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1、<p>回顾 l接地含义及分类 l安全接地 l信号接地 l地线中的干扰 l接地点选择 l减少地线干扰的措施 2 本次课内容 l搭接 l屏蔽 Ø屏蔽分类和原理 Ø屏蔽效能和理论 Ø屏蔽效能的计算 Ø几种实用的屏蔽技术和设计要点 预期学习目标 v7. 展现对考虑电磁兼容下搭接技术的理解。 v8. 展现对考虑电磁兼容下屏蔽技术的理解及 应用屏蔽技术的要点，能简单分析计算屏蔽 效能。 3 4 搭接 5 l搭接实现了接地、屏蔽、滤波等抑制电磁干扰的技术 措施和设计目的。 l是指两个导电金属物体之间通过机械、化学或物理方 法
2、实现结构连接，在装置、设备或电子系统的元件或 微型组件之间建立一条稳定的低阻抗电气通路的工艺 过程。 l搭接的目的在于为电流的流动提供一个均匀的结构面 和低阻抗通路，以避免在相互连接的两金属件间形成 电位差。因为这种电位差可能引起电磁干扰。 l导体的搭接阻抗一般很小，在一些电路的性能设计中 往往不予考虑。但是，在分析电磁骚扰时，特别是在 高频电磁骚扰情况下，就必须考虑搭接阻抗的作用。 6 l良好搭接是减小电磁干扰，实现电磁兼容性所必 须的。良好搭接的作用在于： Ø减少设备间电位差引起的骚扰。 Ø减少接地电阻，从而降低接地公共阻抗骚扰和 各种地回路骚扰。 &a
3、mp;#216;实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目的。 Ø防止雷电放电的危害，保护设备等的安全。 Ø防止设备运行期间的静电电荷积累，避免静电 放电骚扰。 Ø此外，可以保护人身安全，避免电源与设备外壳 偶然短路时所形成的电击伤害等。 7 l搭接类型分为两种基本类型：直接搭接和间接搭接 。 Ø直接搭接是两裸金属或导电性很好的金属特定部位 表面的直接接触，牢固地建立一条导电良好的电气 通路。直接搭接的连接电阻的大小取决于搭接金属 接触面积、接触压力、接触表面的杂质和接触表面 硬度等因素。 Ø实际工程中，有许多情
4、况要求两种互连的金属导体 在空间位置上分离或者保持相对的运动，显然这一 要求妨碍了直接搭接方式的实现。此时，就需要采 用搭接带(搭接条)或者其它辅助导体将两个金属物 体连接起来，这种连接方式称为间接搭接。间接搭 接的连接电阻等于搭接条两端的连接电阻之和与搭 接条电阻相加。 ü搭接条在高频时呈现很大的阻抗，所以，高频时多 采用直接搭接，除非设备需要移动或者抗机械冲击 时，才用间接搭接。 8 l搭接方法可分为永久性和半永久性搭接两种。 Ø永久性搭接是利用熔焊、钎焊、压接等工艺方法，使 两种金属物体保持固定连接。永久性搭接在装置的全 寿命期内，应保持固定的安装位置
5、，不要求拆卸检查 、维修或者做系统更改。在预定的寿命期内应具有稳 定的低阻抗电气性能。 Ø半永久性搭接是利用螺钉、夹具等辅助器件使两种金 属物体保持连接的方法，它有利于装置的更改、维修 和替换部件，有利于测量工作，可以降低系统造成成 本。 Ø熔接、焊接、锻造等方法都可以实现两金属间的裸面 接触。搭接前需要对搭接体表面进行净化处理，有时 还在搭接体表面镀银或金来覆盖一层良导电层。 9 l不良搭接影响抑制电磁干扰措施的实施效果。 例子： Ø 下图中，干扰源与敏感设备之间接一型滤波器 。该滤波器是一个低通滤波器，其作用是滤除设 备电源线中的高频骚
6、扰分量。 10 Ø在高频情况下，旁路电容器的电抗呈低阻抗，出现 在电源线上的干扰信号沿着通路被旁路至地。因 此，干扰信号不会到达敏感设备，达到了滤波目的 。 Ø如果搭接不良，搭接处就会形成搭接阻抗ZBRB jLB，当搭接阻抗大到一定值时，将有干扰电流经 图中通路到达敏感设备，使滤波器起不到隔离干 扰的作用。 11 l为实现良好搭接，操作中所采取的措施： (p153) 12 屏蔽 13 l屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁骚扰 的有效方法之一。一般而言，凡是电磁骚扰都可 以采用屏蔽的方法来抑制。 l目的：是采用屏蔽体包围电磁骚扰源，以抑制电 磁骚扰源对其周
