DE10208734A1 - Abschirmung für elektromagnetische Störungen - Google Patents

Abstract

Eine Abschirmung für elektromagnetische Störungen, die perforierte Vertiefungen oder andere Merkmale verwendet, die konfiguriert sind, um elektromagnetische Strahlung zu reflektieren, während gleichzeitig ein Luftfluß durch das abschirmende Material erlaubt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Abschirmung für elektromagnetische Störungen (EMI = electromagnetic in­ terferences) bei elektronischen Systemen.

Der Betrieb von einer elektronischen Schaltungsanordnung, die bei vielen elektronischen Geräten verwendet wird, ist oft von unerwünschter elektromagnetischer Streustrahlung begleitet. Elektromagnetische Streustrahlung oder "Rau­ schen" kann die Leistungsfähigkeit der umgebenden Geräte stören. Folglich ist es wichtig, elektronische Geräte abzu­ schirmen, um das elektronische Rauschen zu reduzieren, das von diesen Geräten ausgeht.

Redundante Arrays von unaufwendigen oder unabhängigen Spei­ chergeräten (RAID = Redundant arrays of inexpensive or in­ dependent storage devices) werden von der Massenspeicherin­ dustrie verwendet, um Speicher mit variabler Kapazität zu liefern. RAID-Systeme verwenden miteinander verbundene Plattenlaufwerke, um die gewünschte Kapazität von Massen­ speichern zu erreichen. Mit diesem Lösungsansatz kann ein Plattenlaufwerk einer Kapazität mit Plattenlaufwerken mit der gleichen oder einer anderen Kapazität hergestellt und verpackt werden, um die erforderliche Speicherkapazität zu liefern. RAID-Systeme eliminieren die Notwendigkeit, Plat­ tenlaufwerke herzustellen, die individuell entworfen wer­ den, um spezifische Speicheranforderungen zu erfüllen. Je­ des Plattenlaufwerk in einem RAID-System ist normalerweise in einem individuellen Modul für die Handhabung und Instal­ lation untergebracht. Die Module gleiten in und aus einem größeren Gehäuse, dass das Array von Plattenlaufwerken un­ terbringt und die Sockel, Einsteckelemente und anderen Ver­ bindungen für die elektrische Verbindung der Laufwerke lie­ fert. Steuerungen ordnen die Verbindung und steuern den Zugriff auf ausgewählte Plattenlaufwerke für Datenlese- und -schreiboperationen.

Jedes Modul umfaßt ein Kunststoffgehäuse und in den meisten Fällen einen Typ von Metallabschirmung gegen elektromagne­ tische Störungen. Eine Metallabschirmung ist oft aus Me­ tallplatten, Tafeln, teilweisen Umschließungen und derglei­ chen aufgebaut, die in oder um das Gehäuse positioniert sind. Das Metall dämpft elektronische Streusignale, die von dem Modul ausgehen, und auch Streusignale, die von umgeben­ den Modulen kommen. Der Dämpfungsgrad erhöht sich mit der Anzahl, der Plazierung und der Zusammensetzung der Me­ tallabschirmungen. Ein geschlossener Metallkasten würde beispielsweise eine hervorragende Abschirmung liefern. Das Gehäuse muß jedoch auch ausreichend Luftfluß ermöglichen, um das Gerät während dem Betrieb zu kühlen. Daher muß es in dem Gehäuse und in der Abschirmung geeignete Öffnungen ge­ ben, um den notwendigen Grad an kühlendem Luftfluß zu lie­ fern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ab­ schirmung für elektromagnetische Störungen und ein Modul mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Abschirmung gegen elektroma­ gnetische Störungen gemäß Anspruch 1, 4 und 6, und durch ein Modul gemäß Anspruch 7 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmung für elektromagnetische Störungen, die perforierte Vertie­ fungen oder andere Merkmale verwendet, die konfiguriert sind, um elektromagnetische Strahlung zu reflektieren, wäh­ rend dieselben gleichzeitig einen Luftfluß durch das ab­ schirmende Material ermöglichen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Umhüllung für ein Plattenlaufwerk oder eine andere elektroni­ sche Schaltungsanordnung, bei der der Vorder- und Rückabschnitt der Umhüllung als eine Abschirmung für elektromagnetische Störungen aufgebaut sind.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite ei­ nes Gehäuses für eine Gruppe von einzelnen Gerä­ temodulen, wie z. B. die Plattenlaufwerkmodule, die bei RAID-Datenspeichersystemen verwendet wer­ den. Das elektronische Gerät bei einem oder meh­ reren der Module kann in einer Umhüllung wie der­ jenigen, die in Fig. 1 dargestellt ist, unterge­ bracht sein.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Gehäuses von Fig. 2.

