电磁屏蔽技术

nullnull电磁干扰抑制的屏蔽技术 概述 电屏蔽 磁屏蔽 电磁屏蔽 孔缝对屏蔽效能的影响 屏蔽设计要点 电磁密封处理null 限制内部能量泄漏出内部区域 （主动屏蔽） 概述屏蔽的含义：3. 原理：电子设备用导电或导磁材料制成的屏蔽体将电磁干扰能量限制在一定范围内。2. 目的：防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽） 二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场); 反射衰减理论null4. 屏蔽的分类（按工作原理） 电场屏蔽：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽（利用良好接地 的金属导体制作） 磁场屏蔽：静磁屏蔽、低频交变磁场屏蔽（利用高导磁率 材料构成低磁阻通路） 电磁屏蔽：用于高频电磁场的屏蔽（利用反射和衰减来隔 离电磁场的耦合）null屏蔽效能( SE )屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。定义：或或E0、H0 —— 未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场；E1、H1—— 加屏蔽后空间中该点的电（磁）场；null衰减量与屏蔽效能的关系null屏蔽效能的要求null 分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽 电场屏蔽 静电屏蔽 电场屏蔽的作用：防止两个设备（元件、部件）间的电容性 耦合干扰原理：静电平衡要求：完整的屏蔽导体和良好接地null2. 低频交变电场屏蔽目的：抑制低频电容性耦合干扰（1）未加屏蔽（2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响）分析方法：应用电路理论分析null讨论:（1）屏蔽体不接地，若（2）屏蔽体接地null（3）屏蔽体接地时，CSR1的影响屏蔽效能:null屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响电场屏蔽的设计要点屏蔽体要靠近受保护的设备屏蔽体要有良好的接地null 磁场屏蔽1．原理 高频磁场屏蔽 低频磁场屏蔽（f < 100kHz） 利用高导磁率的铁磁材料（如铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰磁场进行分路。 利用低电阻的良导体中形成的涡电流产生反向磁通抑制入射磁场。null2．屏蔽效能计算 解析方法：圆柱腔、球壳的屏蔽效能计算 近似方法：应用磁路的方法。 如：长为l 、横截面为 S 的一段屏蔽材料，则其磁阻为磁阻：磁压降：磁通：null(1) 圆柱形腔的磁屏蔽效能null边界条件：时， 时，解得：故null，若t～0，即则屏蔽效能null 球形腔体的屏蔽效能 非球形腔体的屏蔽效能等效半径：（V——屏蔽体的体积）null例：长方体屏蔽盒尺寸为： 、壁厚 。 试计算用钢板 和坡莫合金 作屏蔽 材料时的SE 。解：钢：合金：null（2）用磁路方法计算屏蔽效能流经屏蔽体的磁通：流经空腔的磁通：null磁通为磁路计算：对于磁路CS：从P1到Q1: 磁阻为 磁压降从Q1 到 Q2:故对于磁路C1：null由于 于是有： 故若若讨论：null屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上磁场屏蔽的设计要点注意屏蔽体的结构设计，缝隙或长条通风孔循着磁场方向分布对于强磁场的屏蔽可采用多层屏蔽，防止发生磁饱和尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度）对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘null 电磁屏蔽1. 原理与分析方法原理：①表面反射（R— 反射损耗）② 屏蔽材料吸收衰减（A— 吸收损耗）③ 多次反射（B — 多次反射修正）分析方法：① 电磁感应原理.计算屏蔽体上的涡流的屏蔽效应来计算屏 蔽效能② 平面波的反射与折射来计算反射与衰减③ 等效传输线理论计算反射与衰减null2. 单层屏蔽体的屏蔽效能均匀平面波垂直入射到无限大的导体板上（厚度为t）媒质的本征阻抗：传播常数：屏蔽效能：良导体 ：良导体：null波阻抗：a. 远场：b. 近场（以电场为主）：c. 近场（以磁场为主）：反射系数：透射系数：null一次透射：x = 0 面上：★ 屏蔽效能计算（设入射波场强 ）反射波：透射波：二次透射：x = 0 面上：反射波：透射波：x = t 面上：反射波：透射波：x = t 面上：反射波：nulln 次透射：……故：即：null① 吸收损耗 A (dB)① 屏蔽材料越厚，吸收损耗越大，厚度增一个趋肤深度， 吸收损耗增加得9dB；② 磁导率越高，吸收损耗越大； ③ 电导率越高，吸收损耗越大；④ 频率越高，吸收损耗越大。结论：null② 反射损耗 R (dB)良导体：a. 远场：b.近场：电场源c.近场：磁场源null③ 多次反射修正 B（dB）而故：则null反射损耗：电场源磁场源屏蔽效能：吸收损耗：平面波源多次反射修正：小结null屏蔽效能的频率特性null解： 屏蔽体处于哪个场区：—— 近场大功率线圈—— 强磁场，主要为磁屏蔽.故null又故null式中： 2. 双层屏蔽体的屏蔽效能nullnull通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，null 孔缝对屏蔽效能的影响 信号线的出入口，电流线的出入口，通风散热孔，接缝处的缝隙等。