7、围空间存在的接受器的干扰；或 采用屏蔽体包围接受器，以避免骚扰源对其干扰 。 l作用原理：利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收 和引导作用。 14 屏蔽分类和原理 15 电磁屏蔽的类型 电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽 和电磁场屏蔽。 16 静电屏蔽 电磁场理论表明，置于静电场中的导体在静电平衡 的条件下，具有性质： （p155） 即使其内部存在空腔的导体，在静电场中也具有这 些性质。 ü如果把有空腔的导体置入静电场中，由于空腔导体 的内表面无静电荷，空腔空间中也无电场，所以空 腔导体起了隔离外部静电场的作用，抑制了外部静 电场对空腔空间的骚扰。 ü
8、如果把空腔导体接地，即使空腔导体内部存在带电 体产生的静电场，在空腔导体外部也无由空腔导体 内部存在的带电体产生的静电场。这就是静电屏蔽 的理论依据，即静电屏蔽原理。 17 例子： Ø当空腔屏蔽体内部存在带有正电荷Q的带电体时，空腔屏 蔽体内表面会感应出等量的负电荷，而空腔屏蔽体外表面 会感应出等量的正电荷，如下图(a)所示。 Ø仅用空腔屏蔽体将静电场源包围起来，实际上起不到屏蔽 作用。 Ø只有将空腔屏蔽体接地(如下图(b)，这样空腔屏蔽体外表 面感应出的等量正电荷沿接地导线进入接地面，其所产生 的外部静电场就会消失，才能将静电场源产生的电
9、力线封 闭在屏蔽体内部，屏蔽体才能真正起到静电屏蔽的作用。 18 l空腔屏蔽导体对外来静电场的屏蔽 Ø当空腔屏蔽体外部存在静电场骚扰时，由 于空腔屏蔽导体为等位体，所以屏蔽体内 部空间不存在静电场(见右图)，实现静电 屏蔽。 Ø空腔屏蔽导体外部存在电力线，且电力线 终止在屏蔽体上。 Ø屏蔽体的两侧出现等量反号的感应电荷。 Ø当屏蔽体完全封闭时，不论空腔屏蔽体是 否接地，屏蔽体内部的外电场均为零。但 是，实际的空腔屏蔽导体不可能是完全封 闭的理想屏蔽体，如果屏蔽体不接地，就 会引起外部电力线的入侵，造成直接或间 接静电耦合。
10、 ü为了防止这种现象，此时空腔屏蔽导体仍 需接地。 19 ü静电屏蔽必须具有两个基本要点：完整的屏 蔽导体和良好的接地。 交变电场的屏蔽 l交变电场的屏蔽原理采用电路理论加以解释较为直观 、方便，因为骚扰源与接受器之间的电场感应耦合可 用它们之间的耦合电容进行描述。 Ø设骚扰源g上有一交变电 压Ug，在其附近产生交 变电场，置于交变电场 中的接受器s通过阻抗Zs 接地，骚扰源对接受器 的电场感应耦合可以等 效为分布电容Ce的耦合 。接受器上产生的骚扰 电压Us为： （1） 21 Ø从上式中可以看出，骚扰电压Us的大小与耦合
11、电容Ce 的大小有关。为了减小骚扰，可使骚扰源与接受器尽 量远离，从而减小Ce，使骚扰Us减小。 ü如果骚扰源与接受器间的距离受空间位置限制无法加 大时，则可采用屏蔽措施。 Ø在骚扰源与接受器之 间插入屏蔽体。 v插入屏蔽体后， 原来 的耦合电容Ce的作用 现在变为耦合电容C1 、 C2和C3的作用。 v直接耦合作用非常小 ， 所以耦合电容C3可 以忽略。 22 设金属屏蔽体的对地阻抗为Z1， 则屏蔽体上的感应电 压为 从而接受器上的感应电压为 如果要使Us比较小，则必须使C1、C2和Z1减小。从 式(2)可知，只有Z10，才能使U10，进而Us0。 &am
12、p;#252;屏蔽体必须良好接地，才能真正将骚扰源产生的骚扰 电场的耦合抑制或消除，保护接受器免受骚扰。 （3） （2） 23 v如果屏蔽导体没有接地或接地不良(因为平板电容 器的电容量与极板面积成正比，与两极板间距成反 比，所以耦合电容C1、C2均大于Ce)，那么接受器 上的感应骚扰电压比没有屏蔽导体时的骚扰电压还 要大，此时骚扰比不加屏蔽体时更为严重。 ü交变电场屏蔽的基本原理是采用接地良好的金属屏 蔽体将骚扰源产生的交变电场限制在一定的空间内 ，从而阻断了骚扰源至接受器的传输路径。 ü 注意：交变电场屏蔽要求 屏蔽体必须是良导体(例 如金、银、铜、铝等
13、)， 屏蔽体必须有良好的接地 。 24 低频磁场的屏蔽 l低频(100 kHz以下)磁场的屏蔽常用高磁导率的铁磁 材料(例如铁、硅钢片等)。 l其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对骚扰磁场 进行分路。 l磁路理论表明： UmRm·m 式中：Um为磁路中两点间的磁位差；m为通过磁路 的磁通量，即：（5） （4） 25 Rm为磁路中两点a、b间的磁阻： 如果磁路横截面是均匀的，且磁场也是均匀的，则 式(6)可化简为 式中：H为磁场强度，B为磁通密度，为铁磁材料的 磁导率(H/m)；S为磁路的横截面积(m2)；l为磁路的 长度(m)。显然，磁导率大则磁阻Rm小，此时磁通 主要沿着磁
