第五章屏蔽技術(shù)1

5.2電屏蔽5.3

磁屏蔽5.4電磁屏蔽5.1概述5.5電磁屏蔽設(shè)計要點第五章屏蔽技術(shù)2.目的：限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域（主動屏蔽）防止外來的干擾能量進入某一區(qū)域（被動屏蔽）5.1概述屏蔽的含義：用屏蔽體將電磁干擾能量限制在一定范圍內(nèi)。屏蔽體可以是導電的、導磁的、介質(zhì)的或帶有非金屬吸收填料的。3.原理：二次場理論（一次場作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場);

反射衰減理論兩種解釋形式不同，但本質(zhì)是相同的4.屏蔽的分類（按工作原理）

電屏蔽：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽（利用良好接地的金屬導體制作）

磁屏蔽：靜磁屏蔽、低頻交變磁場屏蔽（利用高導磁率材料構(gòu)成低磁阻通路）

電磁屏蔽：用于高頻電磁場的屏蔽（利用導體表面的反射和導體中的衰減來隔離電磁場的耦合）屏蔽效能(SE)屏蔽效能：屏蔽體性能的定量評價。定義：或或電屏蔽效能磁屏蔽效能E0、H0——未加屏蔽時空間中某點的電（磁）場；E1、H1——加屏蔽后空間中該點的電（磁）場；無屏蔽場強有屏蔽場強

屏蔽效能SE

（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰減量與屏蔽效能的關(guān)系不同用途機箱對屏蔽效能的要求機箱類型屏蔽效能SE（dB）民用產(chǎn)品40以下軍用設(shè)備60TEMPEST設(shè)備80屏蔽室、屏蔽艙100以上

分類：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽5.2電屏蔽電屏蔽的作用：防止兩個設(shè)備（元件、部件）間的電容性耦合引起的干擾靜電屏蔽原理：靜電平衡要求：完整的屏蔽導體和良好接地2.低頻交變電場屏蔽目的：抑制低頻電容性耦合干擾分析方法：應(yīng)用電路理論分析（a）未加屏蔽（b）

加屏蔽（忽略CSR的影響）SRCSR0未加屏蔽的耦合CRUS

UN0

～加屏蔽的耦合SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPCPUp

P討論:（1）屏蔽體不接地，若CP<<CSP，CPRCR/(CPR+CR)<<CSP顯然，屏蔽體不接地，非但不能起到屏蔽作用，反而會增加

干擾效應(yīng)。加屏蔽的耦合SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPCPUp

P屏蔽體接地SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRP（2）屏蔽體接地（3）屏蔽體接地時，CSR的影響～CSRCRUS

UN1

CRP等效電路屏蔽體起到良好的屏蔽作用。具體的低頻電屏蔽結(jié)構(gòu)，利用感應(yīng)電壓正比于干擾場強的性質(zhì)，利用路的方法計算屏蔽效能電屏蔽的屏蔽效能UN0為未加屏蔽前接收器上的感應(yīng)電壓，UN1為屏蔽后感受器上的感應(yīng)電壓為獲得良好的電屏蔽效果，在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：

合理設(shè)計屏蔽體的形狀，完全封閉

的屏蔽效果最好，開孔或有縫會使

屏蔽效果受到一定影響；屏蔽體必須良好接地，最好是屏蔽體直接接地；電屏蔽體應(yīng)選用良導體。3.電屏蔽的設(shè)計要點正確選擇接地點，靠近被屏蔽的低電平元件的接地點。SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPUp

PGS

GP

GR

UG

就電屏蔽而言，對厚度沒有要求，

只要屏蔽體結(jié)構(gòu)的剛性和強度滿

足要求即可。4.多級級聯(lián)電路的屏蔽盒結(jié)構(gòu)對多級級聯(lián)電路而言，為防止級間寄生耦合，各級之間要進行屏蔽隔離。在結(jié)構(gòu)上，通常公用一個屏蔽盒，級間用中隔板分開，其蓋子有共蓋和分蓋兩種形式。（1）共蓋結(jié)構(gòu)（各級屏蔽共用一個蓋子）～CSUS

UR

CR等效電路ZR

ZG

共蓋結(jié)構(gòu)～CSCRUS

ZRZG

～CSUS

UR

CR等效電路ZR

ZG

干擾源US耦合到負載ZR上的干擾電壓：屏蔽體接地良好，ZR>>ZG討論：減小ZG可減小UR，提高屏蔽體的電屏蔽效能結(jié)論：為提高共蓋結(jié)構(gòu)的屏蔽效能，可在中間隔板上加裝專用螺母，改善蓋子與盒體中隔板的電接觸，減小縫隙影響。亦可在中間隔板與蓋板間安放導電襯墊改善接觸。（2）分蓋結(jié)構(gòu)（每一個屏蔽隔板間單獨用蓋子封閉）～CSUS

