屏蔽技術(shù)1電磁屏蔽原理屏蔽的定義利用磁性材料或者低阻課件

1、第二章屏蔽技術(shù)電磁屏蔽原理屏蔽的定義利用磁性材料或者低阻金屬材料（鋁、銅）等制成容器將需要隔離的設(shè)備、裝置、電路全部包起來稱之為屏蔽。屏蔽的作用：其一是將容器里的設(shè)備、裝置、電路不去干擾容器外邊的接收器，其二是容器外邊的電磁干擾源對容器里邊的接收器不構(gòu)成干擾。屏蔽的分類：靜電屏蔽：主要防止靜電藕合干擾；屏蔽磁屏蔽：主要防止低頻磁場干擾；電磁屏蔽：主要防止高頻場的干擾。靜電屏蔽消除兩個(gè)設(shè)備、裝置及電路之間由于分布電容藕合所產(chǎn)生的靜電場干擾稱之為靜電屏蔽。 屏蔽的機(jī)理：利用低阻金屬材料制成容器使其內(nèi)部的電力線不傳到外部，而外部的電力線也不影響到內(nèi)部，把電場終止在屏蔽殼體接地來實(shí)現(xiàn) 由電磁場理論可知

2、，導(dǎo)體在電場中要產(chǎn)生靜電平衡，導(dǎo)體是個(gè)等位體，導(dǎo)體表面是個(gè)等位面，即導(dǎo)體內(nèi)部的靜電場為零也就是說導(dǎo)體不讓電力線通過。要達(dá)到靜電屏蔽的目的，一定要將屏蔽殼體接地要求屏蔽外殼接地電阻愈低愈好。一般設(shè)計(jì)在1歐以下2低頻磁場屏蔽從狹義角度，是指甚低頻(VLF)和極低頻(ELF)的磁場屏蔽。主要屏蔽機(jī)理是利用高導(dǎo)磁材料具有低磁阻的特性，使磁場盡可能通過磁阻很小的屏蔽殼體，而盡量不擴(kuò)散到外部空間。屏蔽殼體對磁場起磁分路作用。其屏蔽效能主要取決于屏蔽材料的磁導(dǎo)率；隨著頻率增加，材料的電導(dǎo)率也起一定作用。圖中A是磁場源，B是接受設(shè)備，C是磁場屏蔽體低頻磁場屏蔽材料選擇原則：(1)屏蔽層的開口或縫隙處不能切斷磁

3、力線（見課本P44圖）(2)屏蔽材料的磁導(dǎo)率要足夠高；(3)屏蔽層數(shù)要滿足要求；(4)屏蔽層厚度要厚。不能用于高頻，否則，由于磁性損耗導(dǎo)至導(dǎo)磁率明顯下降。3. 電磁屏蔽電磁屏蔽用金屬和磁性材料對電場和磁場即電磁波進(jìn)行隔離稱之為電磁屏蔽。（這種屏蔽通常用在10kHz以上高頻段中） 1屏蔽原理 ：（)傳輸線理論：將屏蔽殼體比作為傳輸線，并認(rèn)為輻射場通過金屬時(shí)，在外表面被反射一部分，部分在金屬內(nèi)傳播：被吸收而受到衰減。（這一理論與行波在傳輸線上傳播的理論類似，而且計(jì)算也方便，精度也高，是當(dāng)前廣泛采用的一種分析方法。） (2)渦流效應(yīng)：電磁波在金屬殼體上產(chǎn)生感應(yīng)渦流，而這些渦流又產(chǎn)生了與原磁場反相的磁

4、場，抵消削弱了原磁場而達(dá)到屏蔽作用。（這種方法忽略磁導(dǎo)率的因子，誤差大，應(yīng)用受到局限） (3)電磁矢量分析：用電磁失量方程來分析，精確度很高。（由于計(jì)算復(fù)雜也受到一定限制）2.2 屏蔽效能屏蔽殼體可以做成金屬隔板式、盒式，也可以作成電纜屏蔽和連接器屏蔽。屏蔽的殼體一般有實(shí)芯型、非實(shí)芯型(如金屬網(wǎng))和金屬編織帶幾種類型，后者主要用作電線的屏蔽。各種屏蔽體的性能，均用該屏蔽體的屏蔽效果來表示。屏蔽效能用下述方式來定義：(1)用相應(yīng)的磁場比；(2)用相應(yīng)的電場比；(3)用場內(nèi)所討論的點(diǎn)在屏蔽插入前、后的功率密度比；(4)屏蔽前表面入射波場強(qiáng)與這表面輻射出場強(qiáng)之比，于是屏蔽效能SE(Shielding

