EMC的理念:
電磁兼容性(EMC)定義為“設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中正常工作，而不會(huì)對(duì)環(huán)境中的任何事物造成無法忍受的電磁干擾的能力”。
EMC包含兩層意思。一是設(shè)備能夠抵抗接收到的干擾，正常工作(即EMS)；其次，設(shè)備發(fā)出的電磁干擾不能影響其他設(shè)備的正常工作(即EMI)。
生活中的EMC:
在飛機(jī)上使用手機(jī)等電子設(shè)備受到限制，是因?yàn)槭謾C(jī)等可能對(duì)機(jī)載設(shè)備造成電磁干擾，導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備性能下降或功能喪失，影響飛機(jī)飛行安全。
有時(shí)候乘客會(huì)偷偷用手機(jī)。為什么不會(huì)“導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備性能下降或功能喪失”？這是因?yàn)轱w機(jī)的“電磁兼容”設(shè)計(jì)具有較高的安全裕度。
隨著電子電氣設(shè)備應(yīng)用的日益密集，電磁兼容性在工業(yè)制造領(lǐng)域引起了設(shè)備制造商的廣泛關(guān)注，民用飛機(jī)電磁兼容性設(shè)計(jì)驗(yàn)證有著嚴(yán)格的適航要求。電磁兼容設(shè)計(jì)是基于一個(gè)重要的現(xiàn)象:電子電氣設(shè)備在正常工作時(shí)，不僅向外部空間發(fā)射電磁能量，而且容易受到外部電磁能量的干擾。
現(xiàn)代民用飛機(jī)是一個(gè)與各種電子設(shè)備高度集成的精密系統(tǒng)。任何關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行都會(huì)受到影響，后果不堪設(shè)想。比如，飛機(jī)要想按照規(guī)劃好的航線飛行，保證空域的暢通和絕對(duì)安全，就需要在飛行過程中與地面塔臺(tái)時(shí)刻保持聯(lián)系，這有賴于導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位，通信系統(tǒng)能夠快速清晰地收發(fā)信息。
如果電磁兼容工作不到位，同時(shí)工作的其他設(shè)備發(fā)出的電磁能量可能超過一般設(shè)備的耐受極限，通過電纜傳導(dǎo)或空間耦合進(jìn)入通信、導(dǎo)航等系統(tǒng)，可能降低系統(tǒng)的工作性能，或者損壞電路，使系統(tǒng)完全失效。
電磁干擾(EMI)作為一種可傳輸?shù)哪芰?，從發(fā)射源產(chǎn)生，最終通過耦合路徑到達(dá)受影響的設(shè)備。以上三者是電磁兼容的三要素。民機(jī)設(shè)計(jì)師通過“三要素”開展電磁兼容工作。比如在設(shè)計(jì)前期，通過優(yōu)化“發(fā)射源”設(shè)計(jì)，降低無意泄漏的電磁能量；在系統(tǒng)安裝集成階段，通過增加敏感器件之間的隔離距離來“切斷”耦合路徑；在系統(tǒng)驗(yàn)證階段，如果發(fā)現(xiàn)EMC問題，會(huì)給問題設(shè)備加屏蔽層。
飛機(jī)上限制使用手機(jī)的目的是減少“發(fā)射源”和外來電子設(shè)備對(duì)機(jī)載設(shè)備的電磁干擾，尤其是在航班起降階段。為了不影響導(dǎo)航等機(jī)載設(shè)備的正常使用，盡量少用手機(jī)。
當(dāng)然也出現(xiàn)過手機(jī)干擾飛機(jī)飛行的情況。國內(nèi)一家航空公司的機(jī)長描述，他曾遇到過手機(jī)干擾飛機(jī)飛行的情況。當(dāng)時(shí)飛機(jī)下降找跑道的時(shí)候，竟然找到了相反的方向?！疤ｋU(xiǎn)了。還好，什么都沒發(fā)生。”
2.EMC設(shè)計(jì)
1.電磁兼容性設(shè)計(jì)的內(nèi)容:
EMC設(shè)計(jì)可分為:
信號(hào)設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)，屏蔽，接地，濾波，合理布局。
其中，與結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系的有:
屏蔽、接地和合理布局
注:不代表其他措施與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要合理布局等其他措施的配合。
2.EMC設(shè)計(jì)的基本目的:
產(chǎn)品內(nèi)部電路互不干擾，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。
