電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章課件

電磁兼容設(shè)計(jì)ElectromagneticCompatibilityEMC電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章

電磁干擾的抑制為了保證設(shè)備電磁兼容性，采取的技術(shù)措施相對(duì)地分為兩類：一是在設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就注意選用相互干擾最小的元件、部件和電路，并在結(jié)構(gòu)上注意合理布局。二是采用接地、屏蔽、濾波等技術(shù)，降低所產(chǎn)生的干擾電平，增加干擾在傳播途徑上的衰減。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁干擾的抑制接地、屏蔽、濾波是抑制電磁干擾的三大技術(shù)，這是電子設(shè)備和系統(tǒng)在進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)過(guò)程中通用的三種主要的電磁干擾抑制方法。雖然每一種方法在電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都有其各自的作用，但它們有時(shí)也是相互關(guān)聯(lián)的。如：設(shè)備良好的接地，可以降低設(shè)備對(duì)屏蔽的要求；而良好的屏蔽，也可以使濾波的要求降低。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章

第三章電磁屏蔽理論及其應(yīng)用屏蔽是利用屏蔽體來(lái)阻擋或減小電磁能傳輸?shù)囊环N技術(shù)。是抑制電磁干擾的重要手段。從電磁場(chǎng)理論看：若有兩個(gè)電磁場(chǎng)，在其分界面上存在有物體，如果因該物體的存在而能將這兩個(gè)電磁場(chǎng)看成是相互獨(dú)立存在的，那么這兩個(gè)相互界面就被稱為屏蔽，而對(duì)分界面上所存在的物體，就稱為屏蔽體。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的目的屏蔽的目的：一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該內(nèi)部區(qū)域二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域。屏蔽作用是通過(guò)一個(gè)將上述區(qū)域封閉起來(lái)的殼體實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)殼體可以做成板式、網(wǎng)式以及金屬紡織帶式。屏蔽材料可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的、也可以是帶有非金屬吸收填料的。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的作用原理電磁屏蔽的作用：第一種解釋：在一次場(chǎng)的作用下，屏蔽體表面因受感應(yīng)而產(chǎn)生電荷，屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生電流和磁極化。這些電荷、電流和極化產(chǎn)生二次場(chǎng)。二次場(chǎng)與一次場(chǎng)疊加形成合成場(chǎng)。在防護(hù)區(qū)域的合成場(chǎng)必弱于一次場(chǎng)。第二種解釋：利用屏蔽體反射，衰減并引導(dǎo)場(chǎng)源所產(chǎn)生的電磁能流使它不進(jìn)入防護(hù)區(qū)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的分類Ⅰ根據(jù)屏蔽工作原理，屏蔽可分為三大類靜電屏蔽：靜電屏蔽體用良導(dǎo)體制作，并有良好的接地。這樣就把電場(chǎng)終止于導(dǎo)體表面，并通過(guò)地線綜合導(dǎo)體表面上的感應(yīng)電荷，從而防止由靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的分類Ⅱ磁屏蔽：主要用于低頻電路，屏蔽體用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成磁阻通路，把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi)，從而阻擋內(nèi)部磁場(chǎng)向外擴(kuò)散或外界磁場(chǎng)干擾進(jìn)入，有效防止低頻磁場(chǎng)的干擾。電磁屏蔽：主要用于高頻電路，利用電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和在導(dǎo)體中傳播的急劇衰減來(lái)隔離時(shí)變電磁場(chǎng)的相互耦合，從而防止高頻電磁場(chǎng)的干擾。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的分類根據(jù)屏蔽的對(duì)象不同，可把屏蔽作以下劃分：主動(dòng)屏蔽：屏蔽的對(duì)象是干擾源，限制由于干擾源產(chǎn)生的有害電磁能量向外擴(kuò)散。被動(dòng)屏蔽：屏蔽的對(duì)象是敏感體，以防止外部電磁干擾對(duì)它產(chǎn)生有害影響。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)電屏蔽電屏蔽是為了防止兩個(gè)回路（兩個(gè)元件、部件）間電容性耦合引起的干擾。由良導(dǎo)體制成，并有良好的接地（接地電阻小于2m歐）。電屏蔽體既可防止屏蔽體內(nèi)部干擾源產(chǎn)生的干擾泄露到外部，也可防止屏蔽體外部的干擾侵入內(nèi)部.靜電屏蔽和交變電場(chǎng)的屏蔽電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章靜電屏蔽對(duì)于圖1：表示空間孤立導(dǎo)體A上帶有電荷+q的電力線分布情況，此時(shí)可以認(rèn)為電荷-q是位于無(wú)限遠(yuǎn)處。