第5章_電磁屏蔽技術

1、1 第第5 5章章 電磁屏蔽技術電磁屏蔽技術2 主要內容主要內容 n 概概 述述n 電場屏蔽電場屏蔽n 低頻磁場屏蔽低頻磁場屏蔽n 高頻磁場屏蔽高頻磁場屏蔽n 電磁屏蔽電磁屏蔽n 孔洞的屏蔽效能孔洞的屏蔽效能3 概概 述述p 屏蔽類型屏蔽類型：p 屏蔽屏蔽是用導電或導磁材料將需要防護區(qū)域封閉起來，以抑制和是用導電或導磁材料將需要防護區(qū)域封閉起來，以抑制和 控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的感應感應和和輻輻 射射。 屏蔽技術屏蔽技術用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷電磁用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷電磁 波輻射（和場耦合）的傳

2、輸途徑波輻射（和場耦合）的傳輸途徑。p 主動屏蔽主動屏蔽：屏蔽干擾源，：屏蔽干擾源， 被動屏蔽被動屏蔽：屏蔽敏感體。：屏蔽敏感體。4靜電場屏蔽靜電場屏蔽p 靜電場的屏蔽靜電場的屏蔽 5 交變電場的屏蔽交變電場的屏蔽 低頻交變電場的騷擾源與接受器之間的電場感應耦低頻交變電場的騷擾源與接受器之間的電場感應耦合可以用它們之間的等效合可以用它們之間的等效耦合電容耦合電容CeCe進行描述，可采用進行描述，可采用電路理論電路理論加以解釋。加以解釋。 直觀、方便直觀、方便。屏蔽低頻交變電場的關鍵。屏蔽低頻交變電場的關鍵。 方法方法：增大騷擾源與接受器之間距離，或利用：增大騷擾源與接受器之間距離，或利用6p

3、利用利用接地金屬接地金屬屏蔽體屏蔽體11000,sZUU7p低頻低頻：100 kHz100 kHz以下以下3401010,mmmURRl s 低低 頻頻 磁磁 場場 屏屏 蔽蔽H1R0RmH0H0RmH1R0p 磁路方程磁路方程磁力線集中在其內部磁力線集中在其內部 (Rm)通過通過H2H2p 屏蔽原理屏蔽原理：利用高磁導率的鐵磁材料例如鐵、硅鋼片，：利用高磁導率的鐵磁材料例如鐵、硅鋼片，其磁導率約為其磁導率約為 ）對騷擾磁場進行分路，把磁力）對騷擾磁場進行分路，把磁力線集中在其內部通過，限制其在空氣中大量發(fā)散。線集中在其內部通過，限制其在空氣中大量發(fā)散。8 (主動屏蔽主動屏蔽) (被動屏蔽被動

4、屏蔽) 用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應開口或有縫隙。因為用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應開口或有縫隙。因為若縫隙垂直于磁力線，則會切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。若縫隙垂直于磁力線，則會切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。9u高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導體（銅、鋁）高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導體（銅、鋁）高高 頻頻 磁磁 場場 屏屏 蔽蔽H0u屏蔽原理屏蔽原理: : 利用電磁感應現(xiàn)象在屏蔽體表面所產生的渦流的反磁場利用電磁感應現(xiàn)象在屏蔽體表面所產生的渦流的反磁場來達到屏蔽的目的，即利用了渦流反向磁場對于原騷擾磁場的排斥作來達到屏蔽的目的，即利用了渦

5、流反向磁場對于原騷擾磁場的排斥作用，抑制或抵消屏蔽體外的磁場。用，抑制或抵消屏蔽體外的磁場。渦流產生的反向磁場增強了金屬渦流產生的反向磁場增強了金屬板側面的磁場使磁力線在金屬板板側面的磁場使磁力線在金屬板側面繞行而過。側面繞行而過。10n 高頻磁屏蔽高頻磁屏蔽是利用感應渦流的反磁場排斥原騷擾磁是利用感應渦流的反磁場排斥原騷擾磁場而達到屏蔽的目的，渦電流的大小直接影響屏蔽效果。場而達到屏蔽的目的，渦電流的大小直接影響屏蔽效果。屏蔽體電阻越小產生的感應渦流越大而且屏蔽體自身的屏蔽體電阻越小產生的感應渦流越大而且屏蔽體自身的損耗也越小。損耗也越小。所以高頻磁屏蔽材料需用良導體。所以高頻磁屏蔽材料需用