產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度低于特定限值。
該產(chǎn)品對(duì)外界電磁干擾有一定的抵抗力。
3.產(chǎn)品開發(fā)各階段的EMC設(shè)計(jì)成本:
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，解決EMC問題的方法有很多，成本會(huì)更少；在產(chǎn)品生產(chǎn)后期采取技術(shù)措施解決EMC會(huì)受到各種情況的制約。而且生產(chǎn)后期采用同樣的技術(shù)措施，會(huì)大大增加產(chǎn)品成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
結(jié)構(gòu)工程師必須掌握的EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)
▲產(chǎn)品開發(fā)各階段的EMC設(shè)計(jì)成本
所以隨著產(chǎn)品的發(fā)展，解決EMC的成本越來越高。因此，EMC設(shè)計(jì)越早越好。不要等到EMC測(cè)試出了問題，再急著找原因和解決方案。
4.傳統(tǒng)EMC對(duì)策:
當(dāng)產(chǎn)品實(shí)際測(cè)試時(shí)，EMC問題實(shí)際發(fā)生了，我們開始尋找EMC問題。使用的工具是頻譜分析儀和近場探頭。
此時(shí)可以采取的措施有:屏蔽、過濾。
傳統(tǒng)電磁兼容對(duì)策的問題有:
需要考慮【板間和板內(nèi)信號(hào)間】設(shè)備內(nèi)的EMI問題，屏蔽/濾波手段不能用；
而屏蔽過濾會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改，增加產(chǎn)品成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期；
信號(hào)頻率與干擾頻率一致，不允許濾波；
頻率提高了，還有布線、屏蔽體、機(jī)箱等。成為天線；
高頻信號(hào)耦合到電纜并通過電纜傳輸；
在產(chǎn)品開發(fā)的最后階段，解決EMC問題的唯一方法就是屏蔽和過濾。但是，屏蔽能解決所有的EMC問題嗎？
屏蔽策略隱患:機(jī)箱和屏蔽材料變形損壞，導(dǎo)致電磁泄漏。
這種對(duì)策的結(jié)果是:有利于EMC，但會(huì)惡化內(nèi)部干擾，影響設(shè)備的穩(wěn)定性，增加抗干擾的要求。
5.電磁兼容對(duì)策的新思路；
結(jié)構(gòu)工程師必須掌握的EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)
▲全面的EMC管理
電磁兼容對(duì)策的新思路是盡快進(jìn)行全面的電磁兼容管理和電磁兼容設(shè)計(jì):
EMC是一個(gè)系統(tǒng)工程:早考慮、低成本、多手段、高效率；它需要產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)的合作，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
充分利用現(xiàn)有的EMC設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)指南(專家經(jīng)驗(yàn))。當(dāng)然，在使用它們的時(shí)候，你需要思考:是不是所有的設(shè)計(jì)都能按照設(shè)計(jì)規(guī)則實(shí)現(xiàn)？所有的理論在所有的場合都是正確的嗎？
使用合理的模擬技術(shù)，將問題消滅在萌芽狀態(tài)。PCB設(shè)計(jì)仿真。電子電路仿真:Pspice，小夜曲。
精度和速度，實(shí)際問題實(shí)際解決。使用測(cè)量技術(shù)和通用儀器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。引入電磁場掃描技術(shù)進(jìn)行電磁兼容預(yù)兼容測(cè)試。
6.電磁兼容性設(shè)計(jì)的過程:
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7.電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn):
參與項(xiàng)目前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件工程師主導(dǎo)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而不是被動(dòng)的接受現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)建模，然后想盡一切辦法找出如何滿足性能、EMC等方面的要求。在現(xiàn)有建模的基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮主導(dǎo)作用；