null总泄漏场故( 1 ) 综合屏蔽效能的计算null例2 设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能， 各泄漏因素造成屏蔽效能为：（1）滤波与连接器面板： 101dB ；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接 缝泄漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。解：null( 2 ) 缝隙的电磁泄漏故 设金属屏蔽体上有一缝隙，其间隙为g ，屏蔽板厚度为t ，入射波电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为Ep ，当g < 10δ/3 时，有null例3. 在例1中开一缝隙，若其宽度为0.5mm、0.25mm 、0.1mm ， 分别求其屏蔽效能。 解：无缝隙时的屏蔽效能：SE＝54.83 dBnull（3）截止波导式通风孔 的屏蔽效能截止频率： 矩形波导：fc10 = 15×10 9/ a （Hz）圆形波导：fc11 =17.6×10 9/ D（Hz）六角波导：fc10 =15×10 9/ W （Hz）（a、D、W 的单位为：cm）原理： 电磁波频率远低于波导的最低截止频率，因而产生很大的衰减。null 屏蔽效能矩形波导：圆形波导：六角波导：（l 的单位为：cm）当 f << fc 时：设计要求：l ≥3a、l≥3D、l≥3Wfc = （5～10）fnull在将截止波导应用到屏蔽体上时，要注意以下几个问题： 波导管必须是截止的。波导管对于频率在截止频率以 上的电磁波没有任何衰减作用，至少要使波导的截止频率是所屏蔽频率的 5 倍。 不能有金属材料穿过截止波导管。当有金属材料穿过截止波导管时，会导致严重的电磁泄漏。需要注意的是有些光缆的内部加有金属加强筋，这时将光缆穿过截止波导时也会引起泄漏。 波导管的安装。最可靠的方法是焊接，在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面相同的孔，然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。如果波导管本身带法兰盘，利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽体上，需要在法兰盘与屏蔽体基体之间安装电磁密封衬垫。null 蜂窝形通风板 在屏蔽设计中使用最多的截止波导要数蜂窝板了。蜂窝板的原理是将大量的截止波导焊接在一起，构成截止波导阵列，这样可以形成很大的开口面积，同时能够防止电磁波泄漏。 null( 4 ) 金属孔板的屏蔽效能null屏蔽效能的计算公式SE = A＋R＋B＋K1＋K2+K3式中：A — 孔的吸收损耗 R — 孔的反射损耗 B — 孔的多次反射损耗 K1 — 孔数目修正系数 K2 — 低频穿透修正系数 K3 — 孔间耦合修正系数a. 孔的吸收损耗 A 按截止波导计算 矩形孔：Ar = 27.3 t / a 圆形孔：Ac = 32.0 t / D t — 孔的深度（cm）a — 矩形孔的最大宽度（cm）D — 圆形孔的直径（cm）nullb. 孔的反射损耗 R 其中： —— 矩形孔—— 圆形孔—— 远场—— 近区、电场—— 近区、磁场nulla — 每一孔洞的面积（cm2）P — 孔间导体宽度 / 趋肤深度c. 多次反射修正Bd. 孔数目修正系数K1 e. 低频穿透修正系数K2f. 孔间耦合修正系数K3 n — 每cm2内的孔洞数null解 a. A = 32 t / D = 12.8 dB例 某飞机控制盒用铝板加工而成，铝板厚度t = 2mm，两侧面板 上的总孔数为2×8×9, 孔的形状为圆形，孔径D = 5mm，孔的中心间距为18mm。设平面波的频率为f = 5MHz，求控制盒的屏蔽效能。b. c. null孔阵面积：d. 孔数目修正系数K1 e. 低频穿透修正系数K2f. 总孔数：故 SE = A + R + B + K1 + K2 + K3 = 55.8 dBnull1. 使用电磁密封衬垫的主要优点3.6 电磁密封处理减少结合处的紧固螺钉，增加设备美观性和可维护性降低对机械加工的要求，允许接触面有较低的平整度在缝隙处不会产生高频泄漏null2. 使用电磁密封衬垫的场合机箱结合面的缝隙长度超过λ/20要求机箱的屏蔽效能大于40dB设备的发射或敏感频率超过100MHz无法采用机械加工来得到更好的导电连续性结合面采用了不同材料，而且设备要在恶劣环境下工作需要对环境采取密封措施null3. 使用电磁密封衬垫的关键保持接触面清洁，且没有非导电保护层选用导电性能好的衬垫材料对衬垫施加足够的压力衬垫有足够的厚度注意衬垫与屏蔽体接触表面间的电化学腐蚀当需要活动接触时，应使用指形簧片null4. 电磁密封衬垫的主要性能指标回弹力导电性最小形变量衬垫厚度电化学相容性压缩形变null5. 常用电磁密封衬垫金属丝网衬垫 用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条，外形很像屏蔽电缆的屏蔽层。为了增强金属网的弹性，有时在网管内加入橡胶芯。 null 在硅橡胶内填充占总重量70～ 80％比例的金属颗粒，如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃球等。这种材料保留一部分硅橡胶良好弹性的特性，同时具有较好的导电性。 导电橡胶null导电布衬垫null指形簧片铍铜制成的簧片，具有很好的弹性和导电性。null不同衬垫材料的特点比较null1. 确定屏蔽效能2. 材料的选择 屏蔽设计要点根据电磁特性： 近场电屏蔽——高导电率金属，接地； 近场低频磁场屏蔽——高导磁率材料，不接地； 近场高频磁场屏蔽——高导电率金属，可不接地； 远场电磁屏蔽 —— 高导电率金属，良好接地可根据电磁兼容标准要求来确定null3. 结构的完整性设计4. 校验屏蔽效能2) 缝隙屏蔽 增加深度 加装导电衬垫1) 多层设计3) 通风孔 加装金属丝网罩； 打孔金属板； 蜂窝形通风板4) 电缆及接口屏蔽 硬管屏蔽； 软管屏蔽； 单层编织丝网； 双层编织丝网； 编织线与金属箔组合 滤波连接器