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1、電磁兼容原理與技術(shù)第二章 屏蔽技術(shù)本章主要內(nèi)容概概 述述電場(chǎng)屏蔽電場(chǎng)屏蔽低頻磁場(chǎng)屏蔽低頻磁場(chǎng)屏蔽高頻磁場(chǎng)屏蔽高頻磁場(chǎng)屏蔽電磁屏蔽電磁屏蔽孔洞的屏蔽效能孔洞的屏蔽效能概述屏蔽是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈⑿枰雷o(hù)區(qū)域封閉起來(lái),以抑制和控制電場(chǎng)、磁屏蔽是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈⑿枰雷o(hù)區(qū)域封閉起來(lái),以抑制和控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射;場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射;屏蔽技術(shù)用來(lái)抑制電磁噪聲沿著空間的傳播,即切斷電磁波輻射(和場(chǎng)耦合)屏蔽技術(shù)用來(lái)抑制電磁噪聲沿著空間的傳播,即切斷電磁波輻射(和場(chǎng)耦合)的傳輸途徑。的傳輸途徑。屏蔽類型屏蔽類型主動(dòng)屏蔽:屏蔽干擾源,被動(dòng)屏蔽:

2、屏蔽敏感體。主動(dòng)屏蔽:屏蔽干擾源,被動(dòng)屏蔽:屏蔽敏感體。低頻磁場(chǎng)屏蔽低頻磁場(chǎng)屏蔽高頻磁場(chǎng)屏蔽高頻磁場(chǎng)屏蔽靜電屏蔽電磁場(chǎng)理論表明,置于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體在靜電平衡的條件下,具有下電磁場(chǎng)理論表明,置于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體在靜電平衡的條件下,具有下列性質(zhì):列性質(zhì):導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)的電場(chǎng)為零;導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)的電場(chǎng)為零;導(dǎo)體表面任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的方向與該點(diǎn)的導(dǎo)體表面垂直;導(dǎo)體表面任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的方向與該點(diǎn)的導(dǎo)體表面垂直;整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等位體;整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等位體;導(dǎo)體內(nèi)部沒有靜電荷存在,電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上。導(dǎo)體內(nèi)部沒有靜電荷存在,電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上。靜電屏蔽內(nèi)部存在空腔的導(dǎo)體,也有

3、上述性質(zhì)。導(dǎo)體內(nèi)表面無(wú)靜電荷,空腔空間無(wú)電場(chǎng),該導(dǎo)體起到了隔絕外電場(chǎng)的作用。如果空腔內(nèi)有帶電體(正電荷Q),則屏蔽體內(nèi)側(cè)感應(yīng)出等量負(fù)電荷,外側(cè)感應(yīng)出等量正電荷。(只用屏蔽體將靜電場(chǎng)源包圍起來(lái),實(shí)際上起不到屏蔽的作用)如果把屏蔽體接地,才能將靜電場(chǎng)源所產(chǎn)生的電力線封閉在屏蔽體內(nèi)部,才能起到真正屏蔽的作用。如果把導(dǎo)體接地,即使空腔內(nèi)有帶電體產(chǎn)生電場(chǎng),在腔體外面也無(wú)電場(chǎng),這如果把導(dǎo)體接地,即使空腔內(nèi)有帶電體產(chǎn)生電場(chǎng),在腔體外面也無(wú)電場(chǎng),這就是靜電屏蔽的原理。就是靜電屏蔽的原理。靜電屏蔽當(dāng)空腔屏蔽體外部存在靜電場(chǎng)騷擾時(shí),由于空腔屏蔽導(dǎo)體為等位體,所以屏蔽體內(nèi)部空間不存在靜電場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽。屏蔽體

4、外部出現(xiàn)等量反號(hào)的感應(yīng)電荷,當(dāng)屏蔽體完全封閉時(shí),內(nèi)電場(chǎng)完全為零。當(dāng)實(shí)際屏蔽體不可能完全封閉時(shí),就會(huì)引起外部電力線入侵,所以屏蔽體仍需接地。交變電場(chǎng)的屏蔽設(shè)干擾源上有一交變電壓Ug,在其附近產(chǎn)生交變電場(chǎng),置于交變電場(chǎng)中的接收器s通過(guò)阻抗Zs接地,干擾源對(duì)接收器的電場(chǎng)感應(yīng)耦合等效為分布電容Cj的耦合,形成如圖回路。gsgjsjsUZZjwCZjwCU)(1Cj屏蔽低頻屏蔽低頻交變電場(chǎng)的關(guān)鍵。交變電場(chǎng)的關(guān)鍵。增多騷擾源與接受器之間距離,或利用增多騷擾源與接受器之間距離,或利用交變電場(chǎng)的屏蔽利用利用1,23CC1100ZU1,23CC接地金屬屏蔽體11000,sZUU低頻磁場(chǎng)的屏蔽低頻(低頻(100k