盡快設(shè)計(jì)出3D圖紙，組織各界人士反復(fù)討論，權(quán)衡利弊。就EMC而言，需要用3D圖紙發(fā)現(xiàn)和填充問題，這樣的交互要進(jìn)行多次，直到得到滿意的結(jié)果。
屏蔽結(jié)構(gòu)的使用，哪些板需要屏蔽，哪些板不能屏蔽，對(duì)于未屏蔽的板，應(yīng)該采取哪些針對(duì)EMC的防范措施，PCB本身可能作為EMC的屏蔽體；
線材處理，包括內(nèi)部模塊互連線(暴露在屏蔽殼外)和外部接口線，是否在母板、連接板或輸出板處預(yù)留了濾波措施等。
3.屏蔽3。EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.什么是屏蔽:
屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一。屏蔽是兩個(gè)空間區(qū)域之間的金屬隔離，以控制電場、磁場和電磁波從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體來說，屏蔽體是用來包圍元器件、電路、組件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽罩封閉接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)，以防止它們受到外部電磁場的影響。
2.屏蔽設(shè)計(jì)的基本原則:
屏蔽結(jié)構(gòu)簡單，盡量減少不必要的孔洞，盡量不增加額外的縫隙；
影響孔屏蔽效能的結(jié)構(gòu)因素主要有:孔的最大尺寸、孔的深度、孔的間距和孔的數(shù)量，其中孔的最大尺寸和孔的深度影響最大。需要注意的是，屏蔽效能只與孔的最大尺寸有關(guān)，而與孔的面積沒有直接關(guān)系。所以在設(shè)計(jì)中，盡量開圓孔，其次是方孔，盡量避免長腰孔。通風(fēng)孔應(yīng)盡可能為圓形孔，并按陣列排列。屏蔽和散熱有矛盾的時(shí)候，盡量多打洞；此外，狹縫或細(xì)長的通風(fēng)孔可以沿磁場方向分布，有利于降低屏蔽體在磁場方向的磁阻；
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兩部分結(jié)合在一起，結(jié)合面的縫隙是影響結(jié)構(gòu)部分屏蔽效能的主要因素。如果不安裝屏蔽材料，影響縫隙屏蔽效能的結(jié)構(gòu)因素主要有:縫隙的最大尺寸、縫隙的深度等。如果在縫隙中安裝屏蔽材料，縫隙的屏蔽效能也與屏蔽材料本身的特性有關(guān)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，間隙的最大尺寸與緊固點(diǎn)的距離、零件的剛度、結(jié)合面的精度等因素有關(guān)。
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足夠重視電纜的處理措施，這往往比屏蔽本身更重要；
足夠細(xì)心，EMC設(shè)計(jì)一定要注意每一個(gè)小環(huán)節(jié)，稍有不慎就可能功虧一簣；
屏蔽體的電連續(xù)性是影響結(jié)構(gòu)件屏蔽效能的最重要因素。相對(duì)而言，材料本身的屏蔽性能可以忽略不計(jì)(低頻磁場除外)。
雙層磁屏蔽結(jié)構(gòu)可用于屏蔽強(qiáng)磁場。為了屏蔽外界的強(qiáng)磁場，屏蔽體的外層應(yīng)采用不易磁飽和的材料，如硅鋼。內(nèi)部可以由容易達(dá)到飽和的高磁導(dǎo)率材料制成，例如坡莫合金。反之，如果要屏蔽內(nèi)部強(qiáng)磁場，就要把材料排列順序反過來。安裝內(nèi)外屏蔽時(shí)，注意它們之間的磁絕緣。當(dāng)沒有接地要求時(shí)，可以用絕緣材料做支撐。如果需要接地，可以使用非鐵磁材料(如銅和鋁)作為支撐。但為了屏蔽身體，防止電場感應(yīng)，一般需要接地。
提高磁場屏蔽效能的主要措施是:選擇高導(dǎo)磁率的材料(如坡莫合金)，增加屏蔽體的壁厚；以上兩種都是為了降低屏蔽的磁阻；
被屏蔽的物體不應(yīng)該靠近屏蔽體布置，以最小化穿過被屏蔽物體的磁通量。
3.機(jī)箱屏蔽(或屏蔽盒):
前面都把電磁屏蔽看成是一個(gè)全封閉的屏蔽，也就是說，它是電連續(xù)的，均勻的，沒有孔隙。但實(shí)際上，這種屏蔽體是不存在的?，F(xiàn)實(shí)中機(jī)箱是有縫隙的，電氣上是不連續(xù)的，導(dǎo)致其屏蔽效能降低。
以下是機(jī)箱(或屏蔽盒)設(shè)計(jì)的一些基本做法:
(1)結(jié)構(gòu)材料
