第4章（2）電磁屏蔽技術(shù)

屏蔽材料的選擇實(shí)際屏蔽體的設(shè)計(jì)第4章（2）電磁屏蔽技術(shù)屏蔽材料的選擇電磁屏蔽屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)E1屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)E2對(duì)電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁屏蔽,電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB電磁屏蔽屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)E1屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)E2對(duì)電磁波產(chǎn)生衰減的作

電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一。

大部分電磁兼容問(wèn)題都可以通過(guò)電磁屏蔽來(lái)解決。用電磁屏蔽的方法來(lái)解決電磁干擾問(wèn)題的最大好處是不會(huì)影響電路的正常工作，因此不需要對(duì)電路做任何修改。屏蔽體的有效性用屏蔽效能來(lái)度量。屏蔽效能是沒(méi)有屏蔽時(shí)空間某個(gè)位置的場(chǎng)強(qiáng)與有屏蔽時(shí)該位置的場(chǎng)強(qiáng)的比值，它表征了屏蔽體對(duì)電磁波的衰減程度。如果屏蔽效能計(jì)算中使用的磁場(chǎng)，則稱為磁場(chǎng)屏蔽效能，如果計(jì)算中用的是電場(chǎng)，則稱為電場(chǎng)屏蔽效能。電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一。由于屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來(lái)的百分之一至百萬(wàn)分之一，因此通常用分貝來(lái)表述。下表是衰減量與屏蔽效能的對(duì)應(yīng)關(guān)系：無(wú)屏蔽場(chǎng)強(qiáng)：有屏蔽場(chǎng)強(qiáng)屏蔽效能SE（dB）

10：120100：1401000：16010000：180100000：11001000000：1120

一般民用產(chǎn)品機(jī)箱的屏蔽效能在40dB以下，軍用設(shè)備機(jī)箱的屏蔽效能一般要達(dá)到60B，TEMPEST設(shè)備的屏蔽機(jī)箱的屏蔽效要達(dá)到80dB以上。屏蔽室或屏蔽艙等往往要達(dá)到100dB。100dB以上的屏蔽體是很難制造的，成本也很高。由于屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來(lái)的百分之一至百萬(wàn)分之實(shí)心材料屏蔽效能的計(jì)算入射波場(chǎng)強(qiáng)距離吸收損耗AR1R2SE＝R1＋R2＋A＋B＝R＋A＋BB實(shí)心材料屏蔽效能的計(jì)算入射波場(chǎng)強(qiáng)距離吸收損耗AR1R2SE波阻抗的概念波阻抗電場(chǎng)為主E1/r3H1/r2磁場(chǎng)為主H1/r3E1/r2平面波E1/rH1/r377/2到觀測(cè)點(diǎn)距離rE/H波阻抗的概念波阻抗電場(chǎng)為主E1/r3H吸收損耗的計(jì)算t入射電磁波E0剩余電磁波E1E1=E0e-t/

A＝20lg(E0/E1)=20lg(et/)dB0.37E0

A＝8.69(t/)dBA=3.34tfrrdB吸收損耗的計(jì)算t入射電磁波E0剩余電磁波E1E1=E0e趨膚深度舉例趨膚深度舉例反射損耗

R＝20lgZW4Zs反射損耗與波阻抗有關(guān)，波阻抗越高，則反射損耗越大。ZS=3.6810-7fr/r遠(yuǎn)場(chǎng)：377近場(chǎng)：取決于源的阻抗同一種材料的阻抗隨頻率變反射損耗R＝20lgZW4Zs反射損耗與波阻不同電磁波的反射損耗遠(yuǎn)場(chǎng):R＝20lg3774Zs4500Zs=屏蔽體阻抗，D=屏蔽體到源的距離（m）f=電磁波的頻率（MHz）2DfDfZsZs電場(chǎng):R＝20lg磁場(chǎng):R＝20lgdB不同電磁波的反射損耗遠(yuǎn)場(chǎng):R＝20影響反射損耗的因素1500.1k1k10k100k1M10M100M平面波3108/2rfR(dB)r=30m

電場(chǎng)r=1m靠近輻射源r=30m磁場(chǎng)r=1m靠近輻射源影響反射損耗的因素1500.1k1k綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)150250平面波00.1k1k10k100k1M10M高頻時(shí)電磁波種類(lèi)的影響很小電場(chǎng)波r=0.5m磁場(chǎng)波r=0.5m屏蔽效能（dB）頻率綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)150250平面波00.1多次反射修正因子的計(jì)算電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射，會(huì)引起附加的電磁泄漏，因此要對(duì)前面的計(jì)算進(jìn)行修正。B=20lg(1-e-2t/)說(shuō)明：

