EMC設計之屏蔽技術

1、楊繼深 2002年4月第三章 電磁屏蔽技術 屏蔽材料的選擇 實際屏蔽體的設計楊繼深 2002年4月電磁屏蔽屏蔽前的場強E1屏蔽后的場強E2對電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁屏蔽,電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 楊繼深 2002年4月實心材料屏蔽效能的計算入射波場強距離吸收損耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB楊繼深 2002年4月波阻抗的概念波阻抗電場為主電場為主 E 1/ r3 H 1 / r2磁場為主磁場為主 H 1/ r3 E 1/ r2平面波平面波 E 1/ r H 1/ r377/ 2到觀測點距離 rE/H楊繼深 2002年

2、4月吸收損耗的計算t入射電磁波E0剩余電磁波E1E1 = E0e-t/ A 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) dB0.37E0 A 8.69 ( t / ) dBA = 3.34 t f rr dB楊繼深 2002年4月趨膚深度舉例楊繼深 2002年4月反射損耗 R 20 lgZW4 Zs反射損耗與波阻抗有關，波阻抗越高，則反射損耗反射損耗與波阻抗有關，波阻抗越高，則反射損耗越大。越大。ZS = 3.68 10-7 f r/r遠場：377近場：取決于源的阻抗同一種材料的阻抗隨頻率變楊繼深 2002年4月不同電磁波的反射損耗遠場: R 20 lg3774 Z

3、s4500Zs = 屏蔽體阻抗， D = 屏蔽體到源的距離（m）f = 電磁波的頻率（MHz）2 D fD f Zs Zs電場: R 20 lg磁場: R 20 lgdB楊繼深 2002年4月影響反射損耗的因素150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 電場r = 1 m靠近輻射源r = 30 m磁場 r = 1 m靠近輻射源楊繼深 2002年4月綜合屏蔽效能 (0.5mm鋁板)150250平面波平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高頻時高頻時電磁波種類電磁波種類的影響很小的影響很小電場波電場波 r

4、= 0.5 m磁場波磁場波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）頻率楊繼深 2002年4月多次反射修正因子的計算電磁波在屏蔽體內多次反射，會引起附加的電磁泄漏，因此要對前面的計算進行修正。B = 20 lg ( 1 - e -2 t / )說明：說明： B為負值，其作用是減小屏蔽效能為負值，其作用是減小屏蔽效能 當趨膚深度與屏蔽體的厚度相當時，可以忽略當趨膚深度與屏蔽體的厚度相當時，可以忽略 對于電場波，可以忽略對于電場波，可以忽略楊繼深 2002年4月怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導電材料高導磁材料高導電材料楊繼深 2002年4月高導磁率材料的磁旁路效果H0H1H0R

5、sR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS楊繼深 2002年4月低頻磁場屏蔽產(chǎn)品楊繼深 2002年4月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 103楊繼深 2002年4月磁導率隨場強的變化磁通密度 B 磁場強度 H飽和起始磁導率最大磁導率 = B / H楊繼深 2002年4月強磁場的屏蔽高導磁率材料：飽和低導磁率材料：屏效不夠低導磁率材料低導磁率材料高導磁率材料楊繼深 2002年4月加工的影響2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后楊繼深 2002年4月良好電磁屏蔽的關鍵因素屏蔽體

6、屏蔽體導電連續(xù)導電連續(xù)沒有穿過屏沒有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楊繼深 2002年4月實際屏蔽體的問題通風口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調節(jié)旋鈕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、電纜線、電源線等電源線縫隙楊繼深 2002年4月遠場區(qū)孔洞的屏蔽效能LLSE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2H楊繼深 2002年4月孔洞在近場區(qū)的屏蔽效能若若ZC （7.9/Df）：（說明是電場源）：（說

7、明是電場源）SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) )若若ZC （7.9/Df）：（說明是磁場源）：（說明是磁場源）SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：對于磁場源，屏效與頻率無關?。ㄗ⒁猓簩τ诖艌鲈矗列c頻率無關?。罾^深 2002年4月縫隙的泄漏低頻起主要作用低頻起主要作用高頻起主要作用高頻起主要作用楊繼深 2002年4月縫隙的處理電磁密封襯墊縫隙楊繼深 2002年4月電磁密封襯墊的種類 金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導電橡膠(不同導電填充物的)指形簧片(不同表面

8、涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導電布楊繼深 2002年4月指形簧片楊繼深 2002年4月螺旋管電磁密封襯墊楊繼深 2002年4月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）楊繼深 2002年4月電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封楊繼深 2002年4月截止波導管損耗頻率fc截止頻率頻率高的電磁波能通過波導管，頻率低的電磁波損耗很大！工作在截止區(qū)的波導管叫截止波導。截止區(qū)楊繼深 2002年4

9、月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+吸收損耗圓形截止波導：32 t / d矩形截止波導：27.2 t / l孔洞計算屏蔽效能公式楊繼深 2002年4月截止波導管的損耗楊繼深 2002年4月截止波導管的設計步驟孔洞的泄漏不能滿足屏蔽要求SE 確定截止波導管的截面形狀 確定要屏蔽的最高的頻率 f 確定波導管的截止頻率 fc 計算截止波導管的截面尺寸 由SE 確定截止波導管的長度 5f楊繼深 2002年4月顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器楊繼深 2002年4月操作器件的處理屏蔽體上開小孔屏蔽體上栽上截止波導管用隔離艙將操作器件隔離出楊繼深 200

10、2年4月通風口的處理穿孔金屬板截止波導通風板楊繼深 2002年4月貫通導體的處理楊繼深 2002年4月屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法在內部可將電纜延伸在內部可將電纜延伸表面做導電清潔處理，保持表面做導電清潔處理，保持360度連接度連接注意防腐注意防腐屏蔽互套屏蔽互套屏蔽體邊界屏蔽體邊界屏蔽電纜屏蔽電纜與電纜套與電纜套360度搭接度搭接楊繼深 2002年4月搭接 電子設備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：電纜屏蔽層與機箱之間搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接 濾波器與機箱之間的搭接 不同機箱之間的地線搭接楊繼深 2002年4月搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預期干擾電流路徑實際干擾電流路徑楊繼深 2002年4月搭接不良的機箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!楊繼深 2002年4月搭接阻抗的測量機柜搭接阻抗頻率寄生電容導線電感并聯(lián)諧振點VIZ = V / I楊繼深 2002年4月不同的搭接條楊繼深 2002年4月頻率不同搭接方式不同楊繼深 2002年4月搭接面的腐蝕金屬 電極電位 金屬 電極電位 鎂 / 鎂合金