Fig. 4 eine perspektivische Nahansicht der hinteren Ecke des Gerätemoduls von Fig. 1, die ein Ausführungs­ beispiel einer Abschirmung für elektromagnetische Störungen zeigt, bei der perforierte parabolische Vertiefungen verwendet werden, um elektromagneti­ sche Strahlung zu dämpfen, während gleichzeitig Luftfluß durch die Abschirmung erlaubt wird.

Fig. 5 eine detaillierte perspektivische Ansicht einer der Vertiefungen von Fig. 4.

Fig. 6 eine Seitenansicht der Vertiefung von Fig. 5, di­ rekt in die innere Vertiefung zwischen Bändern der äußeren Vertiefung.

Fig. 7 eine Draufsicht der Ausrichtung der Vertiefung in Fig. 6 von oben auf die Vertiefung, wie es durch die Linie 7-7 in Fig. 6 angezeigt ist.

Fig. 8 eine Seitenansicht der Vertiefung von Fig. 5 ent­ lang eines Bandes der äußeren Vertiefung.

Fig. 9 eine Draufsicht der Vertiefung in Fig. 8 in die Vertiefung hinein, wie es durch Linie 9-9 in Fig. 8 dargestellt ist, die ein alternatives Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt, bei dem die Bänder die da­ runterliegenden Segmente überlappen.

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 7.

Fig. 1 stellt eine Umhüllung 10 für ein Plattenlaufwerk, eine Steuerung oder eine andere elektronische Schaltungsan­ ordnung dar, bei der die Frontplatte 12 und die hinteren Abschnitte 13 als eine Abschirmung für elektromagnetische Störungen aufgebaut sind, durch die kühlende Luft fließen kann. Eine Mehrzahl von perforierten Vertiefungen 14 ist entlang der Frontplatte 12 und den hinteren Abschnitten 13 der Umhüllung 10 gebildet. Vertiefungen 14 ragen von der Umhüllung 10 hervor. Wie nachfolgend näher beschrieben ist, ermöglichen die perforierten Vertiefungen 14 einen kühlen­ den Luftfluß, während sie die elektromagnetische Strahlung oder "Rauschen" dämpfen, das durch die elektronische Schal­ tungsanordnung in der Umhüllung 10 erzeugt wird. An der Frontplatte 12 wird typischerweise ein Typ einer Auswerfer­ einrasteinrichtung 15 verwendet, um die Installation und die Entfernung der Umhüllung 10 in/von einer Gruppengehäu­ seeinheit, wie z. B. derjenigen, die nachfolgend für Fig. 2 und 3 beschrieben ist, zu ermöglichen.