B為負(fù)值，其作用是減小屏蔽效能當(dāng)趨膚深度與屏蔽體的厚度相當(dāng)時(shí)，可以忽略對(duì)于電場(chǎng)波，可以忽略多次反射修正因子的計(jì)算電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射，會(huì)引起附加的說(shuō)明一：對(duì)于電場(chǎng)波，由于大部分能量在金屬與空氣的第一個(gè)界面反射，進(jìn)入金屬的能量已經(jīng)很小，造成多次反射泄漏時(shí)，電磁波在屏蔽材料內(nèi)已經(jīng)傳輸了三個(gè)厚度的距離，其幅度往往已經(jīng)小可以忽略的程度。說(shuō)明二：對(duì)于磁場(chǎng)波，在第一個(gè)界面上，進(jìn)入屏蔽材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度是入射磁場(chǎng)強(qiáng)度的2倍，因此多次反射造成的影響是必須考慮的。說(shuō)明三：當(dāng)屏蔽材料的厚度較厚時(shí)，形成多次反射泄漏之前，電磁波在屏蔽材料內(nèi)傳輸三個(gè)厚度的距離，衰減已經(jīng)相當(dāng)大，多次反射泄漏也可以忽略。說(shuō)明一：對(duì)于電場(chǎng)波，由于大部分能量在金屬與空氣的第一個(gè)界面反怎樣屏蔽低頻磁場(chǎng)？低頻磁場(chǎng)低頻磁場(chǎng)吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料怎樣屏蔽低頻磁場(chǎng)？低頻磁場(chǎng)低頻磁場(chǎng)吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電改善低頻磁場(chǎng)屏蔽效能的方法：使用導(dǎo)磁率較高的材料，以增加吸收損耗。理由：對(duì)于磁場(chǎng)而言，反射損耗已經(jīng)很小，主要是靠吸收損耗，吸收損耗的增加往往比反射損耗的減小幅度大，因此還是能夠改善屏蔽效能的。改進(jìn)的方法：為了能同時(shí)對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)有效的屏蔽，希望既能增加吸收損耗，又不損失反射損耗，可以在高導(dǎo)磁率材料的表面增加一層高導(dǎo)電率材料，增加電場(chǎng)波在屏蔽材料與空氣界面上的反射損耗。改善低頻磁場(chǎng)屏蔽效能的方法：使用導(dǎo)磁率較高的材料，以增加吸收高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RSH1=屏蔽體中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，H0=屏蔽體外部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，RS=屏蔽體的磁阻，R0=空氣的磁阻高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE旁路作用的計(jì)算：用電路模型來(lái)等效磁路：畫(huà)一個(gè)并聯(lián)電路圖，圖中并聯(lián)的兩個(gè)電阻分別代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽體中空氣的磁阻。用計(jì)算并聯(lián)電路的方法可以如下關(guān)系式：

H1=H0RS/（RS+R0）式中：H1=屏蔽體中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，H0=屏蔽體外部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，RS=屏蔽體的磁阻，R0=空氣的磁阻旁路作用的計(jì)算：根據(jù)屏蔽效能的定義：屏蔽效能=H0/H1=（RS+R0）/RS=1+R0/RS

磁阻的計(jì)算：

R=S/（

A）式中：S=屏蔽體中磁路的長(zhǎng)度，

A=屏蔽體中穿過(guò)磁力線的截面面積，

=0

r

。根據(jù)屏蔽效能的定義：低頻磁場(chǎng)屏蔽產(chǎn)品低頻磁場(chǎng)屏蔽產(chǎn)品磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr103磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率頻率（MHz）r

0.000110000.00110000.0110000.110001.070010.0500100.01001000.050鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化磁通密度B磁場(chǎng)強(qiáng)度H飽和起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率=B/H磁導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化磁通密度B磁場(chǎng)強(qiáng)度H飽和起始磁導(dǎo)屏蔽強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的問(wèn)題：當(dāng)要屏蔽的磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，存在一對(duì)矛盾，即為了獲得較高的屏蔽性能，需要使用導(dǎo)磁率較高的材料，但這種材料容易飽和。如果用比較不容易飽和的材料，往往由于=較低，屏蔽性能又達(dá)不到要求。解決方法：

