第5章-電磁屏蔽技術(shù)

第5章電磁屏蔽技術(shù)1

主要內(nèi)容

概述電場屏蔽低頻磁場屏蔽高頻磁場屏蔽電磁屏蔽

孔洞的屏蔽效能2

概述

屏蔽類型：

屏蔽是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈⑿枰雷o(hù)區(qū)域封閉起來，以抑制和控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。

屏蔽技術(shù)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）的傳輸途徑。

主動(dòng)屏蔽：屏蔽干擾源，

被動(dòng)屏蔽：屏蔽敏感體。3靜電場屏蔽靜電場的屏蔽

主動(dòng)屏蔽:接地防止電力線通過孔縫泄漏到屏蔽殼體的外部

被動(dòng)屏蔽

接地防止電力線通過孔縫侵入屏蔽殼體內(nèi)部

完全靜電場屏蔽的必要條件：1.完整的導(dǎo)體，2.接地。4

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(yīng)耦合可以用它們之間的等效耦合電容Ce進(jìn)行描述，可采用電路理論加以解釋。直觀、方便。

干擾電壓（場）Us與耦合電容Ce成正比。減少耦合電容Ce是屏蔽低頻交變電場的關(guān)鍵。

方法：增大騷擾源與接受器之間距離，或利用金屬板接地抑制干擾。5

利用金屬板接地抑制干擾接地金屬屏蔽體接地金屬板切斷干擾途徑。如不接地則可能產(chǎn)生更嚴(yán)重的干擾。

無論是靜電場或交變電場，屏蔽的必要條件是金屬體接地。6低頻：100kHz以下低頻磁場屏蔽H1R0RmH0H0RmH1R0磁路方程磁力線集中在其內(nèi)部(Rm)通過H2H2屏蔽原理：利用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料例如鐵、硅鋼片，其磁導(dǎo)率約為）對騷擾磁場進(jìn)行分路，把磁力線集中在其內(nèi)部通過，限制其在空氣中大量發(fā)散。7結(jié)論：

磁導(dǎo)率μ越高、截面積s越大，則磁路的磁阻R越小，集中在磁路中的磁通就越大，在空氣中的漏磁通就大大減少。

(主動(dòng)屏蔽)(被動(dòng)屏蔽)

用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應(yīng)開口或有縫隙。因?yàn)槿艨p隙垂直于磁力線，則會(huì)切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。8高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體（銅、鋁）高頻磁場屏蔽H＝0屏蔽原理:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達(dá)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用，抑制或抵消屏蔽體外的磁場。渦流產(chǎn)生的反向磁場增強(qiáng)了金屬板側(cè)面的磁場使磁力線在金屬板側(cè)面繞行而過。9高頻磁屏蔽是利用感應(yīng)渦流的反磁場排斥原騷擾磁場而達(dá)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(chǎn)生的感應(yīng)渦流越大而且屏蔽體自身的損耗也越小。所以高頻磁屏蔽材料需用良導(dǎo)體。因?yàn)楦哳l時(shí)鐵磁材料的磁性損耗(包括磁滯損耗和渦流損耗)很大，導(dǎo)磁率明顯下降。所以鐵磁材料的屏蔽不適用于高頻磁場屏蔽。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屬盒的屏蔽效果。所以開縫方向會(huì)影響高頻磁場屏蔽。結(jié)論：10電磁屏蔽時(shí)變電磁場中，電場和磁場總是同時(shí)存在的，通常所說的屏蔽，多指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時(shí)抑制或削弱電場和磁場。電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽(10kHz~40GHz)。在頻率較低（近場區(qū)，近場隨著騷擾源的性質(zhì)不同，電場和磁場的大小有很大差別。

高電壓小電流騷擾源以電場為主（電準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場－忽略了感應(yīng)電壓），磁場騷擾較?。ㄓ袝r(shí)可忽略）。

低電壓高電流騷擾源以磁場騷擾為主（磁準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場－忽略了位移電流），電場騷擾較小。隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產(chǎn)生輻射電磁場，并趨向于遠(yuǎn)場騷擾。遠(yuǎn)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(shí)屏蔽，即電磁屏蔽。11