Fig. 2 und 3 stellen ein Beispiel eines Datenspeichersy­ stems 18 dar, mit dem die Erfindung verwendet werden kann. Mit Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 umfaßt das Datenspeichersy­ stem 18 eine Gruppe von individuellen Gerätemodulen 20 und 22, wie z. B. die Plattenlaufwerkmodule, die bei RAID- Datenspeichersystemen verwendet werden, die in einem Gehäu­ se 24 untergebracht sind. Fig. 2 zeigt die Vorderseite des Gehäuses 24. Fig. 3 zeigt die Rückseite des Gehäuses 24. Das elektronische Gerät in jedem Modul 20 und 22 ist in ei­ ner Umhüllung untergebracht wie derjenigen, die in Fig. 1 dargestellt ist. Das System 18 kann außerdem beispielsweise Leistungsversorgungen 26 und 28, Batteriereserveeinheiten 30 und 32, Kühlgebläsemodule 34 und 36 und Einga­ be/Ausgabemodule 38 und 40 umfassen. Die Leistungsversor­ gungen 26 und 28 liefern die notwendige elektrische Lei­ stung für das System 18. Die Batteriereserveeinheiten 30 und 32 liefern eine alternative Leistungsquelle in dem Fal­ le eines Ausfalls von einer oder mehreren der Leistungsver­ sorgungen 26 und 28. Die Gebläsemodule 34 und 36 zirkulie­ ren Luft durch das Gehäuse 24, um die Komponenten zu küh­ len. Die Eingabe/Ausgabemodule 38 und 40 ermöglichen es den Systemkomponenten, mit externen Geräten zu kommunizieren. Die Frontplatten und die anderen Teile der Umhüllungen für die Leistungsversorgungen 26 und 28 und die Batteriereser­ ven 30 und 32 können ebenfalls als Abschirmungen für elek­ tromagnetische Störungen aufgebaut sein, die die perforier­ ten Vertiefungen der vorliegenden Erfindung verwenden.

Die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels von Vertiefun­ gen 14 wird nun mit Bezugnahme auf Fig. 4-10 beschrieben. Fig. 4 ist eine perspektivische Nahansicht der Gerätemodul­ umhüllung 10 von Fig. 1. Fig. 4-10 zeigen ein Ausführungs­ beispiel einer Abschirmung für elektromagnetische Störun­ gen, bei der perforierte parabolische Vertiefungen 14 ver­ wendet werden, um elektromagnetische Strahlung zu dämpfen, während ein Luftfluß durch die Abschirmung ermöglicht wird. Fig. 5 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht einer Vertiefung 14. Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Vertiefung von Fig. 5, die direkt in die innere Vertiefung zwischen Bändern der äußeren Vertiefung schaut. Fig. 7 ist eine Draufsicht der Ausrichtung der Vertiefung von Fig. 6, die nach unten auf die Vertiefung schaut, wie es durch die Li­ nie 7-7 in Fig. 6 angezeigt ist. Fig. 8 ist eine Seitenan­ sicht der Vertiefung von Fig. 5, die entlang eines Bandes der äußeren Vertiefung schaut. Fig. 9 ist eine Draufsicht der Ausrichtung der Vertiefung in Fig. 8, die in die Ver­ tiefung hineinschaut, wie es durch die Linie 9-9 in Fig. 8 dargestellt ist. Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 7.

Mit Bezugnahme auf Fig. 4-10 umfaßt jede Vertiefung 14 eine segmentierte innere Vertiefung 42 und eine segmentierte äu­ ßere Vertiefung 44. Bei den in den Figur gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist jedes Segment oder Band 46, 48, 50 und 52 der äußeren Vertiefung 44 von den Segmenten 54, 56, 58 und 60 der inneren Vertiefung 42 versetzt, so daß die Bänder der äußeren Vertiefung 44 die Zwischenräume zwischen den Segmenten der inneren Vertiefung 42 bedecken. Bei dem n Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bänder 46, 48, 50 und 52 von gleichem Umfang wie die Zwischenräume zwischen den Segmenten 54, 56, 58 und 60. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel überlappen die Bänder 46, 48, 50 und 52 die darunterliegenden Segmente 54, 56, 58 und 60. Vorzugsweise sind sowohl die innere Vertiefung 42 als auch die äußere Vertiefung 44 parabolisch. Bei parabolischen Vertiefungen liegt der Brennpunkt jeder Vertiefung 42, 44 in der Umhüllung 10, wo das unerwünschte Rauschen seinen Ursprung hat. Auf diese Weise wird das Rauschen von den pa­ rabolischen Vertiefungen 42 und 44 zurück in die Vertiefung 10 reflektiert, wie es durch die Pfeile 62 in Fig. 10 ange­ zeigt ist, während es Luft erlaubt wird, durch die Vertie­ fungen zu verlaufen, wie es durch Pfeil 64 in Fig. 10 ange­ zeigt ist.