采用雙層屏蔽可以解決這個(gè)問(wèn)題。先用導(dǎo)磁率較低，但不容易飽和的材料將磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減到較低的程度，然后用高導(dǎo)磁率材料提供足夠的屏蔽。多層屏蔽的屏蔽效能要比單層屏蔽（即使沒(méi)有飽和）的屏蔽效能高，因?yàn)槎嗔藘蓪臃瓷浣缑?。屏蔽?qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的問(wèn)題：當(dāng)要屏蔽的磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，存在一對(duì)矛盾，即為加工的影響20406080100101001k10k跌落前跌落后加工的影響20406080100101加工的影響：對(duì)高導(dǎo)磁率材料進(jìn)行機(jī)械加工，如焊接、折彎、打孔、剪切、敲打等，都會(huì)降低高導(dǎo)磁率材料的磁導(dǎo)率。工件受到機(jī)械沖擊也會(huì)降低磁導(dǎo)率。從而影響屏蔽體的屏蔽效能。解決方法：按照材料生產(chǎn)廠商的要求進(jìn)行熱處理。高導(dǎo)磁率材料的一個(gè)共性就是在機(jī)械加工后磁導(dǎo)率會(huì)降低，從而導(dǎo)致屏蔽效能降低。因此，磁屏蔽部件加工完成后，一定要進(jìn)行熱處理，恢復(fù)磁性。加工的影響：對(duì)高導(dǎo)磁率材料進(jìn)行機(jī)械加工，如焊接、折彎、打孔強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽高導(dǎo)磁率材料：飽和低導(dǎo)磁率材料：屏效不夠低導(dǎo)磁率材料高導(dǎo)磁率材料強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽高導(dǎo)磁率材料：飽和低導(dǎo)磁率材料：屏效不夠低導(dǎo)磁率解決這個(gè)矛盾的方法是：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導(dǎo)率較低的材料將磁場(chǎng)衰減到一定程度，然后用高導(dǎo)磁率材料將磁場(chǎng)衰減到滿足要求。解決這個(gè)矛盾的方法是：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導(dǎo)良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)沒(méi)有穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)體屏蔽效能高的屏蔽體不要忘記：選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧夏阒绬幔号c屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素屏蔽體沒(méi)有穿過(guò)屏屏蔽效能高的屏蔽體不要保持屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性才是關(guān)鍵：電磁屏蔽的關(guān)鍵是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)體危害最大：實(shí)際機(jī)箱屏蔽效能低的另一個(gè)主要原因是穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)體。保持屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性才是關(guān)鍵：電磁屏蔽的關(guān)鍵是保證屏蔽體的實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤(pán)指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)際機(jī)箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等電源線縫隙實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤(pán)指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)際機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL–20lgf+20lg（1+2.3lg(L/H))=0dB若L

/2H遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL

對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的縫隙，近似計(jì)算公式如圖所示，式中各量如下：

L=縫隙的長(zhǎng)度（mm），H=縫隙的寬度（mm），

f=入射電磁波的頻率（MHz）。例：一個(gè)機(jī)箱上有顯示窗口60×20mm，面板與機(jī)箱之間的縫隙300×0.3mm，計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)的屏蔽效能。對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的縫隙，近似計(jì)算公式如圖所示，式中解：SE顯示窗口

=100–20lg60–20lgf+20lg（1+2.3lg(60/20))=64-20lgf+6=70-20lgf=0dB在f=2500MHz時(shí)(L=/2)，SE縫隙

=100–20lg300–20lgf+20lg（1+2.3lg(300/0.3))=50-20lgf+18=68-20lgf=0dB在f=500MHz時(shí)(L=/2)，解：孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能1、若ZC

（7.9/Df）：（說(shuō)明是電場(chǎng)源）SE=48+20lgZC–20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))ZC=輻射源電路的阻抗（），D=孔洞到輻射源的距離（m），L、H=孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能1、若ZC（7.9/Df）：（說(shuō)孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能2、若ZC

（7.9/Df）：（說(shuō)明是磁場(chǎng)源）SE=20lg(D/L)+20lg(1+2.3lg(L/H))