1)適用于底板和底盤的材料大多是良導(dǎo)體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場。主要的屏蔽機(jī)制是反射而不是吸收。
2)鐵磁材料，如高磁導(dǎo)率合金和鐵，應(yīng)用來屏蔽磁場。主要的屏蔽機(jī)制是吸收而不是反射。
3)在強(qiáng)電磁場的環(huán)境下，要求材料能屏蔽電場和磁場，所以要求結(jié)構(gòu)完整的鐵磁材料。屏蔽效率直接受到材料厚度、搭接質(zhì)量和接地方法的影響。
4)對(duì)于塑料外殼，在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層，或使用導(dǎo)電塑料。該結(jié)構(gòu)的電氣不連續(xù)性必須最小化，以便控制通過底板和外殼進(jìn)出的泄漏輻射。提高間隙屏蔽效率的結(jié)構(gòu)措施包括增加間隙深度、減小間隙長度、在連接面上加導(dǎo)電墊、在連接處涂導(dǎo)電涂料、縮短螺釘間距等。
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(2)對(duì)于塑料外殼的表面處理方法
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2)可靠性
要求涂層在使用過程中屏蔽能力基本不降低，附著力良好。如果涂層脫落，不僅會(huì)影響屏蔽性能，如果掉入儀器中還會(huì)造成短路事故。可靠性評(píng)估是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在冷熱循環(huán)、高溫和低溫實(shí)驗(yàn)后，測(cè)試涂層的導(dǎo)電性和附著力。
3)脆性
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求涂層在沖擊試驗(yàn)后不剝落。
(3)差距
底板與外殼之間的每一條接縫和不連續(xù)處應(yīng)盡可能重疊，以防止電磁能量的泄漏和輻射，并盡可能采用焊接。如果條件限制，可以采用點(diǎn)焊、小間距鉚接、螺釘固定；
不加導(dǎo)電墊片時(shí)，螺桿間距一般應(yīng)小于最高工作頻率波長的1%，至少不大于1/20波長；
用螺絲搭接或鉚接時(shí)，應(yīng)先在接縫中間進(jìn)行，然后逐漸向兩端延伸，防止金屬表面彎曲；
保證緊固方式有足夠的壓力，在有變形應(yīng)力、沖擊和振動(dòng)時(shí)保持面接觸。需要?jiǎng)佑|頭時(shí)，使用指形壓縮彈簧(而不是網(wǎng)狀墊片)，并注意保持彈性指形彈簧的壓力；
在接縫不平或活動(dòng)面板的地方必須使用導(dǎo)電墊或指簧材料；
選擇由高導(dǎo)電性、彈性好的堅(jiān)硬材料制成的襯墊。選擇墊片時(shí)，考慮接頭處使用的頻率，確保與墊片相匹配的金屬表面沒有不導(dǎo)電的保護(hù)層；
當(dāng)導(dǎo)電橡膠墊片用于鋁金屬表面時(shí)，應(yīng)注意電化學(xué)腐蝕。填充純銀的橡膠或線性墊片會(huì)發(fā)生最嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。涂有銀填料的導(dǎo)電膠是鹽霧環(huán)境中鋁-金屬配合面的最佳襯墊材料。
4.常見屏蔽材料
1.導(dǎo)電布
導(dǎo)電布是以纖維布(常用的聚酯纖維布)為基材。經(jīng)過預(yù)處理后，再電鍍上金屬鍍層，使其具有金屬特性，成為導(dǎo)電纖維布?？煞譃?鍍鎳導(dǎo)電布、鍍金導(dǎo)電布、鍍碳導(dǎo)電布、鋁箔纖維復(fù)合布。外觀上有平紋和網(wǎng)格的區(qū)別。
結(jié)構(gòu)工程師必須掌握的EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)
2.導(dǎo)電泡沫或泡沫。
由導(dǎo)電泡沫墊(CF)制成的薄板。方形酒吧。和用于計(jì)算機(jī)接口的I/O屏蔽墊圈。有半(橢圓)圓、腰圓、長方形、正方形、C形等。c形常用于需要大量壓縮的柜門、插箱門等屏蔽場合。
3.指形彈簧(指形桿)
特殊合金鈹青銅制成的指形簧片，可以解決其他墊片在剪切方向無法受力的問題，彈性好，變形范圍大，在低頻段和高頻段都有優(yōu)越的屏蔽性能。指形簧片有指形、C形等截面，適合滑動(dòng)接觸。常用于屏蔽箱、插件、機(jī)柜、鈑金面板。指形簧片安裝結(jié)構(gòu)差容易損壞，接觸面少；它應(yīng)該安裝在凹面或內(nèi)法蘭上，以減少機(jī)械損壞的可能性。
4.導(dǎo)電橡膠
導(dǎo)電橡膠是通過在硅橡膠中均勻分布細(xì)小的導(dǎo)電顆粒制成的。既保持了橡膠原有的水汽密封性能和彈性，又具有較高的導(dǎo)電性。導(dǎo)電橡膠有圓形、D形、環(huán)形等?？捎糜谑彝鈾C(jī)柜的密封，既能防水又能屏蔽。導(dǎo)電橡膠的缺點(diǎn):幾乎沒有插入損耗，射頻性能差。