6、良導體。n 因為高頻時鐵磁材料的磁性損耗因為高頻時鐵磁材料的磁性損耗(包括磁滯損耗和渦流包括磁滯損耗和渦流損耗損耗)很大，導磁率明顯下降。很大，導磁率明顯下降。所以鐵磁材料的屏蔽不適所以鐵磁材料的屏蔽不適用于高頻磁場屏蔽。用于高頻磁場屏蔽。n 屏蔽盒上縫的方向必須順著渦流方向并且要盡可能地縮屏蔽盒上縫的方向必須順著渦流方向并且要盡可能地縮小縫的寬度。如果開縫切斷了渦流的通路則將大大影響金小縫的寬度。如果開縫切斷了渦流的通路則將大大影響金屬盒的屏蔽效果。屬盒的屏蔽效果。所以開縫方向會影響高頻磁場屏蔽。所以開縫方向會影響高頻磁場屏蔽。結論：結論：11電磁屏蔽電磁屏蔽p時變電磁場中，電場和磁場總是同

7、時存在的，通常所說的屏蔽，多指電時變電磁場中，電場和磁場總是同時存在的，通常所說的屏蔽，多指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場。磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場。p電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽(10kHz 40GHz)。p在頻率較低（近場區(qū)，近場隨著騷擾源的性質不同，電場和磁場的大小在頻率較低（近場區(qū)，近場隨著騷擾源的性質不同，電場和磁場的大小有很大差別。有很大差別。 高電壓小電流高電壓小電流騷擾源以電場為主騷擾源以電場為主（電準穩(wěn)態(tài)場忽略了感應電壓（電準穩(wěn)態(tài)場忽略了感應電壓），磁場），磁場騷擾較?。ㄓ袝r可忽略）。騷擾較?。ㄓ袝r可

8、忽略）。 低電壓高電流低電壓高電流騷騷 擾擾 源源 以以 磁磁 場場 騷騷 擾擾 為為 主主（磁準穩(wěn)態(tài)場忽略了位移電（磁準穩(wěn)態(tài)場忽略了位移電流流），電場騷擾較小。），電場騷擾較小。p隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產生輻射電磁場，并趨向于遠場騷隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產生輻射電磁場，并趨向于遠場騷擾。遠場騷擾中的電場騷擾和磁場騷擾都不可忽略，因此需要將電場和擾。遠場騷擾中的電場騷擾和磁場騷擾都不可忽略，因此需要將電場和磁場同時屏蔽，即電磁屏蔽。磁場同時屏蔽，即電磁屏蔽。12 屏 蔽 效 能屏蔽前場強屏蔽前場強 E1, H1屏蔽后場強 E2，H2p 對電、磁對電、磁場和電磁場和電磁波產生

9、衰減的作用就是波產生衰減的作用就是電磁波電磁波屏蔽屏蔽, 屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) , SH = 20 lg ( H1/ H2 ) dBp 衰減量與屏蔽效能的關系衰減量與屏蔽效能的關系例：例：40dB, 衰減比衰減比1/100 GJB151A的機箱：的機箱：60dB一般商業(yè)一般商業(yè)的機箱：的機箱： 40dB 軍用屏蔽室：軍用屏蔽室： 100dB 1E2E 13屏蔽機理屏蔽機理p設金屬平板左右兩側均為空氣，因而在左右兩個界面上出現(xiàn)波阻抗突變，入射電磁波在界面上就產生反射和透射。p 電磁能（波）的反射，是屏蔽體對電磁波衰