（注意：對(duì)于磁場(chǎng)源，屏效與頻率無(wú)關(guān)?。㈱C=輻射源電路的阻抗（），D=孔洞到輻射源的距離（m），L、H=孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能2、若ZC（7.9/Df）：（說(shuō)縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處的阻抗：縫隙的阻抗可以用電阻和電容并聯(lián)來(lái)等效。低頻時(shí)，電阻分量起主要作用；高頻時(shí)，電容分量起主要作用。由于電容的容抗隨著頻率的升高降低，因此如果縫隙是主要泄漏源，則屏蔽機(jī)箱的屏蔽效能經(jīng)常隨著頻率的升高而增加?？p隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處的阻抗：影響電阻成分的因素：影響縫隙上電阻成分的因素主要有：接觸面積（接觸點(diǎn)數(shù)）、接觸面的材料（一般較軟的材料接觸電阻較小）、接觸面的清潔程度、接觸面上的壓力（壓力要足以使接觸點(diǎn)穿透金屬表層氧化層）、氧化腐蝕等。影響電容成分的因素：根據(jù)電容器的原理，很容易知道：兩個(gè)表面之間的距離越近，相對(duì)的面積越大，則電容越大。影響電阻成分的因素：縫隙的處理：電磁密封襯墊縫隙縫隙的處理：電磁密封襯墊縫隙減小縫隙電磁泄漏的基本思路：減小縫隙的阻抗（增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、加大兩塊金屬板之間的重疊面積、減小縫隙的寬度）方法1：使用機(jī)械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來(lái)增加接觸面的平整度。缺點(diǎn)：加工成本高。方法2：增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度，缺點(diǎn)：僅適合永久性結(jié)合的場(chǎng)合。減小縫隙電磁泄漏的基本思路：減小縫隙的阻抗（增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、方法3：使用電磁密封襯墊原理：電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料。如果在縫隙處安裝上連續(xù)的電磁密封襯墊，那么，對(duì)于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì)發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì)發(fā)生電磁波的泄漏。缺點(diǎn)：增加額外的成本，但購(gòu)買(mǎi)電磁密封襯墊的費(fèi)用往往可以從產(chǎn)品的加工費(fèi)用（使用密封墊后，對(duì)加工的精度要求往往降低），性能（可維性、外觀等）等方面得到補(bǔ)償。方法3：使用電磁密封襯墊電磁密封襯墊的靈活應(yīng)用：除非對(duì)屏蔽的要求非常高的場(chǎng)合，否則并不需要在縫隙處連續(xù)使用電磁密封襯墊。在實(shí)踐中，可以根據(jù)對(duì)屏蔽效能的要求間隔地安裝襯墊，每段襯墊之間形成的小孔洞泄漏可以用前面的介紹的公式計(jì)算。在樣機(jī)上精心地調(diào)整襯墊間隔，使既能滿足屏蔽的要求，又使成本最低。對(duì)于民用產(chǎn)品，襯墊之間的間隔可以為/20~/100之間。軍用產(chǎn)品則一般要連續(xù)安裝。電磁密封襯墊的靈活應(yīng)用：電磁密封襯墊的種類(lèi)

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)電布電磁密封襯墊的種類(lèi)金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)指形簧片指形簧片螺旋管電磁密封襯墊螺旋管電磁密封襯墊電磁密封襯墊的主要參數(shù)

屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)

回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距）最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量）壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開(kāi)關(guān)次數(shù)）電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）電磁密封襯墊的主要參數(shù)屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封電磁密封襯墊的安裝方法絕緣漆環(huán)境密封截止波導(dǎo)管---金屬管損耗頻率fc截止頻率頻率高的電磁波能通過(guò)波導(dǎo)管，頻率低的電磁波損耗很大！工作在截止區(qū)的波導(dǎo)管叫截止波導(dǎo)。截止區(qū)截止波導(dǎo)管---金屬管損耗頻率fc截止頻率頻率高的電磁波能通金屬管對(duì)于電磁波，具有高頻容易通過(guò)、低頻衰減較大的特性。這與電路中的高通濾波器十分相象。與濾波器類(lèi)似，波導(dǎo)管的頻率特性也可以用截止頻率來(lái)描述，常用的波導(dǎo)管有矩形、圓形、六角形等，它們的截止頻率如下：截止波導(dǎo)管：如果選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)口尺寸，使波導(dǎo)管相對(duì)于所感興趣的頻率處于截止區(qū)，這個(gè)波導(dǎo)管就稱為截止波導(dǎo)管。截止波導(dǎo)管對(duì)低于截止頻率以下的電磁波衰減很大。利用這個(gè)特性就可以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽和保持物理連通的雙重作用。金屬管對(duì)于電磁波，具有高頻容易通過(guò)、低頻衰減較大的特性。這與矩形波導(dǎo)管的截止頻率：

fc=15109/l式中：l是矩形截止波導(dǎo)管的開(kāi)口最大尺寸，單位是cm，fc的單位Hz。圓形波導(dǎo)管的截止頻率：

fc=17.6109/d式中：d是圓形截止波導(dǎo)管的內(nèi)直徑，單位是cm，fc的單位Hz。六角形波導(dǎo)管的截止頻率：

fc=15109/W式中：W是六角形截止波導(dǎo)管的開(kāi)口最大尺寸，單位是cm，fc的單位Hz。矩形波導(dǎo)管的截止頻率：截止波導(dǎo)管的屏效截止波導(dǎo)管屏蔽效能=反射損耗：遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)計(jì)算公式近場(chǎng)區(qū)計(jì)算公式+吸收損耗圓形截止波導(dǎo)：32t/d矩形截止波導(dǎo)：27.2t/l孔洞計(jì)算屏蔽效能公式截止波導(dǎo)管的屏效截止波導(dǎo)管=反射損耗：+吸收損耗孔洞計(jì)算屏蔽截止波導(dǎo)管的吸收損耗：當(dāng)電磁波穿過(guò)截止波導(dǎo)管時(shí)，會(huì)發(fā)生衰減，這種衰減稱為截止波導(dǎo)管的吸收損耗。截止波導(dǎo)管的吸收損耗計(jì)算公式如下：