屏蔽效能屏蔽前場強(qiáng)

E1,H1屏蔽后場強(qiáng)

E2，H2對電、磁場和電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁波屏蔽,屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2),SH=20lg(H1/H2)dB

衰減量與屏蔽效能的關(guān)系例：40dB,衰減比＝1/100GJB151A的機(jī)箱：60dB一般商業(yè)的機(jī)箱：40dB軍用屏蔽室：100dB12屏蔽機(jī)理設(shè)金屬平板左右兩側(cè)均為空氣，因而在左右兩個(gè)界面上出現(xiàn)波阻抗突變，入射電磁波在界面上就產(chǎn)生反射和透射。電磁能（波）的反射，是屏蔽體對電磁波衰減的第一種機(jī)理，稱為反射損耗，用R表示。透射入金屬板內(nèi)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(jī)理．稱為吸收損耗，用A表示

在金屬板內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量達(dá)到金屬右邊界面上時(shí)，又要發(fā)生反射，并在金屬板的兩個(gè)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(jī)理，稱為多次反射修正因子，用B表示。RAB13怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗?。ㄚ吥w深度大）反射損耗小(低阻抗）高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料方法1：高導(dǎo)磁率材料的表面增加一層高導(dǎo)電率材料，增加電場波在屏蔽材料與空氣界面上的反射損耗。方法2：低磁阻通路旁路。關(guān)鍵：采用高導(dǎo)磁率材料，

減少磁阻。H114

磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr103

磁屏蔽材料手冊上給出的導(dǎo)磁率數(shù)據(jù)大多是直流情況下的，隨著頻率增加，導(dǎo)磁率會(huì)下降，當(dāng)頻率大于時(shí)，導(dǎo)磁率更低。15

磁導(dǎo)率隨場強(qiáng)的變化磁場強(qiáng)度H磁通密度B飽和起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率=B/H

一對矛盾：當(dāng)要屏蔽的磁場很強(qiáng)時(shí)，即為了獲得較高的屏蔽性能，需要使用導(dǎo)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=較低，屏蔽性能又達(dá)不到要求。16

強(qiáng)磁場的屏蔽高導(dǎo)磁率材料：飽和低導(dǎo)磁率材料：屏效不夠低導(dǎo)磁率材料高導(dǎo)磁率材料

解決方法：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導(dǎo)率較低的材料將磁場衰減到一定程度，然后用高導(dǎo)磁率材料將磁場衰減到滿足要求。成本高、實(shí)施困難。17

良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)有無穿過屏蔽體的導(dǎo)體屏蔽效能高的屏蔽體不要忘記：選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧夏阒绬幔号c屏蔽體接地與否無關(guān)屏蔽體的完整性（完整、封閉）+導(dǎo)電的連續(xù)性是屏蔽的關(guān)鍵18實(shí)際屏蔽體的問題

實(shí)際機(jī)箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈和電纜線、電源線等

影響屏蔽效能的兩個(gè)因素：屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性和穿過屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)線（危害更大＝輻射＋傳導(dǎo)）。通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙電纜線19

遠(yuǎn)場區(qū)孔洞的屏蔽效能llSE=100–20lgl–20lgf+20lg（1+2.3lg(l/h))=0dB

H當(dāng)電磁波入射到一個(gè)縫隙孔洞時(shí)，其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線(第二章已講述）

當(dāng)縫隙的長度達(dá)到l=/2時(shí)，其輻射效率最高（與縫隙的寬度無關(guān)），它幾乎可將激勵(lì)縫隙的全部能量輻射出去。若l

/2

h20

孔洞在近場區(qū)的屏蔽效能在近場區(qū)，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)

若ZC

（7.9/Df）（電場源）：

SE=48+20lgZC–20lglf+20lg(1+2.3lg(l/h))

若ZC

（7.9/Df）（磁場源）

SE=20lg(D/l)+20lg(1+2.3lg(l/h))

