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(dǎo)電的、導(dǎo)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(dǎo)體制作）

磁屏蔽：靜磁屏蔽、低頻交變磁場屏蔽（利用高導(dǎo)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(dǎo)體表面的反射和導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率一般是指直流狀態(tài)下，隨著頻率

的增加，磁導(dǎo)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(dǎo)率下降，且磁導(dǎo)率越高，飽和特性越明顯。高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體板上（厚度為t）導(dǎo)電媒質(zhì)的本征阻抗：傳播常數(shù)：屏蔽效能：良導(dǎo)體：良導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率越高，吸收損耗越大；③電導(dǎo)率越高，吸收損耗越大；④頻率越高，吸收損耗越大.——相對磁導(dǎo)率；良導(dǎo)體②反射損耗R(dB)波阻抗良導(dǎo)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(dǎo)體對電場波的屏蔽性能優(yōu)于對平面波的良導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電的彈性物質(zhì)，安裝在金屬結(jié)合處，保證導(dǎo)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(dǎo)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(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。可同時滿足屏蔽和環(huán)境密封的要求。導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)理論，當入射波頻率低于波導(dǎo)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(dǎo)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。