SE=1.8fct10-9(1-(f/fc)2)1/2(dB)式中：t是截止波導(dǎo)管的長(zhǎng)度，單位cm。

f是所討論的頻率（Hz），fc是截止波導(dǎo)管的截止頻率（Hz）。截止波導(dǎo)管的吸收損耗：當(dāng)電磁波穿過(guò)截止波導(dǎo)管時(shí)，會(huì)發(fā)生衰減，截止波導(dǎo)管的損耗截止波導(dǎo)管的損耗截止波導(dǎo)管的設(shè)計(jì)步驟孔洞的泄漏不能滿足屏蔽要求SE確定截止波導(dǎo)管的截面形狀確定要屏蔽的最高的頻率f確定波導(dǎo)管的截止頻率fc計(jì)算截止波導(dǎo)管的截面尺寸由SE確定截止波導(dǎo)管的長(zhǎng)度5f截止波導(dǎo)管的設(shè)計(jì)步驟孔洞的泄漏不能滿足屏蔽要求SE確定截止顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器顯示窗/器件的處理隔離艙濾波器屏蔽窗濾波器操作器件的處理屏蔽體上開(kāi)小孔屏蔽體上栽上截止波導(dǎo)管用隔離艙將操作器件隔離出操作器件的處理屏蔽體上開(kāi)小孔屏蔽體上栽上截止波導(dǎo)管用隔離艙將通風(fēng)口的處理穿孔金屬板截止波導(dǎo)通風(fēng)板通風(fēng)口的處理穿孔金屬板截止波導(dǎo)通風(fēng)板貫通導(dǎo)體的處理貫通導(dǎo)體的處理屏蔽電纜穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處理，保持360度連接注意防腐屏蔽互套屏蔽體邊界屏蔽電纜與電纜套360度搭接屏蔽電纜穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的方法在內(nèi)部可將電纜延伸表面做導(dǎo)電清潔處搭接

電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：電纜屏蔽層與機(jī)箱之間搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接濾波器與機(jī)箱之間的搭接不同機(jī)箱之間的地線搭接搭接電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。例如：搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實(shí)際干擾電流路徑搭接不良的濾波器濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實(shí)際干擾電流路搭接不良的機(jī)箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!搭接不良的機(jī)箱VI航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m!搭接阻抗的測(cè)量機(jī)柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點(diǎn)VIZ=V/I搭接阻抗的測(cè)量機(jī)柜~搭接阻抗頻率寄生電容導(dǎo)線電感并聯(lián)諧振點(diǎn)V不同的搭接條不同的搭接條頻率不同搭接方式不同頻率不同搭接方式不同搭接面的腐蝕IIVIIIII搭接面的腐蝕IIVIIIII搭接點(diǎn)的保護(hù)搭接點(diǎn)的保護(hù)第4章（2）電磁屏蔽技術(shù)

屏蔽材料的選擇實(shí)際屏蔽體的設(shè)計(jì)第4章（2）電磁屏蔽技術(shù)屏蔽材料的選擇電磁屏蔽屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)E1屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)E2對(duì)電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁屏蔽,電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB電磁屏蔽屏蔽前的場(chǎng)強(qiáng)E1屏蔽后的場(chǎng)強(qiáng)E2對(duì)電磁波產(chǎn)生衰減的作

電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一。

大部分電磁兼容問(wèn)題都可以通過(guò)電磁屏蔽來(lái)解決。用電磁屏蔽的方法來(lái)解決電磁干擾問(wèn)題的最大好處是不會(huì)影響電路的正常工作，因此不需要對(duì)電路做任何修改。屏蔽體的有效性用屏蔽效能來(lái)度量。屏蔽效能是沒(méi)有屏蔽時(shí)空間某個(gè)位置的場(chǎng)強(qiáng)與有屏蔽時(shí)該位置的場(chǎng)強(qiáng)的比值，它表征了屏蔽體對(duì)電磁波的衰減程度。如果屏蔽效能計(jì)算中使用的磁場(chǎng)，則稱為磁場(chǎng)屏蔽效能，如果計(jì)算中用的是電場(chǎng)，則稱為電場(chǎng)屏蔽效能。電磁屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一。由于屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來(lái)的百分之一至百萬(wàn)分之一，因此通常用分貝來(lái)表述。下表是衰減量與屏蔽效能的對(duì)應(yīng)關(guān)系：無(wú)屏蔽場(chǎng)強(qiáng)：有屏蔽場(chǎng)強(qiáng)屏蔽效能SE（dB）