14、阻小的途径形成回路。 ü由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率0大得多， 所以铁磁材料的磁阻很小。将铁磁材料置于磁场中 时，磁通将主要通过铁磁材料，而通过空气的磁通 将大为减小，从而起到磁场屏蔽作用。 （7） （6） 26 下图所示的屏蔽线圈用铁磁材料作屏蔽罩。 v由于其磁导率很大，其磁阻比空气小得多，因此如图 (a)，线圈所产生的磁通主要沿屏蔽罩通过，被限制 在屏蔽体内，从而使线圈周围的元件等不受线圈磁场 的影响或骚扰。 v图(b)所示，外界磁通也将通过屏蔽体而很少进入屏 蔽罩内，从而使外部磁场不致骚扰屏蔽罩内的线圈。 27 ü使用铁磁材料作屏蔽体时要注意的问
15、题（p157） 。 28 高频磁场的屏蔽 l其屏蔽原理：利用电磁感应现象在屏蔽体表面所 产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的，也就是 说，利用了涡流反磁场对于原骚扰磁场的排斥作 用，来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。 l高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料 ，例如铜、铝等。 l闭合回路上产生的感应电动势等于穿过该回路的 磁通量的时变率。 l感应电动势引起感应电流，感应电流所产生的磁 通要阻止原来磁通的变化，即感应电流产生的磁 通方向与原来磁通的变化方向相反。 29 l如下图所示，当高频磁场穿过金属板时，在金属板 中就会产生感应电动势，从而形成涡流。 Ø金属板中的涡流电流产生的反
16、向磁场将抵消穿过金 属板的原磁场。 Ø感应涡流产生的反磁场增强了金属板侧面的磁场， 使磁力线在金属板侧面绕行而过。 30 l如果用良导体作成屏蔽盒，将线圈置于屏蔽盒内，如 下图， Ø则线圈所产生的磁场将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而 被限制在屏蔽盒内。 Ø外界磁场也将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而不能进入 屏蔽盒内，从而达到磁场屏蔽的目的。 31 l屏蔽盒上产生的涡流的大小直接影响屏蔽效果。 l屏蔽线圈的等效电路如下图所示。把屏蔽盒看成是一 匝的线圈，I为线圈的电流，M为屏蔽盒与线圈之间的 互感，rs、Ls为屏蔽盒的电阻与电感，Is为屏蔽盒上产 生
17、的涡流。显然 （8） 32 对式(8)讨论如下。 Ø1)频率：在频率高时，rsRH 52 Ø 多次反射损耗B的计算（p166） 式中, Zw为干扰场的特征阻抗; 为屏蔽材料的特征阻 抗。 ?多次反射损耗是电磁波在屏蔽体内反复碰到壁面所产 生的损耗。 ?当屏蔽体较厚或频率较高时, 导体吸收损耗较大, 这样 当电磁波在导体内经一次传播后到达屏蔽体的第二分 界面时已很小, 再次反射回金属的电磁波能量将更小。 ü 多次反射的影响很小, 所以在吸收损耗大于15 dB时, 多次反射损耗B可以忽略。 ü 在屏蔽体很薄或频率很低时, 吸收
18、损耗很小, 此时必须 考虑多次反射损耗。 （23 ） 53 l金属屏蔽体孔阵所形成的电磁泄漏, 仍可采用等 效传输线法来分析, 其屏蔽效能表达式为 (24) 非实心型的屏蔽体屏效的计算 Ø 式中各参数的单位均为分贝(dB)。 Ø 式前三项分别对应于实心型屏蔽体的屏蔽效能计算式中的 吸收损耗、 反射损耗和多次反射损耗。 后三项是针对非实 心型屏蔽引入的修正项目。 Ø 式中, Aa为孔的传输衰减; Ra为孔的单次反射损耗; Ba为 多次反射损耗; K1为与孔个数有关的修正项; K2为由趋肤深 度不同而引入的低频修正项; K3为由相邻孔间相互耦合而 引入的修正项。 54 Ø 各项的计算公式如下： (1) Aa项: 当入射波</p>