"Vertiefung" charakterisiert das reflektierende Merkmal, wie es von innerhalb der Umhüllung 10 gesehen wird. Die gleichen Merkmale können auch als "Höcker" charakterisiert werden, wenn sie von der Außenseite der Umhüllung 10 be­ trachtet werden. Somit ist "Vertiefung" ein relativer Be­ griff, der sich allgemein auf das gewünschte reflektierende Merkmal auf der Umhüllung 10 bezieht, oder allgemein auf jedes abschirmende Material von Interesse.

Eine herkömmliche Abschirmung für elektromagnetische Stö­ rungen verläßt sich auf Löcher und/oder Wellenleiter in Blech, um Luftfluß zu ermöglichen. Das Ausmaß, bis zu dem eine herkömmliche Abschirmung für elektromagnetische Stö­ rungen elektromagnetische Streustrahlung (d. h. "Rauschen") dämpft, hängt von der Grenzfrequenz der Löcher oder Wellen­ leiter und der Anzahl von Löchern oder Wellenleitern ab. Der Grad der elektromagnetischen Dämpfung der vertieften Struktur der vorliegenden Erfindung hängt dagegen von den reflektierenden Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung ab. Falls die elektromagnetische Strahlung unter­ halb der Grenzfrequenz eines herkömmlichen Wellenleiters liegt, dämpft der Wellenleiter die Signale schnell. Falls die elektromagnetische Strahlung jedoch oberhalb der Grenz­ frequenz liegt, verlaufen die Signale ohne weiteres durch den Wellenleiter. Die vertiefte Struktur der vorliegenden Erfindung kann einen Teil oder alle Frequenzen der elektro­ magnetischen Strahlung zurück in die Umhüllung reflektie­ ren, mit dem größten reflektierenden Effekt, wenn die Ver­ tiefungen in dem Fernfeld für die Frequenz von Interesse liegen. Eine Vertiefung ist in dem Fernfeld, falls die Quelle der elektromagnetischen Strahlung mindestens λ/2 von der Vertiefung ist, wobei λ die Wellenlänge ist. Die Wel­ lenlänge der Strahlung reduziert sich, wenn sich die Fre­ quenz gemäß der Beziehung λ = c/f erhöht, wobei λ die Wellen­ länge ist, c die Lichtgeschwindigkeit und f die Frequenz. Beispielsweise ist das Fernfeld für eine elektromagnetische Strahlung bei einer Frequenz von 5 GHz etwa 9,5 mm, und das Fernfeld für Frequenzen, die höher sind als 5 GHz, ist näher als 9,5 mm. Somit bietet der vertiefte Aufbau der vorlie­ genden Erfindung eine effektive Alternative zu herkömmli­ chen Wellenleitern, insbesondere für eine Strahlung mit hö­ herer Frequenz.