UR

CR等效電路ZR

ZG2

分蓋結(jié)構(gòu)～CSCRUS

ZRCZG2ZG1CZG1

干擾源US耦合到負載ZR上的干擾電壓：屏蔽體接地良好，ZR>>ZG1,ZG2分蓋結(jié)構(gòu)的屏蔽效能優(yōu)于共蓋結(jié)構(gòu)5.3磁屏蔽（消除或抑制磁場與被干擾回路的磁耦合）1．原理

低頻磁屏蔽（f<30kHz）:

利用高導磁率鐵磁材料，（如鐵、硅鋼片、坡莫合金），對干擾磁場進行分路。

高頻磁屏蔽：利用低電阻的良導體中形成的渦電流產(chǎn)生反向磁通抑制入射磁場。2．屏蔽效能計算解析方法：圓柱腔、球殼的屏蔽效能計算近似方法：應(yīng)用磁路的方法。如：長為l、橫截面為S的一段屏蔽材料，其磁阻為的方程外磁場的磁標位3.磁屏蔽效能的計算(1)

薄壁球形屏蔽體的磁屏蔽效能內(nèi)半徑為a、外半徑為b，外加均勻磁場方法：磁標位ab邊界條件：時，時，解得：故若，則令、屏蔽效能

非球形腔體的屏蔽效能

球形腔體的屏蔽效能若t→0，即（V——屏蔽體的體積）等效半徑：例：長方體屏蔽盒尺寸為：、壁厚。試計算用鋼板和坡莫合金作屏蔽材料時的SE。解：鋼：合金：4.磁屏蔽體的設(shè)計要點磁屏蔽體應(yīng)選用鐵磁性材料。磁屏蔽腔內(nèi)若含有磁性元件時，應(yīng)使磁性元件與

屏蔽體內(nèi)壁留有一定的空隙，以防止磁短路現(xiàn)象磁屏蔽效能隨壁厚的增加而提高，但壁厚不宜超

過2.5mm。當單層屏蔽不能滿足要求時，可采用雙

層或多層屏蔽結(jié)構(gòu)屏蔽強磁場時，要防止屏蔽體的磁飽和。

選用不易飽和的磁性材料，如優(yōu)質(zhì)硅鋼；

增加屏蔽體的壁厚

采用雙層或多層屏蔽屏蔽體上的接縫與孔洞的排列方向應(yīng)盡可能使

磁路長度增加量最小。根據(jù)磁屏蔽機理，屏蔽體不需接地，但為了防止電場感應(yīng)，一般還是接地為好磁屏蔽體的設(shè)計要點（續(xù)）注意：高導磁材料的磁導率一般是指直流狀態(tài)下，隨著頻率

的增加，磁導率會逐漸下降。鐵磁材料通常具有飽和性，當磁場增大到一定值時，

磁導率下降，且磁導率越高，飽和特性越明顯。高導磁率材料在機械加工過程中，因敲打、彎曲等

機械應(yīng)力會使材料的磁導率明顯下降。在設(shè)計時，應(yīng)考慮實際的工作頻率和干擾磁場強度，在制造時盡量避免過多的機械加工及加工后做適當?shù)娜?nèi)部應(yīng)力處理。5.4電磁屏蔽（用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間的傳播）1.電磁屏蔽的原理和分析原理：①表面反射（R—反射損耗）②屏蔽材料吸收衰減（A—吸收損耗）③多次反射（B—多次反射修正）分析方法：①電路理論。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，計算屏蔽體上的渦流的屏蔽效應(yīng)來計算屏蔽效能。