10：120100：1401000：16010000：180100000：11001000000：1120

一般民用產(chǎn)品機(jī)箱的屏蔽效能在40dB以下，軍用設(shè)備機(jī)箱的屏蔽效能一般要達(dá)到60B，TEMPEST設(shè)備的屏蔽機(jī)箱的屏蔽效要達(dá)到80dB以上。屏蔽室或屏蔽艙等往往要達(dá)到100dB。100dB以上的屏蔽體是很難制造的，成本也很高。由于屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來(lái)的百分之一至百萬(wàn)分之實(shí)心材料屏蔽效能的計(jì)算入射波場(chǎng)強(qiáng)距離吸收損耗AR1R2SE＝R1＋R2＋A＋B＝R＋A＋BB實(shí)心材料屏蔽效能的計(jì)算入射波場(chǎng)強(qiáng)距離吸收損耗AR1R2SE波阻抗的概念波阻抗電場(chǎng)為主E1/r3H1/r2磁場(chǎng)為主H1/r3E1/r2平面波E1/rH1/r377/2到觀測(cè)點(diǎn)距離rE/H波阻抗的概念波阻抗電場(chǎng)為主E1/r3H吸收損耗的計(jì)算t入射電磁波E0剩余電磁波E1E1=E0e-t/

A＝20lg(E0/E1)=20lg(et/)dB0.37E0

A＝8.69(t/)dBA=3.34tfrrdB吸收損耗的計(jì)算t入射電磁波E0剩余電磁波E1E1=E0e趨膚深度舉例趨膚深度舉例反射損耗

R＝20lgZW4Zs反射損耗與波阻抗有關(guān)，波阻抗越高，則反射損耗越大。ZS=3.6810-7fr/r遠(yuǎn)場(chǎng)：377近場(chǎng)：取決于源的阻抗同一種材料的阻抗隨頻率變反射損耗R＝20lgZW4Zs反射損耗與波阻不同電磁波的反射損耗遠(yuǎn)場(chǎng):R＝20lg3774Zs4500Zs=屏蔽體阻抗，D=屏蔽體到源的距離（m）f=電磁波的頻率（MHz）2DfDfZsZs電場(chǎng):R＝20lg磁場(chǎng):R＝20lgdB不同電磁波的反射損耗遠(yuǎn)場(chǎng):R＝20影響反射損耗的因素1500.1k1k10k100k1M10M100M平面波3108/2rfR(dB)r=30m

電場(chǎng)r=1m靠近輻射源r=30m磁場(chǎng)r=1m靠近輻射源影響反射損耗的因素1500.1k1k綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)150250平面波00.1k1k10k100k1M10M高頻時(shí)電磁波種類(lèi)的影響很小電場(chǎng)波r=0.5m磁場(chǎng)波r=0.5m屏蔽效能（dB）頻率綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)150250平面波00.1多次反射修正因子的計(jì)算電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射，會(huì)引起附加的電磁泄漏，因此要對(duì)前面的計(jì)算進(jìn)行修正。B=20lg(1-e-2t/)說(shuō)明：

B為負(fù)值，其作用是減小屏蔽效能當(dāng)趨膚深度與屏蔽體的厚度相當(dāng)時(shí)，可以忽略對(duì)于電場(chǎng)波，可以忽略多次反射修正因子的計(jì)算電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射，會(huì)引起附加的說(shuō)明一：對(duì)于電場(chǎng)波，由于大部分能量在金屬與空氣的第一個(gè)界面反射，進(jìn)入金屬的能量已經(jīng)很小，造成多次反射泄漏時(shí)，電磁波在屏蔽材料內(nèi)已經(jīng)傳輸了三個(gè)厚度的距離，其幅度往往已經(jīng)小可以忽略的程度。說(shuō)明二：對(duì)于磁場(chǎng)波，在第一個(gè)界面上，進(jìn)入屏蔽材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度是入射磁場(chǎng)強(qiáng)度的2倍，因此多次反射造成的影響是必須考慮的。說(shuō)明三：當(dāng)屏蔽材料的厚度較厚時(shí)，形成多次反射泄漏之前，電磁波在屏蔽材料內(nèi)傳輸三個(gè)厚度的距離，衰減已經(jīng)相當(dāng)大，多次反射泄漏也可以忽略。說(shuō)明一：對(duì)于電場(chǎng)波，由于大部分能量在金屬與空氣的第一個(gè)界面反怎樣屏蔽低頻磁場(chǎng)？低頻磁場(chǎng)低頻磁場(chǎng)吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電材料高導(dǎo)磁材料高導(dǎo)電材料怎樣屏蔽低頻磁場(chǎng)？低頻磁場(chǎng)低頻磁場(chǎng)吸收損耗小反射損耗小高導(dǎo)電改善低頻磁場(chǎng)屏蔽效能的方法：使用導(dǎo)磁率較高的材料，以增加吸收損耗。理由：對(duì)于磁場(chǎng)而言，反射損耗已經(jīng)很小，主要是靠吸收損耗，吸收損耗的增加往往比反射損耗的減小幅度大，因此還是能夠改善屏蔽效能的。改進(jìn)的方法：為了能同時(shí)對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)有效的屏蔽，希望既能增加吸收損耗，又不損失反射損耗，可以在高導(dǎo)磁率材料的表面增加一層高導(dǎo)電率材料，增加電場(chǎng)波在屏蔽材料與空氣界面上的反射損耗。改善低頻磁場(chǎng)屏蔽效能的方法：使用導(dǎo)磁率較高的材料，以增加吸收高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RSH1=屏蔽體中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，H0=屏蔽體外部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，RS=屏蔽體的磁阻，R0=空氣的磁阻高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE旁路作用的計(jì)算：用電路模型來(lái)等效磁路：畫(huà)一個(gè)并聯(lián)電路圖，圖中并聯(lián)的兩個(gè)電阻分別代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽體中空氣的磁阻。用計(jì)算并聯(lián)電路的方法可以如下關(guān)系式：