A+q主動(dòng)屏蔽的電屏蔽原理電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章靜電屏蔽表示用導(dǎo)體殼B包圍導(dǎo)體A時(shí)的電力分布情況。此時(shí)屏蔽體的內(nèi)側(cè)面感應(yīng)出-q外側(cè)感應(yīng)出+q，屏蔽體本身的內(nèi)部不出現(xiàn)電力線，此時(shí)的電力線始于屏蔽體外側(cè)的+q，終止于無(wú)限遠(yuǎn)處的-q。顯然，單純的采用把帶電導(dǎo)體包圍起來(lái)的辦法無(wú)法起到屏蔽的作用。A+q+q-qB主動(dòng)屏蔽的電屏蔽原理電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章靜電屏蔽右圖：表示導(dǎo)體B被接地的情況。此時(shí)導(dǎo)體B的電位為零，導(dǎo)體B外部的電力線消失，即帶電導(dǎo)體A所產(chǎn)生的電力線被封閉在導(dǎo)體B包圍的內(nèi)部。此時(shí)導(dǎo)體B才真正起到屏蔽作用。A+qB主動(dòng)屏蔽的電屏蔽原理電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章被動(dòng)屏蔽的電屏蔽原理右圖表示被動(dòng)屏蔽的電屏蔽原理，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，導(dǎo)體表面的各處均處于等電位，其內(nèi)部空間就不會(huì)出現(xiàn)電力線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界電場(chǎng)的屏蔽作用。原理上，被動(dòng)屏蔽體可不必接地，但實(shí)際應(yīng)用中的屏蔽體，內(nèi)部空間的被屏蔽體同外部是不可能完全絕緣的，存在部分靜電耦合，因此仍應(yīng)將屏蔽體接地，保持地電位.-Q+Q電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章交變電場(chǎng)的屏蔽電路理論電場(chǎng)感應(yīng)耦合，耦合電容進(jìn)行描述。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(2)磁屏蔽時(shí)變的電流產(chǎn)生時(shí)變的磁場(chǎng)，此時(shí)在時(shí)變磁場(chǎng)中的其它導(dǎo)線或線圈就會(huì)受到干擾。電子設(shè)備中的各種連接線往往會(huì)形成環(huán)路，由于外界磁場(chǎng)的影響產(chǎn)生感應(yīng)電壓，若環(huán)路中存在電流，則會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)發(fā)射，干擾其它設(shè)備。減小磁場(chǎng)干擾的方法：結(jié)構(gòu)上合理布線、合理安置元部件、磁屏蔽。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章低頻磁屏蔽原理低頻磁屏蔽：利用鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率高、磁阻小，對(duì)磁場(chǎng)有分路作用的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)屏蔽。此時(shí)磁力線被集中于屏蔽層中，從而使低頻線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)不越出屏蔽層。同理，對(duì)放于屏蔽體內(nèi)的設(shè)備也可以防止外界的磁場(chǎng)的干擾。低頻磁屏蔽技術(shù)適用于從恒定磁場(chǎng)到30kHz的整個(gè)低頻段.+++++++++++電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章高頻磁屏蔽原理2、射頻磁屏蔽：是利用良導(dǎo)體在入射高頻磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生渦流，并由渦流的反磁通抑制入射磁場(chǎng)。高頻磁場(chǎng)渦流反磁場(chǎng)金屬板射頻磁屏蔽原理電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(3)電磁屏蔽電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間傳播的一種措施。作屏蔽體的材料是金屬導(dǎo)體或其它對(duì)電磁波有衰減作用的材料。屏蔽效能的大小與電磁波的性質(zhì)以及屏蔽體的材料性質(zhì)有關(guān)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽體對(duì)電磁波的衰減有三種不同的機(jī)理1、空氣和金屬交界面的阻抗不連續(xù)，在分界面上引起的反射。2、未被屏蔽體表面反射而透射入屏蔽體的電磁能量，在屏蔽體內(nèi)傳播時(shí)被屏蔽材料衰減。3、重復(fù)多次反射，就像電磁波在金屬內(nèi)部來(lái)回反射那樣。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽電磁屏蔽的機(jī)理有三種：（1）感應(yīng)渦流效應(yīng)：形象，定性（2）電磁場(chǎng)理論：計(jì)算復(fù)雜，定量（3）傳輸線理論：行波傳輸，定量電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽1、實(shí)心型屏蔽：是指把屏蔽體看成是一個(gè)結(jié)構(gòu)上完整的、電氣上連續(xù)均勻的無(wú)限金屬板或全封閉殼體的一種屏蔽。這種屏蔽雖然是一種理想的情況，既不存在電磁的泄露，也不產(chǎn)生邊緣效應(yīng)。2、非實(shí)心型屏蔽：在電氣上存在不連續(xù)的屏蔽體，稱為非實(shí)心型屏蔽體。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁場(chǎng)在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播