②電磁場理論。通過計算電磁波在屏蔽體表面的反射、折射及在屏蔽體內(nèi)部的衰減來計算屏蔽效能。③等效傳輸線理論。通過計算行波在有損耗、非均勻傳輸線中的反射和衰減來計算屏蔽效能。t2單層金屬板的電磁屏蔽效能均勻平面波垂直入射到無限大的導體板上（厚度為t）導電媒質(zhì)的本征阻抗：傳播常數(shù)：屏蔽效能：良導體：良導體：空氣中電磁波的波阻抗：a.遠場：b.近場（以電場為主）：c.近場（以磁場為主）：反射系數(shù)：透射系數(shù)：12一次投射：x＝0面上：屏蔽效能計算（設(shè)入射波場強）反射波：透射波：二次投射：x＝0面上：x＝t面上：反射波：透射波：x＝t面上：反射波：tx213反射波：透射波：n次透射：……總透射場強即：故：——相對于銅的電導率，銅：——厚度（mm）。①吸收損耗A(dB)結(jié)論：①屏蔽材料越厚，吸收損耗越大，厚度增加一個趨膚深度，吸收損耗增加得9dB；②磁導率越高，吸收損耗越大；③電導率越高，吸收損耗越大；④頻率越高，吸收損耗越大.——相對磁導率；良導體②反射損耗R(dB)波阻抗良導體：a.遠場：b.近場：電場源媒質(zhì)本征阻抗頻率升高，反射損耗減小c.近場：磁場源頻率升高，反射損耗增加反射損耗與頻率的關(guān)系③

多次反射修正B（dB）而故：當時，通?？珊雎訠。當時，，則反射損耗：電場源磁場源屏蔽效能：吸收損耗：遠區(qū)場（或平面波源）：多次反射修正：有些書上：近區(qū)場：如無法判定場源性質(zhì)，選磁場源的計算公式綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)良導體對電場波的屏蔽性能優(yōu)于對平面波的良導體對平面波的屏蔽性能優(yōu)于對磁場波的例1

有一個大功率線圈的工作頻率為20kHz，在離線圈0.5m處置一鋁板以屏蔽線圈對設(shè)備的影響。設(shè)鋁板厚度為0.5mm。試計算其屏蔽效能。解：

屏蔽體處于哪個場區(qū)：近場大功率線圈——強磁場，干擾為磁場源，干擾場主要為磁場.故又故注意：實際測量中得到的屏蔽效能不超過250dB設(shè)備的最大屏蔽效能一般在80～120dB屏蔽效能超過100dB即可認為屏蔽體是不可穿透的。t2x21t1d式中：3.雙層屏蔽的電磁屏蔽效能總反射損耗多次反射修正總吸收損耗①的多次反射②的多次反射空氣層中的多次反射t2x21t1d通常兩層之間的空氣中的多次反射起主要作用，則當兩屏蔽層采用同一金屬材料且相同厚度時，4.薄膜屏蔽工程塑料機箱具有造型美觀、加工方便、質(zhì)量輕等優(yōu)點。如何使機箱具有屏蔽作用？通過噴涂、真空沉積以及粘貼等技術(shù)在機箱上包裹一層導電薄膜。設(shè)薄膜厚度為t，電磁波在薄膜中的波長為，當，稱這種屏蔽層為薄膜屏蔽。由于薄膜屏蔽導電層很薄，吸收損耗可以忽略，屏蔽效能主要由反射損耗和多次反射修正因子確定，可以按金屬平板屏蔽的相關(guān)公式進行計算。屏蔽層厚度105nm1250nm21960nm頻率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收損耗A0.0140.440.165.22.992反射損耗R109791097910979修正因子B-47-17-25-0.6-3.50屏蔽效能SE62628384108171銅薄膜屏蔽層屏蔽效能5.非實心型屏蔽體的電磁屏蔽效能（電氣上存在不連續(xù)的屏蔽體）實際機箱上有許多泄漏源:信號線的出入口，電源線的出入口，通風散熱孔，接縫處的縫隙等。電磁能量的泄漏主要不決定于金屬的物理特性，而決定于孔縫的尺寸、形狀及位置。屏蔽腔上孔的影響（FDTD仿真）屏蔽腔上孔的影響(f=300MHz)屏蔽腔上孔的影響(f=2700MHz)總泄漏場實際屏蔽體的綜合屏蔽效能：非實心型屏蔽體屏蔽效能的計算公式（采用非均勻屏蔽理論）假定通過不同途徑透入的場強同相位，其誤差不超過2dB設(shè)各泄漏因素的等效屏蔽效能因子為例2

設(shè)某一頻率下，機殼屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，各泄漏因素的等效屏蔽效能因子為：（1）濾波與連接器面板：101dB；（2）通風孔92dB;（3）門泄漏：88dB;（4）接縫泄

漏：83dB。求機箱的總屏蔽效能。解：6.裝配面處接縫泄漏的抑制故

設(shè)金屬屏蔽體上有一縫隙，其間隙為g，屏蔽板厚度為t，入射波電場為E0，經(jīng)縫隙泄漏到屏蔽體中的場為Ep

，當g<(10/3)δ時，有g(shù)t增大t，或減小g，可提高縫隙的屏蔽效能增大縫隙深度，或減小縫隙的寬度，來提高縫隙的電磁屏蔽效能例3.在例1中開一縫隙，若其寬度為0.5mm、0.25mm、0.1mm，分別求其屏蔽效能（鋁板厚0.5mm）

