二節(jié)完整屏蔽體屏蔽效能計算導體平板屏蔽效能課件

1、 第二節(jié) 完整屏蔽體屏蔽效能的計算 導體平板的屏蔽效能一單層屏蔽體1. 電磁波在屏蔽體x0界面處的傳播公式2.單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)3. 電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 4. 單層屏蔽體的屏蔽效能二 多層平板屏蔽體的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的計算1 吸收損耗2 反射損耗3 多次反射損耗四 平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu) 入射波場強距離吸收損耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB電磁波在穿過屏蔽體時發(fā)生衰減是因為能量有了損耗，這種損耗可以分為兩部分：反射損耗和吸收損耗。電磁波穿過一層屏蔽體時要經(jīng)過兩個界面，因此要發(fā)生兩次反射電磁波穿過屏蔽體時的反射損耗等于兩個界面上的反射損耗的總和。一單層屏

2、蔽體具有下標（1,2,3）的、分別依次表示各區(qū)域中媒質(zhì)的磁導率、介電常數(shù)和電導率；、Z分別依次表示各區(qū)域中平面電磁波的傳播常數(shù)、媒質(zhì)的本征阻抗，且用表示電磁波由區(qū)域i向區(qū)域j傳播時，分界面處的傳輸系數(shù)和反射系數(shù)。反射 2.單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)(1).不計分界面對電磁波的多次反射由圖知： 因此 式中 設(shè)E2i(0)為區(qū)域2中界面X=0處沿+X方向（從左向右）傳播的第i次反射波，那么 因此，區(qū)域2中從X=0處向右傳播的所有波的和為：式中 (2).計入分界面對電磁波的多次反射考慮分界面對電磁波的多次反射，單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)為分界面的多次反射效應體現(xiàn)于因子 沿+x方向傳播距離L后形成 ，它透

3、過區(qū)域2和區(qū)域3的分界面，在區(qū)域3中X=L處形成E3(L)，3. 電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 令 以TE、TH表示屏蔽體的電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 同理式中 分析：1. 一般，pEpH ，qE=qH=q，所以，TETH。2. 如果Z1=Z3（區(qū)域1與區(qū)域3媒質(zhì)相同）， 那么pE=pH=p，qE=qH=q，從而TE=TH=T。4. 單層屏蔽體的屏蔽效能屏蔽系數(shù):屏蔽區(qū)域中同一點屏蔽后與屏蔽前的場強之比.電場和磁場的屏蔽系數(shù)分別為： 由上述討論知，電磁波通過屏蔽體后，電場和磁場為當Z1=Z3時電場和磁場的屏蔽效能相等 無限大平板對垂直入射均勻平面波電場及磁場的屏蔽效能 一單層屏蔽體1. 電磁波在屏蔽

4、體x0界面處的傳播公式2.單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)3. 電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 4. 單層屏蔽體的屏蔽效能二 多層平板屏蔽體的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的計算1 吸收損耗2 反射損耗3 多次反射損耗四 平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu) 式中： n-1層屏蔽體的電場和磁場的屏蔽系數(shù)為 式中一單層屏蔽體1. 電磁波在屏蔽體x0界面處的傳播公式2.單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)3. 電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 4. 單層屏蔽體的屏蔽效能二 多層平板屏蔽體的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的計算1 吸收損耗2 反射損耗3 多次反射損耗四 平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu) 三. 屏蔽效能的計算設(shè)厚度為t的導體平板屏蔽體兩側(cè)

5、的區(qū)域為自由空間，則單層平板屏蔽體的屏蔽效能 吸收損耗 反射損耗 多次反射損耗1 吸收損耗令 ,和是電磁波在金屬屏蔽體中的衰減常數(shù)和相移常數(shù)。對于良導體 ，集膚深度 。自由空間傳播常數(shù)吸收損耗忽略 吸收損耗是電磁波通過屏蔽體所產(chǎn)生的熱損耗引起 當f l0MH z用0.1mm厚的銅皮制成的屏蔽體能將場強減弱100倍以上。屏蔽體可用表面貼有銅箔的絕緣材料制成。 當f 100MHz時，可在塑料殼體上鍍或噴以銅層或銀層制成屏蔽體。屏蔽材料越厚，吸收損耗越大，厚度每增加一個趨膚深度，吸收損耗增加約9dB；屏蔽材料的磁導率越高，吸收損耗越大； 屏蔽材料的電導率越高，吸收損耗越大； 被屏蔽電磁波的頻率越高，

6、吸收損耗越大。結(jié)論當f 1MH z時，用0.5mm厚的任何一種金屬板制成的屏蔽體，能將場強減弱l00倍左右。因此，在選擇材料與厚度時，應著重考慮材料的機械強度、剛度、工藝性及防潮、防腐等因素。特點t剩余電磁波E1E1 = E0e-t/入射電磁波E0趨膚深度（mm）MHz用金屬屏蔽材料的相對電導率、磁導率來表示吸收損耗， 式中t為屏蔽體厚度（mm）； 為屏蔽體的相對磁導率； 為屏蔽體相對于銅的電導率 或根據(jù)所要求的吸收衰減量，求出屏蔽體的厚度，即在頻率較高時，吸收損耗是相當大的，源 的 性 質(zhì)應用條件波阻抗反 射 損 耗 (dB)遠區(qū)平面波的波阻抗近區(qū)電場的波阻抗 近區(qū)磁場的波阻抗影響反射損耗的