電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)有能量損耗，因此，表現(xiàn)為場(chǎng)量振幅的減小。導(dǎo)體表面的場(chǎng)量最大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，場(chǎng)量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽合理地使用電磁屏蔽，可以抑制外來(lái)高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備。如在收音機(jī)中，用空芯鋁殼罩在線圈外面，使它不受外界時(shí)變場(chǎng)的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線。示波管用鐵皮包著，也是為了使雜散電磁場(chǎng)不影響電子射線的掃描。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽材料

電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快，把由導(dǎo)體表面衰減到表面值的1/e（約36.8％）處的厚度稱為趨膚厚度，用d表示。如電視頻率f=100MHz，對(duì)銅導(dǎo)體（σ=5.8×10^7S／m，μ≈μo＝4π×10^-7H／m）可求出d=0.00667mm?？梢?jiàn)良導(dǎo)體的電磁屏蔽效果顯著。鐵（σ＝10^7S／m）則d=0.016mm。鋁（σ＝3.54×10^7S／m）則d＝0.0085mm。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章為了得到有效的屏蔽作用，屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質(zhì)內(nèi)部的電磁波波長(zhǎng)（λ=2πd）。在收音機(jī)中，若f＝500kHz，則在銅中d＝0.094mm（λ=0.59mm）。在鋁中d＝0.12mm（λ=0.75mm）。所以在收音機(jī)中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。電視頻率更高，透入深度更小些，所需屏蔽層厚度可更薄些，如果考慮機(jī)械強(qiáng)度，要有必要的厚度。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的計(jì)算對(duì)屏蔽的分析和設(shè)計(jì)中，屏蔽效能的計(jì)算是一個(gè)非常重要的步驟。屏蔽系數(shù)：指不存在屏蔽體時(shí)某處的電場(chǎng)強(qiáng)度與存在屏蔽體時(shí)同一處的電場(chǎng)強(qiáng)度之比，常用分貝(dB)表示電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的計(jì)算或者不存在屏蔽體時(shí)某處的磁場(chǎng)強(qiáng)度與存在屏蔽體時(shí)同一處的磁場(chǎng)強(qiáng)度之比，常用分貝(dB)表示一般情況，對(duì)于近場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的近場(chǎng)波阻抗不相等，電場(chǎng)屏蔽效能和磁場(chǎng)屏蔽效能不相等。而對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)，電磁場(chǎng)的波阻抗是一個(gè)常數(shù)，電場(chǎng)屏蔽效能和磁場(chǎng)屏蔽效能相等。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算和分析屏蔽效能的方法

解析方法：在一定的邊界條件下求解麥克斯韋方程。嚴(yán)格解，只能求解規(guī)則形狀屏蔽體。數(shù)值方法：任意規(guī)則形狀屏蔽體。成本高，計(jì)算量大。近似方法：在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。也可分為場(chǎng)的方法和路的方法.電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章無(wú)限長(zhǎng)磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能

解析方法----采用分離變量法(圓柱坐標(biāo)系)求解拉普拉斯方程由邊界條件確定待定系數(shù)(1)當(dāng)相對(duì)磁導(dǎo)率，

圓柱腔的靜磁屏蔽效能(dB)為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章無(wú)限長(zhǎng)磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能(2)如果圓柱腔的厚度平均半徑并且滿足大半徑、薄壁的條件圓柱腔的靜磁屏蔽效能(dB)為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章無(wú)限長(zhǎng)磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能計(jì)算結(jié)果對(duì)于實(shí)際的工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義磁導(dǎo)率越高，屏蔽效能越大。屏蔽效能隨厚度從零開(kāi)始增加。但是當(dāng)厚度增加到某一值時(shí)，繼續(xù)增加屏蔽體厚度，屏蔽效能的增加非常緩慢。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章無(wú)限長(zhǎng)磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能要減輕屏蔽體的重量，就必須采用薄厚度、較高磁導(dǎo)率的屏蔽體，才能保證靜磁屏蔽效能。在大半徑、薄壁情況下：壁厚度比平均半徑對(duì)屏蔽效能的影響要大。同一厚度時(shí)，屏蔽空間的擴(kuò)大將使屏蔽效能降低。但是，屏蔽效能降低非常慢。