5、 Effectiveness)為影響屏蔽效果的大小的因素：1.與屏蔽材料的性能有關(guān)，2.與輻射頻率、屏蔽體與輻射源的距離、以及殼體上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。在進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先了解待屏蔽區(qū)域屏蔽前的場強(qiáng)及屏蔽以后允許的場強(qiáng)分別是多少，兩者的差值即為所需的屏蔽效果。3均勻屏蔽(金屬板屏蔽體)在均勻屏蔽理論中是把金屬板屏蔽體看成是無洞、無孔、無縫隙、地為無限大的均勻平面，屏蔽效能主要是由屏蔽方式和屏蔽材料決定的。 目前，供評定屏蔽材料用的屏蔽效能計(jì)算公式，常用的是謝昆諾夫公式。它是利用傳輸線原理，在屏蔽板是薄的無限大平面和入射波為垂直入射的橫電磁波條件下成立時(shí)，用一段長度為屏蔽板厚

6、度，特性阻抗為屏蔽本征阻抗的有損耗傳輸線代替金屬屏蔽板，金屬板的屏蔽效能SE(dB)為SE=A1+A2+A3A1吸收損耗(dB)； A2第一內(nèi)邊界、第二邊界的反射功率損耗之和(dB)，A 2=R1+R2； A3屏蔽的內(nèi)表面之間的多次反射的因素(dB)。若A115dB時(shí), A3可忽略。 r干擾源離金屬板的距離(m)。 當(dāng)Al10時(shí)，A3可以直接從圖37中查得。在一定條件下，金屬箔越薄，屏蔽效能越高有人對0.036、0.107和0.249mm三種不同厚度的電解銅箔屏蔽效能進(jìn)行實(shí)測，結(jié)果表明0.036厚的電解銅箔材料屏蔽效能最好。由實(shí)測可以看出謝昆諾夫公式在高頻和屏蔽體厚度很薄的情況下是不適用的。

7、（見課本P表）頻率和厚度又是有關(guān)的：由電磁場理論可知，電磁波在良導(dǎo)體中的衰減很快，用集膚深度表示：集膚深度控制理論頻率高則集膚深度小，就是說屏蔽效果相同時(shí)，頻率高，則屏蔽體厚度就小。趨膚深度舉例反射損耗 R 20 lgZW4 Zs反射損耗與波阻抗有關(guān)，波阻抗越高，則反射損耗越大。ZS = 3.68 10-7 f r/r遠(yuǎn)場：377近場：取決于源的阻抗同一種材料的阻抗隨頻率變不同電磁波的反射損耗遠(yuǎn)場: R 20 lg3774 Zs4500Zs = 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

8、綜合屏蔽效能 (0.5mm鋁板)150250平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高頻時(shí)電磁波種類的影響很小電場波 r = 0.5 m磁場波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）頻率怎樣屏蔽低頻磁場？低頻磁場低頻磁場吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料4.非實(shí)心型屏蔽應(yīng)用場合包括：(1)需要帶眼的屏蔽 (2)需要設(shè)置通風(fēng)孔、電纜或?qū)Ь€的進(jìn)出孔、照明孔、照傷孔、加水孔和電表的安裝孔等；(3)為便于人們查看而留且的屏蔽不連續(xù)。這種不連續(xù)包括緊密連接的兩金屬面間的接縫(如兩金屬板用鉚接或螺釘緊固時(shí)殘留的縫隙)和兩金屬扳間置入金屬襯墊后形成的開口和縫隙。實(shí)際屏蔽體的問題通風(fēng)

9、口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(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、電纜線、電源線等電源線縫隙非實(shí)心型屏蔽金屬網(wǎng)屏蔽金屬編織物屏蔽蜂房式金屬結(jié)構(gòu)屏蔽（用許多并列的六角形金屬管焊在一起構(gòu)成的，其中每一個(gè)金屬管都起著波導(dǎo)衰減器的作用）等?？锥吹钠帘涡躍E = 以長方形孔為例，孔深為L，與電場垂直的矩形孔寬度為W孔洞的屏蔽效能實(shí)踐證明，即使非常密織的金屬網(wǎng)，其屏蔽效能也比金屬板差很多。特別在高頻時(shí)就差得很明顯。當(dāng)需要100dB以上的屏蔽效能時(shí)。必須采用雙層和多層金屬網(wǎng)屏蔽。屏蔽材料的選擇屏蔽效能屏蔽材料，其中包括小孔金屬材料(如金屬網(wǎng)、沖孔金屬板)、偽均勻金

10、屬材料(如金屬化噴涂)和實(shí)心金屬材料(加金屬箔、金屬板等)。這些材料可以分成兩類：鐵磁性材料和非鐵磁性材料。除極簿的金屬箔以外，都可以按式來計(jì)算屏蔽效能。 計(jì)算結(jié)果表明，有些金屬對電磁波的吸收損耗很大(見表64) 如鎳鋼為354dB/ m，坡莫合金為2528dBm。但是由于它們的價(jià)格昂貴，而局限了它們的用途。因此只有在常用的金屬，如銅、鋁、鐵中加以考慮來選擇。續(xù)表 表高阻抗場對鋼、鋁、鐵的反射損耗 2材料選擇(1)價(jià)格與加工工藝，坡莫合金在熱處理和加工過程中會降低值，一般不宜采用。鋁不易焊接，一般也不宜采用。 (2)耐腐蝕性，因?yàn)槠帘尾牧隙紝儆诮饘俨牧?，所以在鹽霧氣候和潮濕條件下會使異種材料連