7、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靠近輻射源對于特定的屏蔽材料，波阻抗越高，反射損耗越大。對于銅屏蔽材料，電場源和磁場源的波阻抗變化規(guī)律，如圖。（3）場源至屏蔽體的距離：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靠近輻射源電場波：屏蔽體距離輻射源越近，反射損耗越大。磁場波：屏蔽體距離輻射源越遠，反射損耗

8、越大。因此要獲得盡量高的屏蔽效能，如果是電場源，則屏蔽體應盡量靠近輻射源，如果是磁場，則應盡量遠離輻射源。平面波的反射損耗Rp與距離r無關(guān)，電場的反射損耗Re與距離的平方成反比，磁場的反射損耗Rm與距離的平方成正比。（4） 頻率：頻率對反射損耗的影響是從兩個方面發(fā)生，頻率升高時，電磁波的波阻抗發(fā)生變化，電場波的波阻抗變低，磁場波的波阻抗變高。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靠近輻射源頻率升高時，屏蔽材料的阻抗發(fā)生變化（變大）。綜合這兩個方面的影

9、響，就得出圖示的反射損耗特性。對于平面波，由于波阻抗一定（377），因此隨著頻率升高，反射損耗降低。注意：屏蔽材料的反射損耗并不是將電磁能量損耗掉，而是將其反射到空間，傳播到其它地方。因此，反射損耗很大并不一定是好事情，反射的電磁波有可能對其它電路造成影響。特別是當輻射源在屏蔽機箱內(nèi)時，反射波在機箱內(nèi)可能會由于機箱的諧振得到增強，對電路造成干擾。綜合屏蔽效能 (0.5mm鋁板)150250平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高頻時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）頻率總的屏蔽效能等于吸收損耗與反射損耗之和低頻：趨膚深度很大

10、，吸收損耗很小，屏蔽效能主要決于反射損耗。而反射損耗與電磁波的波阻抗關(guān)系很大，因此，低頻時不同的電磁波的屏蔽效能相差很大。電場波的屏蔽效能遠高于磁場波。高頻：頻率升高，電場波的反射損耗降低，磁場波的反射損耗增加；由于趨膚深度減小，吸收損耗增加，當頻率高到一定程度時，吸收損耗已經(jīng)很大，屏蔽效能主要由吸收損耗決定。由于屏蔽的吸收損耗與電磁波的種類（波阻抗）無關(guān)，在高頻時，不同種類的電磁波的屏蔽效能幾乎相同。電場波種類與屏蔽效能：屏蔽的難度按電場波、平面波、磁場波的順序依次增加。電場波是最容易屏蔽的，而磁場波是最難屏蔽的。特別是頻率較低的磁場波，很難屏蔽。選購屏蔽材料時，要參考廠家提供的屏蔽數(shù)據(jù)，一

11、定要搞清楚數(shù)據(jù)是在什么條件下獲得的。導電薄膜、導電涂覆層等對磁場往往屏蔽效能很低，廠家給出的屏蔽數(shù)據(jù)一般是電場波或平面波的。3 多次反射損耗多次反射損耗是電磁波在屏蔽體內(nèi)反復碰到壁面所產(chǎn)生的損耗。當屏蔽體較厚或頻率較高時，導體吸收損耗較大. 在吸收損耗大于10dB時，多次反射損耗B可以忽略。 在吸收損耗小于10dB時，多次反射損耗B必須考慮。一般情況下，自由空間的波阻抗比金屬屏蔽體的波阻抗大得多， 即Z1Z2 說明： B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 對于電場波，可以忽略對于電場波，由于大部分能量在金屬與空氣的第一個界面反射，進入金屬的能量已經(jīng)很小，造成

12、多次反射泄漏時，電磁波在屏蔽材料內(nèi)已經(jīng)傳輸了三個厚度的距離，其幅度往往已經(jīng)小可以忽略的程度。對于磁場波，在第一個界面上，進入屏蔽材料的磁場強度是入射磁場強度的2倍，因此多次反射造成的影響是必須考慮的。當屏蔽材料的厚度較厚時，形成多次反射泄漏之前，電磁波在屏蔽材料內(nèi)傳輸三個厚度的距離，衰減已經(jīng)相當大，多次反射泄漏也可以忽略。一單層屏蔽體1. 電磁波在屏蔽體x0界面處的傳播公式2.單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)3. 電場和磁場的有效傳輸系數(shù) 4. 單層屏蔽體的屏蔽效能二 多層平板屏蔽體的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的計算1 吸收損耗2 反射損耗3 多次反射損耗四 平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu) 四 平面波模型推廣到非理想屏蔽結(jié)構(gòu) 上述方法1. 將實際具有各種形