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章低頻磁屏蔽效能的近似計(jì)算采用高磁導(dǎo)率材料對(duì)低頻磁場(chǎng)（指不超出音頻范圍的磁場(chǎng)）進(jìn)行磁屏蔽。依靠屏蔽體的高磁導(dǎo)率對(duì)騷擾磁場(chǎng)的分路作用來(lái)達(dá)到磁屏蔽的目的。

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能將一個(gè)高磁導(dǎo)率材料的屏蔽盒放于磁場(chǎng)強(qiáng)度的均勻磁場(chǎng)中，由于盒壁的磁導(dǎo)率比空氣大很多，所以絕大部分磁通經(jīng)盒壁通過(guò)，只要少部分磁通經(jīng)盒內(nèi)空間通過(guò)。采用磁路分析方法計(jì)算矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能。其中垂直磁場(chǎng)方向的尺寸為沿磁場(chǎng)方向的尺寸為屏蔽體的壁厚為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能設(shè)有磁通流入屏蔽盒體其中絕大部分磁通流經(jīng)盒壁只有少部分磁通流過(guò)盒壁內(nèi)的空間。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能磁通與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為可得到（１）磁通相等電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能1、流經(jīng)屏蔽盒壁的磁阻則磁壓降（磁通×磁阻）為2、流經(jīng)屏蔽盒內(nèi)部空間的磁阻而磁壓降為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能

磁壓降與計(jì)算路徑無(wú)關(guān)，即因此有式（２）代入式（１）可求得（２）電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能因此，屏蔽效能可表示為當(dāng)時(shí)屏蔽效能近似為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)矩形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能屏蔽材料的磁導(dǎo)率越大，屏蔽盒的厚度越大，則屏蔽效能越好；屏蔽盒垂直于磁場(chǎng)方向的邊長(zhǎng)越小，屏蔽效能越大。低頻磁屏蔽要求厚度大，這使屏蔽體重，可采用多層屏蔽。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(2)圓柱形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能圓柱形截面屏蔽盒屏蔽效能

其中內(nèi)、外半徑的平均值電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(3)球形截面屏蔽盒的低頻磁屏蔽效能球形截面屏蔽盒屏蔽效能

其中內(nèi)、外半徑的平均值電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法屏蔽分析的第二方法：電路方法1968年的論屏蔽的?？鲜占擞嘘P(guān)磁場(chǎng)、電場(chǎng)屏蔽的電路方法的早期論文。電路方法的一個(gè)重要特點(diǎn)：在各個(gè)方面考慮了屏蔽結(jié)構(gòu)的全部幾何形狀和尺寸。例如，在低頻范圍內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)的平面波屏蔽效能不僅是屏蔽體壁厚和材料的函數(shù)，而且是屏蔽結(jié)構(gòu)的全部尺寸和幾何形狀的函數(shù)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法均勻電場(chǎng)中的導(dǎo)體球殼問(wèn)題的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)解假設(shè)半徑為a的導(dǎo)體球殼置于一個(gè)外加均勻靜電場(chǎng)中，感應(yīng)電荷如圖所示，導(dǎo)體球殼內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng)?？汕蟮们驓ね獗砻娴母袘?yīng)電荷面密度為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法在每個(gè)半球上對(duì)電荷面密度積分，得到每個(gè)半球上總的感應(yīng)電荷大小