Obwohl erwartet wird, daß die in Fig. 4-10 dargestellten parabolischen Vertiefungen unter Verwendung von herkömmli­ chen Preßprozessen normalerweise in Blech gebildet werden, können sie in leitfähigen Kunststofflagen oder Platten oder andere Herstellungsmaterialien und Prozesse können verwen­ det werden. Bei Blech wird eine feste innere Vertiefung zu­ nächst in das Blech gepreßt und dann werden die innere Ver­ tiefung und ein Teil des umgebenden Blechs durchstoßen und ausgepreßt, um die kreuzförmige äußere Vertiefung 44 zu bilden, während eine segmentierte innere Vertiefung 42 be­ stehen bleibt. Die Größe und Form der Vertiefungen 14 hän­ gen von dem Abschirmungs- und Luftflußanforderungen für das spezielle Gerät, Modul und System ab, bei dem die Vertie­ fungen verwendet werden. Für ein typisches Plattenlaufwerk oder Steuermodul in einem RAID-System, bei dem auf ein Rau­ schen mit höherer Frequenz für diese neue Vertiefungs-Ab­ schirmung abgestellt wird, im allgemeinen 1 GHz und höher, wird erwartet, daß die innere Vertiefung 42 und die äußere Vertiefung 44 von einigen Millimetern tief bis zu einigen zehn Millimetern tief sein werden.

Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezugnahme auf das vor­ hergehende beispielhafte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben, bei dem parabolische innere und äußere Vertie­ fungen verwendet werden. Andere Ausführungsbeispiele sind möglich. Beispielsweise kann die Abschirmung für elektroma­ gnetische Störungen nur eine äußere Vertiefung oder nur ei­ ne innere Vertiefung verwenden, in Fällen, bei denen mehr Luftfluß nötig oder gewünscht wird, und weniger Rauschdämp­ fung toleriert werden kann. Obwohl aufgrund der oben ange­ führten Gründe parabolische Vertiefungen bevorzugt werden, können bei einigen Anwendungen andere Formen angemessen sein.

Claims (7)

1. Abschirmung für elektromagnetische Störungen, die ein leitfähiges Material mit einer Mehrzahl von perforier­ ten Vertiefungen (14) umfaßt, die in derselben gebil­ det sind.

2. Abschirmung gemäß Anspruch 1, bei der die Vertiefungen (14) parabolisch sind.

3. Abschirmung gemäß Anspruch 2, bei der jede perforierte Vertiefung (14) eine innere Vertiefung (42), die durch parabolische Segmente (54, 56, 58, 60) charakterisiert ist, die durch Zwischenräume getrennt sind, und eine äußere Vertiefung (44), die durch parabolische Bänder (46, 48, 50, 52) charakterisiert ist, die die Zwi­ schenräume zwischen den Segmenten (54, 56, 58, 60) der inneren Vertiefung (42) bedecken, umfaßt.

4. Abschirmung für elektromagnetische Störungen, die eine leitfähige Lage und eine Mehrzahl von perforierten Vertiefungen (14) in der Lage umfaßt, wobei jede Ver­ tiefung (14) eine segmentierte innere Vertiefung (42) und eine mit Bändern versehene äußere Vertiefung (44) umfaßt, wobei die Bänder (46, 48, 50, 52) der äußeren Vertiefung (44) zumindest teilweise Zwischenräume zwi­ schen Segmenten (54, 56, 58, 60) der inneren Vertie­ fung (42) bedecken.

5. Abschirmung gemäß Anspruch 4, bei der die Segmente (54, 56, 58, 60) der inneren Vertiefung (42) und die Bänder (46, 48, 50, 52) der äußeren Vertiefung (44) parabolisch sind.

6. Abschirmung für elektromagnetische Störungen, die ein leitfähiges Material mit einem Merkmal (42, 44) um­ faßt, das konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung zu reflektieren, während gleichzeitig ein Luftfluß durch das Material erlaubt wird.

7. Elektronisches Modul mit einer Abschirmung für elek­ tromagnetische Störungen (20, 22), das folgende Merk­ male umfaßt:
ein elektronisches Gerät, das in der Lage ist, elek­ tromagnetische Strahlung zu erzeugen; und
ein Gehäuse (24), dass das elektronische Gerät zumin­ dest teilweise umhüllt, wobei das Gehäuse (24) eine Mehrzahl von Wänden aufweist, von denen zumindest eine ein leitfähiges Material mit einer Mehrzahl von perfo­ rierten Vertiefungen (14) umfaßt, die in derselben ge­ bildet sind.