H1=H0RS/（RS+R0）式中：H1=屏蔽體中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，H0=屏蔽體外部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，RS=屏蔽體的磁阻，R0=空氣的磁阻旁路作用的計(jì)算：根據(jù)屏蔽效能的定義：屏蔽效能=H0/H1=（RS+R0）/RS=1+R0/RS

磁阻的計(jì)算：

R=S/（

A）式中：S=屏蔽體中磁路的長(zhǎng)度，

A=屏蔽體中穿過(guò)磁力線的截面面積，

=0

r

。根據(jù)屏蔽效能的定義：低頻磁場(chǎng)屏蔽產(chǎn)品低頻磁場(chǎng)屏蔽產(chǎn)品磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr103磁屏蔽材料的頻率特性151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率頻率（MHz）r

0.000110000.00110000.0110000.110001.070010.0500100.01001000.050鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化磁通密度B磁場(chǎng)強(qiáng)度H飽和起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率=B/H磁導(dǎo)率隨場(chǎng)強(qiáng)的變化磁通密度B磁場(chǎng)強(qiáng)度H飽和起始磁導(dǎo)屏蔽強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的問(wèn)題：當(dāng)要屏蔽的磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，存在一對(duì)矛盾，即為了獲得較高的屏蔽性能，需要使用導(dǎo)磁率較高的材料，但這種材料容易飽和。如果用比較不容易飽和的材料，往往由于=較低，屏蔽性能又達(dá)不到要求。解決方法：

采用雙層屏蔽可以解決這個(gè)問(wèn)題。先用導(dǎo)磁率較低，但不容易飽和的材料將磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減到較低的程度，然后用高導(dǎo)磁率材料提供足夠的屏蔽。多層屏蔽的屏蔽效能要比單層屏蔽（即使沒(méi)有飽和）的屏蔽效能高，因?yàn)槎嗔藘蓪臃瓷浣缑?。屏蔽?qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的問(wèn)題：當(dāng)要屏蔽的磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，存在一對(duì)矛盾，即為加工的影響20406080100101001k10k跌落前跌落后加工的影響20406080100101加工的影響：對(duì)高導(dǎo)磁率材料進(jìn)行機(jī)械加工，如焊接、折彎、打孔、剪切、敲打等，都會(huì)降低高導(dǎo)磁率材料的磁導(dǎo)率。工件受到機(jī)械沖擊也會(huì)降低磁導(dǎo)率。從而影響屏蔽體的屏蔽效能。解決方法：按照材料生產(chǎn)廠商的要求進(jìn)行熱處理。高導(dǎo)磁率材料的一個(gè)共性就是在機(jī)械加工后磁導(dǎo)率會(huì)降低，從而導(dǎo)致屏蔽效能降低。因此，磁屏蔽部件加工完成后，一定要進(jìn)行熱處理，恢復(fù)磁性。加工的影響：對(duì)高導(dǎo)磁率材料進(jìn)行機(jī)械加工，如焊接、折彎、打孔強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽高導(dǎo)磁率材料：飽和低導(dǎo)磁率材料：屏效不夠低導(dǎo)磁率材料高導(dǎo)磁率材料強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽高導(dǎo)磁率材料：飽和低導(dǎo)磁率材料：屏效不夠低導(dǎo)磁率解決這個(gè)矛盾的方法是：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導(dǎo)率較低的材料將磁場(chǎng)衰減到一定程度，然后用高導(dǎo)磁率材料將磁場(chǎng)衰減到滿足要求。解決這個(gè)矛盾的方法是：采用雙層屏蔽，先用不容易發(fā)生飽和的磁導(dǎo)良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)沒(méi)有穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)體屏蔽效能高的屏蔽體不要忘記：選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧夏阒绬幔号c屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素屏蔽體沒(méi)有穿過(guò)屏屏蔽效能高的屏蔽體不要保持屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性才是關(guān)鍵：電磁屏蔽的關(guān)鍵是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)體危害最大：實(shí)際機(jī)箱屏蔽效能低的另一個(gè)主要原因是穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)體。保持屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性才是關(guān)鍵：電磁屏蔽的關(guān)鍵是保證屏蔽體的實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤(pán)指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)際機(jī)箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等電源線縫隙實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤(pán)指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)際機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL–20lgf+20lg（1+2.3lg(L/H))=0dB若L