.電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法當(dāng)外加電場(chǎng)隨時(shí)間按正弦變化，即則球殼表面的電荷也隨時(shí)間按正弦變化，電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法這時(shí)在導(dǎo)體中將形成電流，球殼內(nèi)的電場(chǎng)不再等于零。電流是時(shí)變電荷的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，則流經(jīng)導(dǎo)體球赤道面的電流為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法在低頻情況，根據(jù)電路理論，位于導(dǎo)體球赤道面附近的導(dǎo)體環(huán)上的電壓降為其中導(dǎo)體球赤道面附近的導(dǎo)體環(huán)的電阻為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法將上面合并由于球?qū)ΨQ，在赤道面附近的等位面平行于赤道面，所以，球心處的電場(chǎng)強(qiáng)度近似為當(dāng)頻率足夠高，集膚深度小于導(dǎo)體球殼的壁厚，則大部分電流在靠近球殼外表面的地方流動(dòng)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章計(jì)算屏蔽效能的電路方法(1)對(duì)于高頻情況：薄導(dǎo)體球殼的電場(chǎng)屏蔽效能為(2)對(duì)于低頻情況：薄導(dǎo)體球殼的電場(chǎng)屏蔽效能為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型適合范圍：適合屏蔽結(jié)構(gòu)的尺寸遠(yuǎn)大于騷擾場(chǎng)的波長(zhǎng)且屏蔽體之間的距離相對(duì)較大的情形。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型1、屏蔽體的有效傳輸系數(shù)分析垂直入射到單層無(wú)限大有限厚度媒質(zhì)上的均勻平面波的有效傳輸系數(shù)?？紤]不同電磁參數(shù)的三層媒質(zhì)構(gòu)成的空間區(qū)域。各區(qū)域中平面電磁波的傳播常數(shù)媒質(zhì)的本征阻抗

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型(1)不計(jì)分界面對(duì)電磁波的多次反射，單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)為由于(注意：下標(biāo)及坐標(biāo)0和L）因此其中,透射系數(shù)電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型(2)考慮分界面對(duì)電磁波的多次反射時(shí)，界面為零處沿正方向傳播的第i次反射波.其中,反射系數(shù)電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型因此，區(qū)域2中向右傳播的所有波（在x=0處）的和為當(dāng)時(shí)，有分界面的多次反射效應(yīng)體現(xiàn)于因子

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型合成波向右傳播厚度的距離后，然后透過(guò)區(qū)域2和區(qū)域3的分界面，則于是，單層屏蔽體的有效傳輸系數(shù)為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型2、單層屏蔽體的屏蔽效能屏蔽系數(shù)為屏蔽區(qū)域中同一點(diǎn)與屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)之比，則電場(chǎng)和磁場(chǎng)的屏蔽系數(shù)為無(wú)限大平板對(duì)垂直入射均勻平面波電場(chǎng)及磁場(chǎng)的屏蔽效能為當(dāng)區(qū)域1和區(qū)域3媒質(zhì)相同，則電場(chǎng)和磁場(chǎng)的屏蔽效能相等。

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章屏蔽的平面波模型

3、多層平板屏蔽體的屏蔽效能電場(chǎng)的透射系數(shù)為磁場(chǎng)的透射系數(shù)為一般情況，上式電場(chǎng)和磁場(chǎng)透射系數(shù)不相等，在左邊區(qū)域和右邊區(qū)域媒質(zhì)相同時(shí)，才相等。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法一定厚度的導(dǎo)體平板兩側(cè)為自由空間，單層對(duì)于無(wú)限大平面均勻屏蔽體的屏蔽效能用下式確定：

其中：R：反射損耗；

A：吸收損耗；

B：多次反射修正因子電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的計(jì)算均勻材料特性阻抗：

Zm=[j

/(+j)]^0.5:材料的導(dǎo)磁率；：角頻率；：材料的電導(dǎo)率；：材料的介電常數(shù)。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)自由空間波阻抗：

Zw=E/H=(0/0)^0.5=120=377近區(qū)場(chǎng)波阻抗（電場(chǎng)為主）:Zwe=1/j0r近區(qū)場(chǎng)波阻抗（磁場(chǎng)為主）

Zwm=j0r電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法其中良導(dǎo)體則有吸收損耗反射損耗多次反射損耗電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法吸收損耗、多次反射損耗與衰減常數(shù)和屏蔽體厚度的乘積相關(guān)。1、吸收損耗工程為了計(jì)算方便，將吸收損耗重新改寫為式中，有屏蔽體的厚度，屏蔽體的相對(duì)磁導(dǎo)率，屏蔽體相對(duì)于銅的電導(dǎo)率。通過(guò)上式，可根據(jù)所要求的吸收衰減量求出屏蔽體的厚度，即

dB電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法2、反射損耗由于自由空間的波阻抗比金屬屏蔽體的波阻抗大得多，即反射損耗可簡(jiǎn)化為由于自由空間的波阻抗在不同類型的場(chǎng)源和場(chǎng)區(qū)中，其數(shù)值是不一樣的.電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法(a)遠(yuǎn)區(qū)平面波的波阻抗為