10、減的第一種機理，稱為反射損耗反射損耗，用R表示。p 透射入金屬板內繼續(xù)傳播，其場量 振幅要按指數(shù)規(guī)律衰減。場量的衰 減反映了金屬板對透射入的電磁能 量的吸收，電磁波衰減的第二種機 理稱為吸收損耗吸收損耗，用A表示p 在金屬板內尚未衰減掉的剩余能量達到金屬右邊界面上時，又要發(fā)生反射，并在金屬板的兩個界面之間來回多次反射。只有剩余的一小部分電磁能量透過屏蔽的空間。電磁波衷減的第三種機理，稱為多次反射修正因子多次反射修正因子，用B表示。tRAB14怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場低頻低頻磁場磁場吸收損耗小吸收損耗?。ㄚ吥w深度大（趨膚深度大）反射損耗小反射損耗小( (低阻抗低阻抗）高導電材料高導電材

11、料高導磁材料高導磁材料高導電材料高導電材料方法方法1：高導磁率材料的表面：高導磁率材料的表面增加一層高導電率材料，增加增加一層高導電率材料，增加電場波在屏蔽材料與空氣界面電場波在屏蔽材料與空氣界面上的反射損耗。上的反射損耗。方法方法2 ：低磁阻通路旁路。低磁阻通路旁路。 關關 鍵：鍵：采用高導磁率材料，采用高導磁率材料， 減少減少磁阻。磁阻。H115 磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金坡莫合金 金屬金屬鎳鋼鎳鋼冷軋鋼冷軋鋼 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103n 磁屏蔽材料手冊上給出的導磁率數(shù)據(jù)大多是直流情況下的，隨著磁屏蔽材料手冊上給出的導磁率數(shù)據(jù)大多是直流情況下的

12、，隨著 頻率增加，導磁率會下降頻率增加，導磁率會下降 ，當頻率大于，當頻率大于 時，時，導磁率更低導磁率更低。10kHz16 磁導率隨場強的變化磁導率隨場強的變化磁場強度 H磁通密度 B 飽和起始磁導率最大磁導率 = B / Hp 一對矛盾一對矛盾：當要屏蔽的磁場很強時，即為了獲得較高的屏蔽性能，當要屏蔽的磁場很強時，即為了獲得較高的屏蔽性能，需要使用導磁率較高的材料，但這種材料容易飽和。如用比較不容易需要使用導磁率較高的材料，但這種材料容易飽和。如用比較不容易飽和的材料，往往由于飽和的材料，往往由于 =較低，較低，屏蔽性能又達不到要求屏蔽性能又達不到要求。17 強磁場的屏蔽強磁場的屏蔽高導磁

13、率材料：飽和飽和低導磁率材料：屏效不夠屏效不夠低導磁率材料低導磁率材料高導磁率材料n 解決方法：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導解決方法：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導率較低的材料將磁場衰減到一定程度，然后用高導磁率材率較低的材料將磁場衰減到一定程度，然后用高導磁率材料將磁場衰減到滿足要求。料將磁場衰減到滿足要求。n 成本高、實施困難。成本高、實施困難。 18 良好電磁屏蔽的關鍵因素良好電磁屏蔽的關鍵因素屏蔽體的屏蔽體的導電連續(xù)導電連續(xù)有無穿過屏有無穿過屏蔽體的導體蔽體的導體屏蔽效能高的屏蔽體屏蔽效能高的屏蔽體不要忘記：不要忘記：選擇適當?shù)钠帘尾牧夏阒绬幔号c屏蔽體接地與否無關屏

14、蔽體的完整性（完整、封閉）屏蔽體的完整性（完整、封閉）+導電的連續(xù)性是屏蔽的關鍵導電的連續(xù)性是屏蔽的關鍵19實際屏蔽體的問題實際屏蔽體的問題p 實際機箱上有許多泄漏源：不同部分結合處的縫隙實際機箱上有許多泄漏源：不同部分結合處的縫隙通風口、顯示窗、按鍵、指示燈和通風口、顯示窗、按鍵、指示燈和電纜線、電源線電纜線、電源線等等p 影響屏蔽效能的兩個因素：影響屏蔽效能的兩個因素：屏蔽體的導電連續(xù)性和屏蔽體的導電連續(xù)性和穿過穿過屏蔽機箱的導線屏蔽機箱的導線（危害更大輻射傳導危害更大輻射傳導）。通風口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調節(jié)旋鈕電源線電源線縫隙縫隙電電纜纜線線20 遠場遠場區(qū)孔洞的屏蔽效能區(qū)孔洞的屏

