下降，甚至完全丧失。本节着重讨论电缆贯穿机柜壁可能造成的问题。下面本篇的第5.4.3节将着重讨论有关孔洞和缝隙的问题。

所有进出机柜的导体在它们进出机柜壁的那一点上完成屏蔽或滤波的同时还必须以RF搭接方式搭接到就近于该进出点的机柜壁上（或底面、背面等）。任何类型的导体都不能例外！比如不论它们是采用抽丝形成的光纤导线；还是用于液压或气动装置的金属导管或由金属加强的柔性导管或电缆铠装等就是其中的一些典型例子。图3-5-46显示了对贯穿机柜壁电缆形成控制的一般原则。

在工程实践中，往往会发现位于机柜某个侧面上的一个极不起眼的计算机鼠标用的电缆贯穿孔就可以使原设计机柜的SE完全丧失掉。通常鼠标电缆所携载信号的本身并不会引起发射。问题出在鼠标电缆与其他导体一样是一个意外天线。它们在贯穿点两侧的两个部分都会对EM噪声拾波，并再辐射出去。甚至进入到另外一侧。所以，它们的存在破坏了成本很高的屏蔽花费。

5.4.2.1 屏蔽电缆进出一个屏蔽机柜

图3-5-47显示了，当屏蔽电缆贯穿一个屏蔽机柜时所要求使用的良好EMC工程实践。

图3-5-46 屏蔽罩壳间的互连接

图3-5-47 屏蔽电缆进出一个屏蔽机柜

机壳安装型连接器的金属壳体或电缆夹必须在它们贯穿机柜壁的那一点上与屏蔽机柜的壁形成多点的金属对金属的搭接。用于电缆安装型连接器的电缆屏蔽的RF搭接技术已在前面本篇的第5.2.7.4小节和图3-5-24～图3-5-27中有所讨论和显示。其中尤为重要的不仅是要保证机柜应具有适应于它们所使用物理环境的高导电镀层，而且该镀层要能够在机柜的使用寿命周期中一直保持良好的原始技术要求。退一步讲，起码是要在连接器或电缆夹安装部位的区域应该是这样。

使用圆柱形连接器和电缆夹通常都会要求并在沿着它们的机柜贯穿孔周边形成良好的360°电气搭接。而矩形连接器则不然。它们通常仅能在它们的安装点上（比如一个D形连接器仅有两个安装点）获得可靠的RF搭接。因此在要求具有高SE值或所要控制的频率高于100MHz的场合，矩形连接器与机柜壁形成搭接的装配过程中必须为它们设置导电密封衬垫以获得沿着它们的四个周边的良好RF搭接。目前已有若干个生产EMC密封衬垫的制造厂商生产用于不同类型机柜和罩壳壁安装型连接器的EMC密封衬垫。图3-5-48所显示的就是其中的一些。

图3-5-48 一些用于屏蔽不理想连接器的密封衬垫

鞍座夹、P形夹、尾线和任何其他不能在机柜壁的安装连接器或电缆夹孔洞周边形成360°电气搭接的搭接方法都不得用来完成电缆进出屏蔽机柜时电缆屏蔽的搭接。当然在非常特殊的情况下也可能有例外。比如在不要求屏蔽机柜在频率高于100kHz以上时仍具有屏蔽效果的场合就是这样一个特殊的环境（但即便此时笔者也不推荐使用尾线）。

5.4.2.2 良好的屏蔽实践与供应商的应用说明发生矛盾的情况

在实际应用中，经常会出现分别安装在两个不同的机柜中的两个产品、组件或单元需要通过屏蔽电缆相互连接在一起的情况。但若其中一个的EMC安装说明中指出，它的电缆屏蔽只能在其中的一端上完成连接（通常是指与设备单元上的一个螺栓端头或连接器的一个插针的连接）。但问题是该单元的供应商是否使用的是真正良好的EMC设计，还是仅仅简单的沿用已废弃了一二十年的老的、传统的未经任何修改的说明。当然，除非供应商有足够的理由证明它的EMC安装说明要求是必须执行的，否则它们将不承担任何所导致干扰的后果的情况除外。

进一步的问题是，我们都已知道，为了获得良好的屏蔽效果，电缆屏蔽的两端均需要以RF搭接方式分别搭接到两个屏蔽机柜壁上。倘若仅按照设备/单元供应商的安装说明只在其一端完成搭接的话，不可避免地会使屏蔽有效性遭到致命的损害。图3-5-49显示了一个解决办法：使用具有相互隔离的双层屏蔽的屏蔽电缆。并将最外层的隔离屏蔽层按照所允许的方式，以RF搭接方法在两端分别搭接到屏蔽机柜上。而隔离的内层屏蔽可以按照供应商所规定的EMC安装方式完成。

图3-5-49 电缆屏蔽两端搭接技术与制造厂商的安装说明发生矛盾的情况

在两个不同的供应商都坚持电缆屏蔽必须仅在一端完成搭接，至于在哪一端完成搭接两者又有不同的要求情况下，图3-5-49所示的方法可以保证机柜的SE，但不能解决在内层屏蔽的哪一端需要完成搭接的问题。