(b)

近區(qū)電場(chǎng)的波阻抗為

(c)近區(qū)磁場(chǎng)的波阻抗為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法

(d)金屬屏蔽（良導(dǎo)體的）波阻抗對(duì)于銅對(duì)于任意的良導(dǎo)體有

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法

由以上波阻抗，可得到

(ⅰ)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的平面波反射損耗

(ⅱ)近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)反射損耗

(ⅲ)近場(chǎng)區(qū)的磁場(chǎng)反射損耗

dBdBdB電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法

通過(guò)上面表示的反射損耗，討論影響表面反射損耗的因素。屏蔽材料：屏蔽材料的電導(dǎo)率越高，磁導(dǎo)率越低，反射損耗越大。場(chǎng)源特性：對(duì)于同一屏蔽材料，不同的場(chǎng)源特性有不同的反射損耗。通常，磁場(chǎng)反射損耗小于平面波反射損耗和電場(chǎng)反射損耗，即因此，從可靠性考慮，計(jì)算總的屏蔽效能時(shí)，應(yīng)以磁場(chǎng)反射損耗代入計(jì)算。

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法場(chǎng)源至屏蔽體的距離：平面波的反射損耗與距離無(wú)關(guān)，電場(chǎng)的反射損耗與距離的平方成反比，磁場(chǎng)的反射損耗與距離的平方成正比。頻率：平面波的反射損耗與頻率的一次方成反比，磁場(chǎng)的反射損耗與頻率的一次方成正比，電場(chǎng)的反射損耗與頻率的三次方成反比。

電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章電磁屏蔽效能的解析法3、多次反射損耗當(dāng)屏蔽體較厚或頻率較高，屏蔽體吸收損耗較大，一般在大于10分貝時(shí)，多次反射損耗可忽略不計(jì)；當(dāng)屏蔽體較薄或頻率較低，屏蔽體吸收損耗很小，一般在小于10分貝時(shí)，多次反射損耗必須考慮。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔縫電磁泄漏機(jī)箱常見(jiàn)的孔縫：接縫處的縫隙；通風(fēng)散熱孔；表頭、數(shù)字顯示窗；電源開(kāi)關(guān)、操作按鍵；電源線、信號(hào)線安裝孔。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章非實(shí)心型屏蔽體效能的計(jì)算對(duì)于非實(shí)心型屏蔽體是在電氣上存在不連續(xù)的屏蔽體，稱為非實(shí)心型屏蔽體。比如：打過(guò)孔的機(jī)箱、接過(guò)縫的導(dǎo)體等在物理實(shí)現(xiàn)上具有不連續(xù)邊界的導(dǎo)體。此時(shí)的屏蔽效能計(jì)算式為：

SE=20lg|H0/H|電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章幾種實(shí)用的屏蔽技術(shù)雙層屏蔽（實(shí)心型屏蔽）如果要求屏蔽體有很高的屏蔽效能，采用雙層屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)。在雙層屏蔽中，兩屏蔽體相互平行，場(chǎng)源在第一屏蔽層左側(cè)，屏蔽區(qū)在第二屏蔽層右側(cè)。第一屏蔽層A第二屏蔽層電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章幾種實(shí)用的屏蔽技術(shù)薄膜屏蔽在屏蔽設(shè)備外利用噴涂、真空沉積、粘帖等技術(shù)包覆一層導(dǎo)電薄膜。設(shè)該導(dǎo)電薄膜的厚度為t，電磁波在導(dǎo)電薄膜中傳播時(shí)的波長(zhǎng)為，若t</4，則稱這種屏蔽層為薄膜屏蔽。當(dāng)t</4時(shí)，屏蔽的效能與頻率無(wú)關(guān)。當(dāng)t>/4時(shí)，屏蔽效能將隨頻率升高而增加，因?yàn)楫?dāng)薄膜厚度增加時(shí)，屏蔽層的吸收損耗增加。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(1)金屬板縫隙的電磁泄漏

