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1、电磁屏蔽技术探讨louis.tian 摘要：讨论了电磁屏蔽技术，包括电磁屏蔽的技术原理、屏蔽材料的性能和应用场合、屏蔽技术的注意事项、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施。 关键词：电磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽效能引言近几年来，随着电磁兼容工作的开展，电磁屏蔽技术应用得越来越广泛。为了对电磁屏蔽技术有更深入的理解，应当对屏蔽材料的性能和应用场合、屏蔽技术的注意事项、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施等进行更深入的探讨。1 电磁屏蔽的技术原理电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施；或用金属屏蔽材料将电磁敏感电路封闭起来，使
2、其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。1.1 静电屏蔽用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，如果将金属屏蔽体接地，则外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。1.2 交变电场屏蔽为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。1.3 交变磁场屏
3、蔽交变磁场屏蔽有高频和低频之分。低频磁场屏蔽是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好。当然要与设备的重量相协调。高频磁场的屏蔽是利用高电导率的材料产生的涡流的反向磁场来抵消干扰磁场而实现的。1.4 交变电磁场屏蔽一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。2 屏蔽效能计算屏蔽效能（SE）的定义是：在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度
4、与加屏蔽体后的电磁场强度之比。常用分贝数(dB)表示。SE=ARB （1）式中：A为吸收损耗；R为反射损耗；B为多次反射损耗。2.1 电磁波反射损耗由于空气和屏蔽金属的电磁波阻抗不同，使入射电磁波产生反射作用。而空气的电磁波阻抗在不同场源和场区中是不一样的，分别计算如下。磁场源近场中的反射损耗R(dB)为式中：r为相对磁导率；r为相对电导率；f为电磁波频率（Hz）；D为辐射源到屏蔽体的距离（cm）。电场源近场中的反射损耗R(dB)为电磁场源远场中的反射损耗R(dB)为R=16810log10(rf/r) （4）2.2 电磁波吸收损耗当进入金属屏蔽内的电磁波在屏蔽金属内传播时，由于衰减而产生吸收
5、作用。吸收损耗A(dB)为式中：d为屏蔽材料厚度（mm）。2.3 多次反射损耗电磁波在屏蔽层间的多次反射损耗B(dB)为式中：Zm为屏蔽金属的电磁波阻抗；Zw为空气的电磁波阻抗。当A10dB时，一般可以不计多次反射损耗。2.4 屏蔽效能计算实例场源距离不同材料的屏蔽体（厚度0.254mm）30cm远的屏蔽效能（dB）计算结果见表1。表1中近场和远场的分界点为/2，为电磁场的波长。表1 场源距离不同材料的屏蔽体（厚度0.254mm）30cm远的屏蔽效能dB频率/Hz铜铁铝磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场603.46空空3.22空空空空空1k24.89空空14.66空空
6、空空空10k44.92212.73128.7351.50217.50134.00空空空150k69.40190.20130.40188.0308.0248.00空空空1M97.60185.40141.60391.0479.0435.0088.00176.0-15M205.0245.0225.01102.01143.01123.0174.0215.0-100M418.0426.0422.01425.01434.01430.0342.0350.0-3 屏蔽的注意事项3.1 屏蔽的完整性如果屏蔽体不完整，将导致电磁场泄漏。特别磁场屏蔽，它利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而
7、削弱高频磁场干扰。如果屏蔽体不完整，涡流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣。3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和应用场合电磁屏蔽技术的进展，促使屏蔽材料的形式不断发展，而不再局限于单层金属平板模式，屏蔽效能也不断提高。应用时要特别注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和应用场合。3.2.1 金属平板电子设备采用金属平板做机箱，既坚固耐用，又具有电磁屏蔽作用。其电磁屏蔽效能与金属平板材料性质、电磁场源性质、电磁场源与金属平板的距离、屏蔽体接地状况等参数有关。各种金属屏蔽材料的性能见表2。表2 各种金属屏蔽材料的性能金属屏蔽材料相对于铜的电导率（Cu=5.8107/m）f=150kHz时的相对磁导率f=150