5.分配現(xiàn)場成型彈性體
導(dǎo)電膠是在硅樹脂中加入鍍銅鍍銀顆粒精制而成，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和粘接強(qiáng)度，采用點(diǎn)膠法直接成型在外殼上。
6.屏蔽板水平屏蔽
7.金屬編織網(wǎng):
鈹銅絲、蒙乃爾合金絲或不銹鋼絲編織成管狀條帶，看起來像屏蔽電纜的屏蔽層。但它的編織方式與電纜屏蔽層不同，電纜屏蔽層是多根線編織而成，而這種屏蔽墊片是一根線編織而成。打個(gè)形象的比喻，就像毛衣的袖子。為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的彈性，有時(shí)在網(wǎng)管中加入橡膠芯。
8.屏蔽通風(fēng)板:
通風(fēng)口是電磁干擾的主要泄漏部位之一。過去，在底盤板上開孔或添加金屬網(wǎng)的常規(guī)方法未能達(dá)到預(yù)期的水平。蜂窩屏蔽通風(fēng)板的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。屏蔽板主要用于電子設(shè)備必要的通風(fēng)口，可以兼顧EMI屏蔽和良好通風(fēng)的雙重功能。它有不同的材料、涂層和形狀，包括優(yōu)質(zhì)低碳鋼、不銹鋼、黃銅、鋁合金等。根據(jù)軍用和民用的不同場合和環(huán)境。
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9.其他屏蔽材料:
導(dǎo)電膠、導(dǎo)電玻璃、導(dǎo)電塑料、磁環(huán)等。
10.屏蔽材料的選擇原則
選擇屏蔽材料時(shí)應(yīng)考慮四個(gè)因素:屏蔽效能要求、環(huán)境密封要求、安裝結(jié)構(gòu)要求和成本要求等。:
導(dǎo)電墊圈和簧片是優(yōu)選的。一般用導(dǎo)電墊片和簧片來屏蔽縫隙，可以實(shí)現(xiàn)正壓安裝和插入式安裝。在特殊情況下，如壓鑄件和型材，當(dāng)導(dǎo)電墊片和簧片不能滿足要求時(shí)，應(yīng)考慮其他類型的屏蔽材料。雖然間隙屏蔽效能與實(shí)際安裝密切相關(guān)，但建議在屏蔽效能高達(dá)30 dB/1 GHz的場合使用導(dǎo)電布?jí)|，在屏蔽效能高于30 dB/1 GHz的場合或活動(dòng)位置(如柜門、拉手條)使用簧片。
使用受限螺旋管墊圈。除了手柄條和屏蔽柜，避免使用螺旋管墊圈。
導(dǎo)電橡膠僅限于壓鑄件或需要一定環(huán)境密封要求的產(chǎn)品，或需要寬帶屏蔽的產(chǎn)品。導(dǎo)電橡膠需要開槽安裝，變形范圍小，只能用來屏蔽壓鑄件與型材之間的縫隙。最高應(yīng)用頻率范圍可達(dá)40GHz以上，屏蔽效能可達(dá)110dB水平。
導(dǎo)電布一般用于應(yīng)急或其他特殊場合，如現(xiàn)場解決問題或EMC問題定位測(cè)試。不應(yīng)使用批量產(chǎn)品，這種方法可靠性差。
穿孔金屬板多用于通風(fēng)散熱。當(dāng)屏蔽效率要求高于30 dB/1 GHz，或屏蔽與散熱矛盾不可調(diào)和時(shí)，應(yīng)采用波導(dǎo)通風(fēng)板。
導(dǎo)電玻璃主要用于顯示或觀察窗口。使用時(shí)要注意導(dǎo)電玻璃和結(jié)構(gòu)屏蔽的重疊處理。不同類型的導(dǎo)電玻璃屏蔽效能不同，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)屏蔽效能的要求選擇合適的屏蔽玻璃。一般鍍膜玻璃的屏蔽效能較低，而金屬絲網(wǎng)的屏蔽效能較高(可達(dá)60dB)。
導(dǎo)電涂料適用于非金屬屏蔽的設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)屏蔽效率較高時(shí)(20dB以上)，應(yīng)結(jié)合其他技術(shù)手段達(dá)到屏蔽目的。
8)不同的屏蔽材料對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性不同。一般來說，以橡膠、海綿為內(nèi)芯的屏蔽材料對(duì)環(huán)境的要求較高，主要用于機(jī)房環(huán)境，而純金屬屏蔽材料對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更好，可以用于更多的環(huán)境；
9)屏蔽材料有壽命，一般要求屏蔽材料在5-10年內(nèi)仍能保持良好的屏蔽性能；
10)屏蔽材料的安裝方式首選直接接觸的形式，如夾緊、開安裝槽等。，接著是PSA膠帶粘合；
應(yīng)注意屏蔽材料與基材的相容性，防止電化學(xué)腐蝕。
12)產(chǎn)品可以是多種屏蔽材料的組合。