縫隙的等效阻抗為電阻性元件和電容性元件并聯(lián)組成。因存在電容性元件，接縫阻抗隨頻率減小，其屏蔽效能也隨之減小。設(shè)縫隙長(zhǎng)度為無(wú)限長(zhǎng)，縫隙寬度為g，金屬板的厚度為t。根據(jù)波導(dǎo)理論，縫隙中的波阻抗大于自由空間的波阻抗，在縫隙入口處由于波阻抗的突變，導(dǎo)致反射損耗，同時(shí)在縫隙內(nèi)傳輸時(shí)也產(chǎn)生傳輸損耗。因此，縫隙的總損耗為反射損耗和傳輸損耗。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章金屬板縫隙的電磁泄漏

通常磁場(chǎng)泄漏的影響比電場(chǎng)泄漏的影響大.因此，著重研究減少磁場(chǎng)的泄漏.通過(guò)金屬板上無(wú)限長(zhǎng)縫隙泄漏的磁場(chǎng)為其中，分別為金屬板前、后側(cè)面的磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)縫隙的吸收損耗為g為縫隙寬度(cm),t為金屬板的厚度.電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章金屬板縫隙的電磁泄漏

設(shè)縫隙波阻抗與自由空間波阻抗的比值為則反射損耗為得到縫隙總的屏蔽效能為設(shè)縫隙波阻抗與自由空間波阻抗的比值為k,

近場(chǎng)磁場(chǎng)中,r為縫隙離場(chǎng)源的距離.

遠(yuǎn)場(chǎng)平面波電磁場(chǎng)中,f為騷擾源的頻率MHz電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(2)金屬板孔隙的電磁泄漏

散熱孔、導(dǎo)線引入、引出孔等，形成空隙的電磁泄漏。屏蔽體中孔隙導(dǎo)致的電磁泄漏主要依賴：孔隙的最大線性尺寸，波阻抗，騷擾源的頻率。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章金屬板孔隙的電磁泄漏

每個(gè)圓孔的面積為q，每個(gè)矩形孔的面積為Q，屏蔽板的整體面積為F。設(shè)金屬屏蔽板外側(cè)表面的磁場(chǎng)為

,通過(guò)孔隙泄漏到內(nèi)部空間的磁場(chǎng)為.則孔隙的傳輸系數(shù)如下：對(duì)于圓孔電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章對(duì)于矩形孔電磁波透過(guò)屏蔽有兩個(gè)途徑：透過(guò)屏蔽體的傳輸和透過(guò)屏蔽體上的孔隙的傳輸。則具有孔隙的金屬板的總傳輸系數(shù)為電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章總的屏蔽效能為孔隙大，則總的屏蔽效能很低。在相同面積的情況下:

縫隙比孔隙的電磁泄漏嚴(yán)重;

矩形孔比圓形孔的電磁泄漏嚴(yán)重.電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(3)截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔帶空隙的金屬板、金屬網(wǎng)對(duì)超頻以上的頻率基本上沒(méi)有屏蔽效果。對(duì)于超高頻以上的頻率，將采用截止波導(dǎo)管進(jìn)行屏蔽。波導(dǎo)管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高通濾波器，它對(duì)在其截止頻率以下的所有頻率都具有衰減作用。作為截止波導(dǎo)管，其長(zhǎng)度比其橫截面直徑或最大線性尺寸要大三倍以上。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔當(dāng)電磁波頻率低于波導(dǎo)截止頻率時(shí)，電磁波在傳輸中將產(chǎn)生很大的衰減。截止波導(dǎo)通風(fēng)孔：就是利用波導(dǎo)傳輸?shù)倪@一特性制成。能有效地抑制波導(dǎo)截止頻率以下的電磁波泄漏。截止波導(dǎo)管通常有圓形截面、矩形截面和六角形。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔波導(dǎo)截止頻率與波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)、尺寸有關(guān)：矩形波導(dǎo)：具有最大截止波長(zhǎng)的傳播模式是TE10，其截止頻率為：

(GHz)其中b：矩形波導(dǎo)寬邊的尺寸（cm）電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔圓形波導(dǎo)：具有最大截止波長(zhǎng)的傳播模式是TE11，其截止頻率為：

(GHz)其中d：為圓形波導(dǎo)的內(nèi)直徑（cm）

六角形波導(dǎo)的截止頻率

(GHz)其中W：六角形波導(dǎo)內(nèi)壁的外接圓直徑（cm）電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章波導(dǎo)管的屏蔽效能

電磁場(chǎng)從波導(dǎo)管的一端到另一端的衰減與波導(dǎo)管的長(zhǎng)度成正比，即屏蔽效能為當(dāng)時(shí)圓形波導(dǎo)管的屏蔽效能