15、蔽效能l lSE = 100 20lgl 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(l/h) = 0 dB Hn 當電磁波入射到一個縫隙孔洞時，其作用相當于一個偶極天線當電磁波入射到一個縫隙孔洞時，其作用相當于一個偶極天線(第二章已講述）第二章已講述）n 當縫隙的長度達到當縫隙的長度達到l = /2時，其輻射效率最高（與縫隙的寬度無時，其輻射效率最高（與縫隙的寬度無關），它幾乎可將激勵縫隙的全部能量輻射出去。關），它幾乎可將激勵縫隙的全部能量輻射出去。n 若若 l / 2 h5002fMHzl21 孔洞在孔洞在近場區(qū)近場區(qū)的屏蔽效能的屏蔽效能p 在近場區(qū)，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關在

16、近場區(qū)，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關 若若 ZC （7.9/Df）（電場源）：）（電場源）： SE = 48 + 20lg ZC 20lg l f + 20lg ( 1 + 2.3lg (l/h) ) 若若 ZC （7.9/Df）（磁場源）（磁場源） SE = 20lg ( D/l) + 20lg (1 + 2.3lg (l/h) )u ZC = 輻射源的阻抗（輻射源的阻抗（ ），），D = 孔到源的距離（孔到源的距離（m），）， l，h = 孔，洞孔，洞(mm），），f = 電磁波的頻率（電磁波的頻率（MHz）p 當電場源時，孔洞的泄漏比遠場時小（屏蔽效能較高），而當當電場源時，孔洞的泄漏

17、比遠場時?。ㄆ帘涡茌^高），而當磁場源時，孔洞磁場源時，孔洞 的泄漏比遠場時要大（屏蔽效能較低）的泄漏比遠場時要大（屏蔽效能較低）.（注意：對于磁場源，屏效與頻率無關！危害更大?。┳⒁猓簩τ诖艌鲈矗列c頻率無關！危害更大！） Dlh22 縫隙的泄漏縫隙的泄漏高頻起主要作用高頻起主要作用低頻起主要作用低頻起主要作用屏屏蔽蔽體體的的導導電電連連續(xù)續(xù)問問題題影響電阻，影響電阻，電容電容的因素：的因素：p 接觸面積（接觸點數(shù)）、接觸面的材料、接觸面的清潔程度、接觸面上的壓接觸面積（接觸點數(shù)）、接觸面的材料、接觸面的清潔程度、接觸面上的壓 力、氧化腐蝕等力、氧化腐蝕等。n 兩個表面之間的距離越近，相對

18、的面積越大，則電容越大兩個表面之間的距離越近，相對的面積越大，則電容越大 。 縫隙的阻抗越小，電磁泄漏越小，屏蔽效能越高（電容變?。┳饔每赡芟喾?，整體上，（電容變?。┳饔每赡芟喾?，整體上，高頻時高頻時電磁泄漏較大電磁泄漏較大h=0 的情況的情況縫隙23縫隙的處理縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙n 減小減小縫隙電磁泄漏的基本思路：縫隙電磁泄漏的基本思路：減小減小縫隙的阻抗（增加導電接觸點、加縫隙的阻抗（增加導電接觸點、加大兩塊金屬板之間的重疊面積、減小縫隙的寬度）大兩塊金屬板之間的重疊面積、減小縫隙的寬度）。方法：增加接觸面的平整度，增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度，方法：增加接觸面的平整度，增加緊固件

19、（螺釘、鉚釘）的密度，方法：方法：使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導電材料。使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導電材料。24電磁密封襯墊的種類n 金屬絲網(wǎng)襯墊n 導電橡膠n 指形簧片n 螺旋管襯墊25襯墊種類襯墊種類優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點適用場合適用場合導電橡膠導電橡膠同時具有環(huán)境密封同時具有環(huán)境密封和電磁密封作用，和電磁密封作用，高頻屏蔽效能高高頻屏蔽效能高需要的壓力大，需要的壓力大，價格高價格高需要環(huán)境密封和較高屏需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場合蔽效能的場合金屬絲網(wǎng)金屬絲網(wǎng)條條成本低，不易損壞成本低，不易損壞 高頻屏蔽效能，高頻屏蔽效能，適合適合1GHz以上以上的場合沒有環(huán)境的

