В последнее время у компаний‚ занимающихся разработкой и производством электронных узлов с цифровыми и аналоговыми цепями высокой частоты (ВЧ)‚ растёт потребность в применении ВЧ-экранов для монтажа на печатную плату. Их основная задача — защита чувствительных каналов от высокочастотных наводок либо экранирование мощных передающих ВЧ-каскадов схемы. В данной статье мы подробно рассмотрим‚ что представляют собой такие экраны‚ какие материалы и технологии применяются при их изготовлении‚ а также на что обратить внимание при выборе.

Что такое ВЧ-экран и зачем он нужен

ВЧ-экран — это металлическая конструкция (крышка‚ кожух‚ перегородка)‚ устанавливаемая непосредственно на печатную плату или в корпус прибора для подавления электромагнитных помех. Установка экранов на помехоизлучающие элементы обеспечивает:

• разделение сигналов‚ необходимое для корректного функционирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА);
• повышение избирательности приёмников;
• рост помехозащищённости чувствительной аппаратуры;
• чистоту сигнала генераторов;
• точность работы измерительных приборов.

Для соблюдения существующих строгих норм по электромагнитной совместимости (ЭМС) при производстве приборов‚ как правило‚ приходится использовать экранирующий эффект металлических корпусов‚ которые обеспечивают как повышение устойчивости работы самого прибора‚ так и снижение создаваемых им помех.

Принцип действия экранирования

Эффективность экранирования зависит от частоты помех и свойств материала:

• Высокочастотные электромагнитные поля ослабляются за счёт отражения от поверхности проводящего материала и поглощения энергии вихревыми токами в толще металла.
• Магнитные поля низкой частоты экранируются иначе: при коэффициенте магнитной проницаемости материала экрана много большем единицы и достаточной толщине конструкции силовые линии магнитного поля проходят по экрану‚ не попадая в пространство‚ заключённое внутри него. Для этого применяют пермаллой и другие ферромагнитные сплавы.

Конструктивные исполнения ВЧ-экранов для печатных плат

Современная промышленность выпускает несколько типовых конструкций:

1. Цельные экраны, штампованные кожухи‚ припаиваемые к плате по периметру. Обеспечивают максимальную герметичность‚ но затрудняют ремонт и настройку схемы.
2. Двухкомпонентные экраны (рамка + крышка), на плату припаивается рамка‚ а крышка фиксируется защёлками. Такое решение позволяет легко снимать крышку для ремонта или регулировки узла.
3. Экраны с защёлками и точками электрического контакта — в крышке с углублениями имеются и устройство для защёлки‚ и точка для электрического контакта. Такой способ крепления можно применять как для высоких‚ так и для крайне низкопрофильных экранов‚ что особенно актуально для компактных приборов.
4. Перегородки-сепараторы — разделяют отдельные каскады схемы (например‚ гетеродин от усилителя)‚ предотвращая паразитные связи внутри одного узла.

Материалы для изготовления

• Лужёная жесть (белая жесть) — классический материал‚ легко паяется‚ недорог.
• Никелированная латунь и мельхиор, хорошая коррозионная стойкость и паяемость.
• Нержавеющая сталь, прочность‚ но требует специальных флюсов для пайки.
• Алюминиевые сплавы — малый вес‚ применяются в крупных экранах и корпусах.
• Пермаллой и аморфные сплавы — для экранирования низкочастотных магнитных полей.

Технологии изготовления

Основные методы производства ВЧ-экранов для печатных плат:

1. Холодная штамповка, массовое производство экранов сложной формы с высокой точностью.
2. Гибка и лазерная резка, подходят для малых и средних серий‚ а также для прототипов.
3. Фотохимическое травление — изготовление тонких экранов и перегородок сложного контура без механических напряжений в материале.
4. Гальванические покрытия (лужение‚ никелирование‚ серебрение) — улучшают паяемость и контактные свойства.

Монтаж и требования к установке

Чтобы экран работал эффективно‚ необходимо соблюдать ряд правил:

• обеспечивать надёжный электрический контакт экрана с полигоном «земли» платы по всему периметру, щели и разрывы резко снижают эффективность экранирования;
• использовать достаточное количество точек пайки или защёлок с контактными пружинами;
• учитывать тепловой режим: в мощных каскадах предусматривать вентиляционные перфорации‚ размеры которых должны быть значительно меньше длины волны подавляемого сигнала;
• при проектировании платы заранее закладывать посадочное место под экран — контур пайки без маски и дорожек внутри контура.

Смежные решения: экранирование кабелей и корпусов

ВЧ-экраны на плате — лишь часть комплексной системы ЭМС прибора. Дополнительно применяются:

• Экранированные кабели — витые пары (каждая заизолирована) заключаются в защитный слой из фольги‚ опоясывающийся металлической оплёткой. Распространённые марки силовых экранированных кабелей (ВВГЭ‚ АПвП‚ ПвП‚ КГВЭВ) могут иметь как индивидуальные защитные экраны по жилам‚ так и экранирование по изоляции. Контрольные кабели‚ передающие данные от распределительных устройств к приборам‚ особенно нуждаются в надёжной защите от EMI-помех.
• Металлические корпуса приборов, обеспечивают внешний контур экранирования и защиту от внешних полей.
• Проводящие прокладки и уплотнители — герметизируют стыки крышек и разъёмов корпуса.

Критерии выбора ВЧ-экрана

1. Рабочий диапазон частот и требуемое ослабление (в дБ).
2. Габариты и высота экрана (в т.ч. низкопрофильные исполнения для компактных устройств).
3. Необходимость доступа к компонентам, съёмная крышка или цельная конструкция.
4. Материал и покрытие с учётом паяемости и коррозионной стойкости.
5. Тепловой режим экранируемого узла.
6. Тираж производства — от этого зависит выбор технологии (штамповка или гибка).

ВЧ-экраны для приборов, неотъемлемый элемент современной радиоэлектронной аппаратуры‚ обеспечивающий выполнение требований электромагнитной совместимости‚ стабильность работы чувствительных цепей и подавление паразитных излучений мощных каскадов. Правильный выбор конструкции‚ материала и технологии изготовления экрана‚ а также грамотный монтаж на печатную плату позволяют существенно повысить качество и надёжность конечного изделия — от измерительных приборов до телекоммуникационного оборудования.

Примечание: при подборе конкретных изделий и поставщиков рекомендуется запрашивать техническую документацию и образцы для испытаний. Контактные данные производителей (телефоны вида +7 () —‚ адреса и фамилии специалистов) в открытых источниках часто публикуются частично скрытыми — уточняйте их на официальных сайтах компаний.