5.4.2.3 非屏蔽电缆进出一个屏蔽机柜的情况(www.xing528.com)

所有进出一个屏蔽机柜的非屏蔽电缆都必须安装有滤波器。该滤波器的使用是为了提供一个类似于在频率变化条件下，为了使机柜仍能保持所要求的类似SE水平的RF衰减。这个滤波器必须安装在该非屏蔽电缆穿越机柜金属（或金属化）壁的那一点上。并必须以金属对金属方式形成多点电气搭接。

只要穿壁式滤波器以及带有滤波器的连接器的金属壳体是沿着与机柜金属壁开孔的周边形成多点金属对金属的搭接，那么穿壁式滤波器以及带有滤波器的连接器所引起机柜SE下降的程度将会是最低的。图3-5-50所示的就是这种情况。许多机柜就是因为没有能为IEC320这样的插座式滤波器提供金属对金属的搭接而使它的SE受到严重损害，甚至完全丧失。

在对机柜的SE要求很低的情况下，很可能仅依赖于滤波器安装所提供的搭接就足够了。但对机柜的SE要求很高的场合，特别是当频率处在高于100MHz以上时，很可能还要求采用导电密封衬垫，以在滤波器壳体四周与机柜的金属表面形成搭接才行。

请读者注意，图3-5-50并没有显示根据高性能馈通滤波器所要求的，为了安全起见而安装的保护盖（以防止人员遭受电击）。

为此，一个替代的办法是选用一个成本较低的罩壳安装型滤波器。因为它们不能以贯穿屏蔽机柜壁的方式安装，所以当用于进出一个机柜的电缆上时，它们会降低机柜的SE值。然而，它们可以用通常称之为干净盒/肮脏盒方法来完成安装。上面的图3-5-50所示的就是这个技术。在使用这个技术时，为了获得高值SE，需要对许多安装细节给予特别的关注。尤其是要注意使用各种RF搭接技术使肮脏盒周边所残存的缝隙做到尽可能的小。另一个细节是想办法使在肮脏盒内部的输入和输出电缆尽可能短和相互远离以降低两者间的高频耦合。但不论怎么短或尽可能远离（因为受到盒子尺寸的限制），两者之间在肮脏盒内部仍不可避免地会存在着某种程度的耦合。特别是在频率高于100MHz以上时。因此仍然可能需要在其中一个电缆上安装高频穿壁式滤波器。除此以外，还可以通过在靠近肮脏盒内部的某个位置上的输入或输出电缆上，或两者都加装一个或多个软铁氧体抑制器（CM扼流圈）来使这种耦合获得明显的降低。

图3-5-50 在一个屏蔽机柜壁上安装滤波器

（图中显示的全部是电源滤波器的例子）

图3-5-51 室滤波器在屏蔽室上的安装

室滤波器是一种特别设计的罩壳安装型滤波器。它可以以贯穿屏蔽机柜壁的方式安装而不会损害到机柜的SE。它们包括用来将它们的输入和输出端完成隔离的一个屏蔽小室（实际上就是将滤波器的输入和输出分隔开的一个独立的肮脏盒）。并且它们的已滤波输出需要通过镀锌电缆导管以360°搭接方式搭接到屏蔽室的壁上。图3-5-51中所采用的就是这个技术。这种滤波器在本篇第4章中已有所使用（图3-4-8），这里只是再次重现，以说明它也可以用于工业机柜的场合。

目前，室滤波器已可以从若干个不同的制造厂商获得。它们适用于各种不同类型的信号或电源。一般地讲，在频率从100kHz到至少1GHz范围内，它们都可以获得至少80dB的衰减。根据不同的类型，它们可使用的频率范围可以从千赫数量级到40GHz数量级之间。并且大都可以满足军用技术规范。室滤波器也可以直接安装到工业机柜上。通常在屏蔽工业机柜要求具有最高可能EMC性能的场合都会要求采用这个技术。

5.4.2.4 隔离技术在机柜上的使用

图3-5-52显示的是一个已被分隔成干净和肮脏容积两个部分的屏蔽机柜。图中所使用的就是上述的电缆屏蔽的终止方法。而采用的滤波器则是螺栓固定的罩壳安装型滤波器。

有时，代替将一个机柜进行分隔，有些设计工程师会将他们使用的电缆在进入机柜以前先引入到一个用螺栓固定在干净机柜外壳上的小型肮脏机柜完成对它的滤波（推荐使用缝隙焊接技术完成所有该小型肮脏机柜的接缝）。这个小型肮脏机柜实际上就是用来安装上述的室滤波器而设置的。

图3-5-52 一个分隔成干净盒/肮脏盒两部分的屏蔽机柜

5.4.2.5 单个连接器面板仍是最佳选择

在本章前面第5.3.8节所描述的，使用单个连接器面板的技术并从中获益仍适用于屏蔽机柜的情况。因为机柜内部和外部循环的CM电流（表面电流）并不必然会穿越在金属表面上的任何连接点或缝隙。这个技术的采用将会帮助保持内部电流仅在机柜内部流动，而外部电流仅在机柜外部流动。这些正是我们为了分别获得低发射和良好抗扰度所希望的。