。解：當當當已知無縫隙時的屏蔽效能：SE＝54.83dB縫隙的處理（加電磁襯墊進行電磁密封處理）電磁襯墊是一種表面導電的彈性物質(zhì)，安裝在金屬結(jié)合處，保證導電連續(xù)性。使用電磁襯墊可降低對接觸面平整度的要求，減少結(jié)合處的緊固螺釘。但應(yīng)選用導電性能好的襯墊材料，有足夠厚度，能填充最大縫隙，對襯墊加足夠壓力，并保持接觸面清潔。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(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導電布襯墊金屬絲網(wǎng)屏蔽襯墊用金屬絲鉤織成的管狀襯墊，便宜，耐用?？捎糜跈C柜，機箱的門，蓋板的縫隙處屏蔽。橡膠芯金屬絲網(wǎng)屏蔽襯墊彈性好，可以防塵，可通過淋雨試驗?？捎糜跈C柜，機箱的門，蓋板的縫隙處屏蔽?？赏瑫r滿足屏蔽和環(huán)境密封的要求。導電橡膠指形簧片屏蔽效能高，壓力低，可以承受剪切力，耐用，彈性好導電布襯墊可作為低閉合力的屏蔽襯墊，也可制成帶狀用于轉(zhuǎn)角連接處的屏蔽。螺旋管襯墊不同屏蔽襯墊的特點7.通風孔的屏蔽通風孔必不可少，但會破壞屏蔽結(jié)構(gòu)的完整性，故必須進行適當?shù)碾姶欧雷o處理，提供射頻衰減的同時不顯著妨礙空氣流動（1）在通風孔上加金屬絲網(wǎng)實現(xiàn)方法：在大面積的通風孔上覆蓋由金屬絲構(gòu)成的多個

小孔來減少電磁泄漏原理：金屬絲網(wǎng)的屏蔽作用主要靠反射損耗實驗結(jié)果表明：當孔隙率大于等于50%時，在所需衰減的

電磁波的每個波長上有60根以上的金屬絲

網(wǎng)時，其反射損耗與與金屬板相近金屬絲網(wǎng)的吸收損耗遠小于金屬板，故其屏蔽效能低于金屬板設(shè)計原則：金屬絲網(wǎng)網(wǎng)孔越密、網(wǎng)絲越粗、網(wǎng)絲的導電性越好絲網(wǎng)的屏蔽效能越好；但網(wǎng)孔過密，網(wǎng)絲過粗，通風效果會變差；單層絲網(wǎng)可用于100KHz~100MHz的頻段內(nèi)；100MHz以上，或要求屏蔽效能較高時，可采用雙層絲網(wǎng)或多層復式屏蔽網(wǎng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適用于屏蔽要求不太高的場合(2)用穿孔金屬板做通風孔屏蔽效能的計算公式SE＝A＋R＋B＋K1＋K2+K3式中：A—孔的吸收損耗

R—孔的反射損耗

B—孔的多次反射損耗

K1—孔數(shù)目修正系數(shù)

K2—低頻穿透修正系數(shù)

K3—孔間耦合修正系數(shù)a.孔的吸收損耗A

利用波導理論，當入射波頻率低于波導截止頻率時矩形孔：Ar＝27.3t/

a

圓形孔：Ac＝32.0t/d

t—孔的深度（cm）a—矩形孔的最大寬度（cm）d—圓形孔的直徑（cm）b.孔的反射損耗R

——遠場——

近區(qū)、電場——

近區(qū)、磁場其中：孔的特性阻抗入射波波阻抗——矩形孔——圓形孔a—每一孔洞的面積（cm2）p—

孔間導體寬度/趨膚深度c.

多次反射修正Bd.孔數(shù)目修正系數(shù)K1

e.低頻穿透修正系數(shù)K2f.孔間耦合修正系數(shù)K3

n—每cm2內(nèi)的孔洞數(shù)解a.A=32t/d=12.8dB例某飛機控制盒用鋁板加工而成，鋁板厚度t＝2mm，兩側(cè)面板上的總孔數(shù)為2×8×9,孔的形狀為圓形，孔徑D＝5mm，孔的中心間距為18mm。設(shè)平面波的頻率為f＝5MHz，求控制盒的屏蔽效能。