8、kHz时的吸收损耗/(dB/m)银1.05152铜1.00151金0.70142铝0.61140锌0.29128黄铜0.26126镉0.23124镍0.20123磷青铜0.181122铁0.171000650钢450.101000500坡莫合金0.03800002500不锈钢0.0210002203.2.2 屏蔽薄膜当今许多电子设备采用工程塑料做机箱，由于工程塑料的加工工艺性能好，使机箱既造型美观，又成本低、质量轻。但工程塑料无电磁防护性能。屏蔽薄膜是采用喷涂、真空沉积、电镀和粘贴等工艺技术，在工程塑料和有机介质的表面覆盖一层导电膜，从而起到平板屏蔽的作用。一般导电膜的厚度小于电磁波在其内部传
9、播波长的1/4。几种喷涂工艺达到的屏蔽效能见表3。表3 几种喷涂工艺达到的屏蔽效能喷涂工艺厚度/m电阻/(/mm2)屏蔽效能/dB锌热喷涂254.05060镍基涂层500.50.23075银基涂层250.050.16070铜基涂层250.56070石墨基涂层257.5202040电 镀0.750.185化学镀1.250.036070真空沉积1.255105070电离镀1.00.0150不同厚度的铜薄膜的屏蔽效能见表4。表4 铜薄膜的屏蔽效能厚度/m频率/HzARB屏蔽效能/dB0.1051M0.1410947620.1051G0.447917621.251M0.1610926831.251G5
10、.20790.6842.1961M0.291090.61102.1961G9.20790.69021.961M2.901093.510821.961G92790171表头或显示器的屏蔽，可在表头或显示器的正面设置透光导电材料来实现。透光导电材料是在有机介质或玻璃的表面覆盖一层导电膜，使其既透光，又具有一定的屏蔽效能。不同透光率导电玻璃的屏蔽效能见表5。表5 不同透光率导电玻璃的屏蔽效能透光率1MHz10MHz100MHz1000MHz6094724621659068421671846236117578563068074522843.2.3 金属丝网当有通风、透光、加水、测量等需要时，要在设备外
11、壳上开孔，为提高设备的电磁屏蔽效果，应采用金属丝网的孔眼屏蔽。或用于电子设备壳体的接缝处，提供有效的电磁屏蔽。孔眼的屏蔽效能SE（dB）与电磁波的频率、孔眼的尺寸和数量等参数有关。为提高孔眼的屏蔽效能可采取以下措施：1）在大口径孔眼上覆盖金属丝网，要使丝网与屏蔽体接触良好；2）将大孔改为小孔；3）采用波导衰减器式通风口；4）在透光和测量孔上覆盖有金属丝网的屏蔽玻璃；5）在需要水、气密封的孔上垫含有橡胶等材料的金属丝网。下面介绍几种常用的金属丝网屏蔽材料。3.2.3.1 全金属丝网衬垫全金属丝网衬垫是一种弹性的、导电的编织型金属衬垫丝网条，用于电子设备壳体的接缝处，提供有效的电磁屏蔽。应用时，铸
12、造或机加工的壳体选用矩形截面的全金属丝网衬垫，板金壳体选用圆形截面的全金属丝网衬垫，压缩量为原高度的25左右。全金属丝网衬垫的屏蔽效能见表6。表6 全金属丝网衬垫的屏蔽效能dB材 料磁场（100kHz）电场（10MHz）平面波1GHz10GHz镀银黄铜8013510595镀锡包铜钢8013010595镀锡磷青铜80130110100铝601309080镍铜合金6013090803.2.3.2 环境密封金属丝网衬垫环境密封金属丝网衬垫是由编织金属丝网和橡胶结合而成，环境密封金属丝网衬垫除能提供有效的电磁屏蔽外，还可以提供有效的环境密封。可用于电子设备壳体的固定接缝处或者活动接缝处，例如门缝等。一
13、般压缩量为原高度的25左右。其中带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能见表7。表7 带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能dB材 料磁场（100kHz）电场（10MHz）平面波1GHz10GHz镀锡包铜钢8013010595镀锡磷青铜8013011095镍铜合金6012590803.2.3.3 金属丝网屏蔽玻璃金属丝网屏蔽玻璃是将金属丝网压在两层玻璃之间，不仅能提供有效的电磁屏蔽，还可以提供有效的透光。可用于电子设备的观察窗口，例如表头、数字或图象显示器等。金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能见表8。表8 金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能dB材 料磁场（100kHz）电场（10MHz）平面波1GHz10GHz黑化铜丝网，开孔60551206040黑化铜丝网，开孔455512080503.2.3.4 铝制蜂窝通风板铝制蜂窝通风板是由铝框中的铝制蜂窝构成。波导型的蜂窝不仅具有电磁屏蔽效能，而且具有高的空气流通性。可用于电子设备的通风窗口。铝制蜂窝通风板的屏蔽效能见表9。表9 铝制蜂窝通风板的屏蔽效能dB材 料磁场(100kHz)电场(10MHz)平面波1GHz10GHz单层镀铬酸盐40806040单