11、接處發(fā)生電化學(xué)腐蝕和自身的銹蝕。所以應(yīng)選擇有鍍層保護(hù)的金同材料、耐腐蝕性強(qiáng)的材料。(3)材料特性，這是選擇屏蔽材料主要考慮的問題，即由屏蔽材料的吸收損耗和反射損耗來選擇。金屬箔應(yīng)選擇電導(dǎo)率大的非鐵磁性材料。金屬網(wǎng)應(yīng)選擇電導(dǎo)率大的非鐵磁性材料。有關(guān)金屬板屏蔽材料應(yīng)該這樣選擇：低阻抗磁場選擇吸收損耗A1大的金屬；高阻抗電場和平面波選擇反射損耗A2大的金屬；磁場和平面波選擇吸收損耗大的鐵磁性金屬材料2.4屏蔽的應(yīng)用1設(shè)備組件的屏蔽 有些設(shè)備內(nèi)部有發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、繼電器、變壓器等元件，它們產(chǎn)生的電磁場對設(shè)備里的敏感部件有干擾，有時(shí)無法工作。這時(shí)需要將干擾源和敏感部件進(jìn)行屏蔽處理。 2連接器的屏蔽 對電

12、纜端頭、螺釘、溝槽、螺栓、墊圈進(jìn)行屏蔽，從面消除由于它們處理不當(dāng)而引起的電磁干擾。 3設(shè)備的屏蔽 設(shè)備的外殼對內(nèi)部易受干擾的組件進(jìn)行屏蔽保護(hù)，此時(shí)設(shè)備的外殼要按屏蔽要求來設(shè)計(jì)。但其殼體為了電源線、控制線、信導(dǎo)線的輸入、輸出線等，還有散熱，通風(fēng)等原因需在殼體上開孔開窗，這就造成電氣不連續(xù)使屏蔽效能大大降低，造成外殼泄漏或易受干擾。在小窗上裝上金屬網(wǎng)或者使孔隙的尺寸滿足最小波長的要求(對縫隙的直線尺寸要求小于110波長洞孔尺寸小于15波長)。在結(jié)構(gòu)裝配上要充分考慮屏蔽性，要裝導(dǎo)電性填料或金屬密封墊片。 4電纜的屏蔽 電纜是傳送信息的途徑，也是干擾的傳送途徑，電纜可在各種電磁環(huán)境敷設(shè)，高電平電纜輻射

13、干擾，低電平電纜感受干擾，而且電纜又是成束地敷設(shè)的，其藕合干擾也不小。為了衰減輻射干擾和降低感受度，對電纜要進(jìn)行屏蔽，為此屏蔽又是電纜去耦的方法，并要良好接地才能達(dá)到好的屏蔽效果。2.5專門的屏蔽材料和元件 為使一些特殊應(yīng)用場合下的屏蔽，例如非永久性開口的屏蔽或者通過連接器進(jìn)出屏蔽系統(tǒng)的濾波器的屏蔽能保持必要的屏蔽效果，研制了各種專門的屏蔽材料和元件 電磁密封襯墊金屬接縫處的配合表面，通常難于作得十分規(guī)則，這就要導(dǎo)致不允許的電磁泄漏。如果將一種具有導(dǎo)電性能的襯墊材料堵塞在接續(xù)中間，就可以在不提高接合面加工精度的情況下，使接縫具有較高的電磁屏蔽能力。電磁密封襯墊的種類 金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和

14、空心的)導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導(dǎo)電布螺旋管電磁密封襯墊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）選用、成型和安裝射頻襯墊材料時(shí)，必須遵循的準(zhǔn)則：應(yīng)把襯墊放置于接縫、蓋板縫和邊角等容易形成射頻輻射的地方。但是，襯墊的總面積應(yīng)盡可能小一些。為使襯墊具有良好的射頻密封作用，外加的緊固力應(yīng)不小于1.2kgcm，使能破壞襯墊表面的防護(hù)膜，實(shí)現(xiàn)良好的低阻接觸。 為了避免襯墊承受過大的壓力，在某些接縫中可以設(shè)置必要的“止動銷”。 對于需要多次使用的襯墊外加緊固力不應(yīng)超過材料彈性極限的33。 如果襯墊表面受到腐蝕，則其射頻屏蔽效果將降低。因此，應(yīng)正確選擇接合金屬，以盡量減小腐蝕并排除電解液作用于不同金屑表面的可能。 應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境溫度的要求，選擇合適的襯墊材料。2 彈性指簧彈性指簧通常安裝于門框上，如微波烘箱的箱門以及用作電磁干擾試驗(yàn)室的房門。它必須保證門關(guān)上后，射頻能量無法從門縫中穿過。當(dāng)需要通過一個(gè)開口經(jīng)常進(jìn)出時(shí)，彈性指簧則被當(dāng)作射頻