/2H遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL

對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的縫隙，近似計(jì)算公式如圖所示，式中各量如下：

L=縫隙的長(zhǎng)度（mm），H=縫隙的寬度（mm），

f=入射電磁波的頻率（MHz）。例：一個(gè)機(jī)箱上有顯示窗口60×20mm，面板與機(jī)箱之間的縫隙300×0.3mm，計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)的屏蔽效能。對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的縫隙，近似計(jì)算公式如圖所示，式中解：SE顯示窗口

=100–20lg60–20lgf+20lg（1+2.3lg(60/20))=64-20lgf+6=70-20lgf=0dB在f=2500MHz時(shí)(L=/2)，SE縫隙

=100–20lg300–20lgf+20lg（1+2.3lg(300/0.3))=50-20lgf+18=68-20lgf=0dB在f=500MHz時(shí)(L=/2)，解：孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能1、若ZC

（7.9/Df）：（說(shuō)明是電場(chǎng)源）SE=48+20lgZC–20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))ZC=輻射源電路的阻抗（），D=孔洞到輻射源的距離（m），L、H=孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能1、若ZC（7.9/Df）：（說(shuō)孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能2、若ZC

（7.9/Df）：（說(shuō)明是磁場(chǎng)源）SE=20lg(D/L)+20lg(1+2.3lg(L/H))

（注意：對(duì)于磁場(chǎng)源，屏效與頻率無(wú)關(guān)?。㈱C=輻射源電路的阻抗（），D=孔洞到輻射源的距離（m），L、H=孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能2、若ZC（7.9/Df）：（說(shuō)縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處的阻抗：縫隙的阻抗可以用電阻和電容并聯(lián)來(lái)等效。低頻時(shí)，電阻分量起主要作用；高頻時(shí)，電容分量起主要作用。由于電容的容抗隨著頻率的升高降低，因此如果縫隙是主要泄漏源，則屏蔽機(jī)箱的屏蔽效能經(jīng)常隨著頻率的升高而增加。縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處的阻抗：影響電阻成分的因素：影響縫隙上電阻成分的因素主要有：接觸面積（接觸點(diǎn)數(shù)）、接觸面的材料（一般較軟的材料接觸電阻較?。?、接觸面的清潔程度、接觸面上的壓力（壓力要足以使接觸點(diǎn)穿透金屬表層氧化層）、氧化腐蝕等。影響電容成分的因素：根據(jù)電容器的原理，很容易知道：兩個(gè)表面之間的距離越近，相對(duì)的面積越大，則電容越大。影響電阻成分的因素：縫隙的處理：電磁密封襯墊縫隙縫隙的處理：電磁密封襯墊縫隙減小縫隙電磁泄漏的基本思路：減小縫隙的阻抗（增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、加大兩塊金屬板之間的重疊面積、減小縫隙的寬度）方法1：使用機(jī)械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來(lái)增加接觸面的平整度。缺點(diǎn)：加工成本高。方法2：增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度，缺點(diǎn)：僅適合永久性結(jié)合的場(chǎng)合。減小縫隙電磁泄漏的基本思路：減小縫隙的阻抗（增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、方法3：使用電磁密封襯墊原理：電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料。如果在縫隙處安裝上連續(xù)的電磁密封襯墊，那么，對(duì)于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì)發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì)發(fā)生電磁波的泄漏。缺點(diǎn)：增加額外的成本，但購(gòu)買(mǎi)電磁密封襯墊的費(fèi)用往往可以從產(chǎn)品的加工費(fèi)用（使用密封墊后，對(duì)加工的精度要求往往降低），性能（可維性、外觀等）等方面得到補(bǔ)償。方法3：使用電磁密封襯墊電磁密封襯墊的靈活應(yīng)用：除非對(duì)屏蔽的要求非常高的場(chǎng)合，否則并不需要在縫隙處連續(xù)使用電磁密封襯墊。在實(shí)踐中，可以根據(jù)對(duì)屏蔽效能的要求間隔地安裝襯墊，每段襯墊之間形成的小孔洞泄漏可以用前面的介紹的公式計(jì)算。在樣機(jī)上精心地調(diào)整襯墊間隔，使既能滿足屏蔽的要求，又使成本最低。對(duì)于民用產(chǎn)品，襯墊之間的間隔可以為/20~/100之間。軍用產(chǎn)品則一般要連續(xù)安裝。電磁密封襯墊的靈活應(yīng)用：電磁密封襯墊的種類(lèi)

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)電布電磁密封襯墊的種類(lèi)金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)指形簧片指形簧片螺旋管電磁密封襯墊螺旋管電磁密封襯墊電磁密封襯墊的主要參數(shù)