20、場合沒有環(huán)境密封作用密封作用干擾頻率為干擾頻率為1GHz以下以下的場合的場合指形簧片指形簧片屏蔽效能高允許滑屏蔽效能高允許滑動接觸形變范圍大動接觸形變范圍大 價格高沒有環(huán)境價格高沒有環(huán)境密封作用密封作用有滑動接觸的場合屏蔽有滑動接觸的場合屏蔽性能要求較高的場合性能要求較高的場合p 導電橡膠：導電橡膠：在硅橡膠內填充占總重量在硅橡膠內填充占總重量70 80比例的金屬顆粒，如銀粉、比例的金屬顆粒，如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅橡膠良好彈性的特性，同時具有較好的導電性。橡膠良好彈性的特性，同

21、時具有較好的導電性。 26螺旋管螺旋管屏蔽效能高，屏蔽效能高，價格低價格低, 復合型復合型能同時提供環(huán)能同時提供環(huán)境密封和電磁境密封和電磁密封密封 過量壓縮時容易過量壓縮時容易損壞損壞屏蔽性能要求高的場合屏蔽性能要求高的場合有良好壓縮限位的場合有良好壓縮限位的場合需要環(huán)境密封和很高屏蔽需要環(huán)境密封和很高屏蔽效能的場合效能的場合多重導電橡多重導電橡膠膠彈性好彈性好 ，價格，價格低，低， 可以提供可以提供環(huán)境密封環(huán)境密封 表層導電層較薄，表層導電層較薄，在反復磨擦的場在反復磨擦的場合容易脫落合容易脫落需要環(huán)境密封和一般屏蔽需要環(huán)境密封和一般屏蔽性能的場合不能提供較大性能的場合不能提供較大壓力的場合

22、壓力的場合導電布襯墊導電布襯墊柔軟，需要壓柔軟，需要壓力小力小 價格低價格低 濕熱環(huán)境中容易濕熱環(huán)境中容易損壞損壞不能提供較大壓力的場合不能提供較大壓力的場合27 電磁密封襯墊的主要參數(shù)電磁密封襯墊的主要參數(shù) 屏蔽效能 (關系到總體屏蔽效能) 回彈力（關系到蓋板的剛度和螺釘間距） 最小密封壓力（關系到最小壓縮量）最大形變量（關系到最大壓縮量） 壓縮永久形變（關系到允許蓋板開關次數(shù)） 電化學相容性（關系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）28 電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封29截止波導管截止波導管損損耗耗頻率fc截止頻率截止頻率頻率高的電磁波能通過波導管，頻率低的電磁波損頻率高的電磁波能通過波導管，頻率低

23、的電磁波損耗很大！工作在截止區(qū)的波導管叫截止波導。耗很大！工作在截止區(qū)的波導管叫截止波導。截止區(qū)30 截止波導管的屏效截止波導管的屏效截止波導管 屏蔽效能=反射損耗：遠場區(qū)計算公式,近場區(qū)計算公式+吸收損耗：吸收損耗：與截止頻率有關孔洞計算屏蔽效能公式，孔洞計算屏蔽效能公式，前述前述波導壁面吸收損失波導壁面吸收損失 屏蔽效能明顯屏蔽效能明顯31 截止波導管的損耗截止波導管的損耗 不同金屬的截止波導管的損耗。不同金屬的截止波導管的損耗。 同樣情況下，波導越長，壁面吸收損失越大，屏蔽效能越好同樣情況下，波導越長，壁面吸收損失越大，屏蔽效能越好32 圓柱波導較好，但不易組合圓柱波導較好，但不易組合孔的尺度較大時，截止頻率低，大于截止頻率的干擾無法屏蔽孔的尺度較大時，截止頻率低，大于截止頻率的干擾無法屏蔽 33 通風口的處理穿孔金屬板截止波導通風板p 多個小孔構成的孔陣代替