(dB)電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章波導(dǎo)管的屏蔽效能

矩形波導(dǎo)管的屏蔽效能

(dB)六角形波導(dǎo)管的屏蔽效能

(dB)電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章

截止波導(dǎo)管的屏蔽效能

實(shí)際上，在進(jìn)行電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為獲得足夠大的通風(fēng)流量，總是把很多根截止波導(dǎo)排列成一組截止波導(dǎo)通風(fēng)孔陣。還可以采用雙層錯(cuò)位疊置的蜂窩狀通風(fēng)板?？梢栽龃笸L(fēng)面積及通風(fēng)量，滿足散熱要求，提高屏蔽效能。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章設(shè)計(jì)截止波導(dǎo)管

(1)根據(jù)騷擾場(chǎng)的最高頻率來(lái)確定波導(dǎo)管的截止頻率，使，一般取。(2)根據(jù)圓形波導(dǎo)管或矩形波導(dǎo)管的截止頻率計(jì)算其橫截面的內(nèi)尺寸。(3)由屏蔽效能計(jì)算截止波導(dǎo)管的長(zhǎng)度，一般要求。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(4)孔陣的電磁屏蔽效能用打孔金屬板作通風(fēng)孔：它是在金屬板上打許多陣列小孔，達(dá)到既能通風(fēng)散熱、又不致過(guò)多泄漏電磁能量的目的。這樣，使較大的通風(fēng)孔的孔徑減小，屏蔽效能提高。打孔的方法：可以在屏蔽體上直接打孔，也可以將打好孔的金屬板安裝在屏蔽體上?？籽塾蟹叫巍A形。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔陣的電磁屏蔽效能在矩形板、圓形板上有小圓形孔和小方孔。其中，D圓形板的直徑，L為矩形板的長(zhǎng)或?qū)?。c表示小圓形孔和小方孔的間距，d表示小圓形孔的直徑，b為小方孔的邊長(zhǎng)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔陣的電磁屏蔽效能(1)矩形板上的小圓孔陣列電場(chǎng)的屏蔽效能磁場(chǎng)的屏蔽效能電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔陣的電磁屏蔽效能(2)圓形板上的小圓孔陣列電場(chǎng)的屏蔽效能磁場(chǎng)的屏蔽效能電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔陣的電磁屏蔽效能(3)矩形板上的小方孔陣列電場(chǎng)的屏蔽效能磁場(chǎng)的屏蔽效能電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章孔陣的電磁屏蔽效能(4)圓形板上的小方孔陣列電場(chǎng)的屏蔽效能磁場(chǎng)的屏蔽效能上述公式適用范圍：式中第一項(xiàng)代表通過(guò)屏蔽殼體上的空隙的電磁泄漏.

第二項(xiàng)代表每個(gè)孔隙作為截止波導(dǎo)管時(shí)的厚度修正系數(shù)。電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章(5)通風(fēng)窗孔的屏蔽通風(fēng)孔屏蔽大部分屏蔽外殼需在熱密度大的電子設(shè)備的機(jī)殼開(kāi)通風(fēng)孔。此時(shí)破壞了屏蔽結(jié)構(gòu)的完整性，須進(jìn)行處理或安裝電磁防護(hù)罩。在通風(fēng)孔上加金屬絲網(wǎng)罩：將大面積的通風(fēng)孔通過(guò)網(wǎng)絲構(gòu)成的許多小孔來(lái)減小電磁泄漏。金屬絲網(wǎng)罩的屏蔽作用主要靠反射損耗。絲網(wǎng)的網(wǎng)孔越密、網(wǎng)絲越粗、網(wǎng)絲的導(dǎo)電性越好，屏蔽性能越好。同時(shí)網(wǎng)孔越密、網(wǎng)絲越粗，對(duì)空氣的阻力就越大。當(dāng)頻率高于100MHz時(shí)，屏蔽效能顯著下降，此時(shí)可以采取雙層屏蔽網(wǎng)或多層復(fù)式屏蔽網(wǎng).電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章通風(fēng)窗孔的屏蔽影響通風(fēng)窗口屏蔽效能的因素：場(chǎng)源特性場(chǎng)源頻率屏蔽體至場(chǎng)源的距離窗口面積、窗口形狀屏蔽體的材料特性和屏蔽體厚度電磁兼容設(shè)計(jì)-第三章通風(fēng)窗孔的屏蔽通風(fēng)窗口的屏蔽效能為前三項(xiàng)