ZC=輻射源的阻抗（），D=孔到源的距離（m），

l，h=孔，洞(mm），f=電磁波的頻率（MHz）

當(dāng)電場源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場時(shí)?。ㄆ帘涡茌^高），而當(dāng)磁場源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場時(shí)要大（屏蔽效能較低）.（注意：對于磁場源，屏效與頻率無關(guān)！危害更大?。?/p>

Dlh21縫隙的泄漏高頻起主要作用低頻起主要作用屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)問題影響電阻，電容的因素：

接觸面積（接觸點(diǎn)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。

兩個(gè)表面之間的距離越近，相對的面積越大，則電容越大?？p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，高頻時(shí)電磁泄漏較大h=0的情況縫隙22縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙

減小縫隙電磁泄漏的基本思路：減小縫隙的阻抗（增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、加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：使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料。23電磁密封襯墊的種類金屬絲網(wǎng)襯墊

導(dǎo)電橡膠

指形簧片

螺旋管襯墊24襯墊種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合導(dǎo)電橡膠同時(shí)具有環(huán)境密封和電磁密封作用，高頻屏蔽效能高需要的壓力大，價(jià)格高需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場合金屬絲網(wǎng)條成本低，不易損壞高頻屏蔽效能，適合1GHz以上的場合沒有環(huán)境密封作用干擾頻率為1GHz以下的場合指形簧片屏蔽效能高允許滑動(dòng)接觸形變范圍大價(jià)格高沒有環(huán)境密封作用有滑動(dòng)接觸的場合屏蔽性能要求較高的場合導(dǎo)電橡膠：在硅橡膠內(nèi)填充占總重量70～80％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橡膠良好彈性的特性，同時(shí)具有較好的導(dǎo)電性。25螺旋管屏蔽效能高，價(jià)格低,復(fù)合型能同時(shí)提供環(huán)境密封和電磁密封過量壓縮時(shí)容易損壞屏蔽性能要求高的場合有良好壓縮限位的場合需要環(huán)境密封和很高屏蔽效能的場合多重導(dǎo)電橡膠

彈性好，價(jià)格低，可以提供環(huán)境密封表層導(dǎo)電層較薄，在反復(fù)磨擦的場合容易脫落需要環(huán)境密封和一般屏蔽性能的場合不能提供較大壓力的場合導(dǎo)電布襯墊柔軟，需要壓力小價(jià)格低濕熱環(huán)境中容易損壞不能提供較大壓力的場合26

電磁密封襯墊的主要參數(shù)

屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)

回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距）最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量）壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開關(guān)次數(shù)）電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）27

電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封28截止波導(dǎo)管損耗頻率fc截止頻率頻率高的電磁波能通過波導(dǎo)管，頻率低的電磁波損耗很大！工作在截止區(qū)的波導(dǎo)管叫截止波導(dǎo)。截止區(qū)29

截止波導(dǎo)管的屏效截止波導(dǎo)管屏蔽效能=反射損耗：遠(yuǎn)場區(qū)計(jì)算公式,近場區(qū)計(jì)算公式+吸收損耗：與截止頻率有關(guān)孔洞計(jì)算屏蔽效能公式，前述波導(dǎo)壁面吸收損失屏蔽效能明顯30

截止波導(dǎo)管的損耗不同金屬的截止波導(dǎo)管的損耗。同樣情況下，波導(dǎo)越長，壁面吸收損失越大，屏蔽效能越好31圓柱波導(dǎo)較好，但不易組合孔的尺度較大時(shí)，截止頻率低，大于截止頻率的干擾無法屏蔽32

通風(fēng)口的處理穿孔金屬板截止波導(dǎo)通風(fēng)板

多個(gè)小孔構(gòu)成的孔陣代替一個(gè)大孔，提高孔的截止頻率。33

截止波導(dǎo)管的設(shè)計(jì)步驟孔洞的泄漏不能滿足屏蔽要求SE確定截止波導(dǎo)管的截面形狀