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1、第第四章（四章（2） 电磁屏蔽技术电磁屏蔽技术 电磁电磁屏蔽的屏蔽的原理原理 屏蔽材料的选择屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计实际屏蔽体的设计1;.屏蔽屏蔽n屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个：n一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域；n二是防止外来的辐射进入某一区域。n屏蔽按其机理可分为：n 电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。2电场屏蔽的机理电场屏蔽的机理AABBC1C2UAUBUASC2C3C4图1：电场感应示意图图2：电场屏蔽作用的分析3电场屏蔽的设计要点电场屏蔽的设计要点n为了获得良好的电场屏蔽效果，注意以下几点是必要的：x屏蔽板以靠近受保护物为好，而且屏蔽板的接地
2、必须良好。此举目的是增大C4的值；x屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。例如，全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果，而开孔或带缝隙的屏蔽盒，其屏蔽效能都会受到不同程度的影响。此举主要是影响剩余电容C1的值；x屏蔽板的材料以良导体为好，但对厚度并无要求，只要有足够强度就可以了。4磁场屏蔽的机理磁场屏蔽的机理n磁场屏蔽通常是对直流或甚低频磁场的屏蔽，其效果比对电场屏蔽和电磁场屏蔽要差得多，因此磁场屏蔽是个棘手的问题。n磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。H1H0磁场屏蔽的机理5磁场屏蔽的设计要点磁场屏蔽的设计要点n提高磁场屏蔽效能的
3、主要措施有：x选用高导磁率的材料，如坡莫合金；x增加屏蔽体的壁厚；n以上两条均是为了减少屏蔽体的磁阻；x被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上，以尽量减少通过被屏蔽物体体内的磁通；x注意磁屏蔽体的结构设计，凡接缝、通风孔等均可能增加磁屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果。为此，可以让缝隙或长条形通风孔循着磁场方向分布，这有利于屏蔽体在磁场方向的磁阻减小；6磁场屏蔽的设计要点磁场屏蔽的设计要点l 对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。l 对要屏蔽外部强磁场的，则屏蔽体外层要选用不易磁饱和的材料，如硅钢等；而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料，如坡莫合金等
4、。反之，如果要屏蔽内部强磁场时，则材料排列次序要倒过来。在安装内外两层屏蔽体时，要注意彼此间的磁绝缘。当没有接地要求时，可用绝缘材料做支撑件。若需要接地时，可选用非铁磁材料（如铜、铝）做支撑件。但从屏蔽体能兼有防止电场感应的目的出发，一般还是要接地的。7电磁场屏蔽的机理电磁场屏蔽的机理n电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收两种方式。H1/E1H0/E0电磁场屏蔽的机理8电磁场屏蔽的机理电磁场屏蔽的机理n与前面已讲述的电场屏蔽及磁场屏蔽的机理不同，电磁屏蔽对于电磁波的衰减有三种不同的机理：l当电磁波在到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射
5、。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定厚度，只要求交界面上的不连续；l未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减。这种物理过程被称为吸收；l在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，在遇到金属与空气不连续的交界面时，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。9电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 10实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB11波
6、阻抗的概念波阻抗电场为主电场为主 E 1/ r3 H 1 / r2磁场为主磁场为主 H 1/ r3 E 1/ r2平面波平面波 E 1/ r H 1/ r377/ 2到观测点距离 rE/H12吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1 = E0e-t/ A 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) dB0.37E0 A 8.69 ( t / ) dBA = 3.34 t f rr dB13反射损耗 R 20 lgZW4 Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。ZS = 3.68 10-7 f r
7、/r远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变14不同电磁波的反射损耗远场: R 20 lg3774 Zs4500Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m）f = 电磁波的频率（MHz）2 D fD f Zs Zs电场: R 20 lg磁场: R 20 lgdB15影响反射损耗的因素150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源16综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)150250平面波平面波00.1k 1k 10k 100k
8、1M 10M高频时高频时电磁波种类电磁波种类的影响很小的影响很小电场波电场波 r = 0.5 m磁场波磁场波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）频率17多次反射修正因子的计算电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。B = 20 lg ( 1 - e -2 t / )说明：说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略对于电场波，可以忽略18怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料19高导磁率材
9、料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS20磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 10321磁导率随场强的变化磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率 = B / H22强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料低导磁率材料高导磁率材料23加工的影响2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后24良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体屏蔽体导电连续导电连续没有穿过屏没有穿过屏蔽体的导体蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体屏蔽效能高的屏蔽体不
10、要忘记：不要忘记：选择适当的屏蔽材料你知道吗：与屏蔽体接地与否无关25实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙26远场区孔洞的屏蔽效能LLSE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2H27孔洞在近场区的屏蔽效能若若ZC （7.9/Df）：（说明是电场源）：（说明是电场源）SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) )若若ZC （7.9/Df）：（说明是
11、磁场源）：（说明是磁场源）SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）28缝隙的泄漏低频起主要作用低频起主要作用高频起主要作用高频起主要作用29缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙30电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层的)螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布31电磁密封衬垫的主要参数 屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能) 回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距） 最小密封压力（关系到最小压缩量）最大形变量（关系到最大压缩
12、量） 压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数） 电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）32电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封33截止波导管损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区34截止波导管的屏效截止波导管 屏蔽效能=反射损耗：远场区计算公式近场区计算公式+吸收损耗圆形截止波导：32 t / d矩形截止波导：27.2 t / l孔洞计算屏蔽效能公式35截止波导管的设计步骤孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 确定截止波导管的截面形状 确定要屏蔽的最高的频率 f 确定波导管的截止频率 fc 计算截止波导管的截面尺寸 由SE 确定截止波导管的长度 5f36显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器37操作器件的处理屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽上截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出38通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板39贯通导体的处理40