5、Hz100kHz以下)磁場(chǎng)屏蔽常用的材料是高磁導(dǎo)率的鐵以下)磁場(chǎng)屏蔽常用的材料是高磁導(dǎo)率的鐵磁材料(如鐵、硅鋼片、坡莫合金等)。磁材料(如鐵、硅鋼片、坡莫合金等)。原理是利用高磁導(dǎo)率的材料對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路。原理是利用高磁導(dǎo)率的材料對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路。高磁導(dǎo)率的鐵磁材料其磁阻很小,所以大部分磁通可以流過(guò)磁屏蔽體高磁導(dǎo)率的鐵磁材料其磁阻很小,所以大部分磁通可以流過(guò)磁屏蔽體。,mmmURRl s H1R0RmH0H2Um為磁路兩點(diǎn)間的磁位差,為磁通量,Rm為磁阻,l為磁路長(zhǎng)度,s為磁路橫截面積,為材料磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率越大,磁阻越大,磁阻Rm越小,磁通量越大。越小,磁通量越大。低頻磁場(chǎng)的屏蔽由于鐵

6、磁材料的磁導(dǎo)率由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率0 0大得多,所以鐵磁材大得多,所以鐵磁材料的磁阻很小。料的磁阻很小。將鐵磁材料置于磁場(chǎng)中時(shí),磁通將主要通過(guò)鐵磁材料。而通過(guò)空氣將鐵磁材料置于磁場(chǎng)中時(shí),磁通將主要通過(guò)鐵磁材料。而通過(guò)空氣的磁通將大為減小,從而起到磁場(chǎng)屏蔽的作用。的磁通將大為減小,從而起到磁場(chǎng)屏蔽的作用。要想提高磁屏蔽性能,應(yīng)采用要想提高磁屏蔽性能,應(yīng)采用高磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率的屏蔽材料,且增大屏蔽體的屏蔽材料,且增大屏蔽體的的壁厚壁厚。H0RmH1R0磁力線集中在其內(nèi)部磁力線集中在其內(nèi)部 (Rm)通過(guò)通過(guò)H2低頻磁場(chǎng)的屏蔽n如圖所示的屏蔽線圈用鐵磁材料作屏蔽罩。由于其磁導(dǎo)

7、率很大,其磁阻比空如圖所示的屏蔽線圈用鐵磁材料作屏蔽罩。由于其磁導(dǎo)率很大,其磁阻比空氣小很多,因此線圈所產(chǎn)生的磁通主要沿屏蔽罩通過(guò),即被限制在屏蔽體內(nèi)氣小很多,因此線圈所產(chǎn)生的磁通主要沿屏蔽罩通過(guò),即被限制在屏蔽體內(nèi),從而使線圈周圍不受影響。,從而使線圈周圍不受影響。n同樣,外界磁通也將通過(guò)屏蔽體而很少進(jìn)入屏蔽罩內(nèi),從而使外部磁場(chǎng)不致同樣,外界磁通也將通過(guò)屏蔽體而很少進(jìn)入屏蔽罩內(nèi),從而使外部磁場(chǎng)不致騷擾屏蔽罩內(nèi)的線圈。騷擾屏蔽罩內(nèi)的線圈。 (主動(dòng)屏蔽) (被動(dòng)屏蔽) 低頻磁場(chǎng)的屏蔽n 用鐵磁材料作的屏蔽罩,在垂直磁力線方向不應(yīng)開口或有縫隙。因?yàn)橛描F磁材料作的屏蔽罩,在垂直磁力線方向不應(yīng)開口或有

8、縫隙。因?yàn)槿艨p隙垂直于磁力線,則會(huì)切斷磁力線,使磁阻增大,屏蔽效果變差若縫隙垂直于磁力線,則會(huì)切斷磁力線,使磁阻增大,屏蔽效果變差。 低頻磁場(chǎng)的屏蔽鐵磁材料的屏蔽只適用于低頻,不能用于高頻磁場(chǎng)屏蔽。因?yàn)楦哳l時(shí)鐵磁材料的屏蔽只適用于低頻,不能用于高頻磁場(chǎng)屏蔽。因?yàn)楦哳l時(shí)鐵磁材料中的磁性損耗(包括磁滯和渦流)很大,鐵磁材料的磁導(dǎo)率鐵磁材料中的磁性損耗(包括磁滯和渦流)很大,鐵磁材料的磁導(dǎo)率也將明顯下降。也將明顯下降。高頻磁場(chǎng)的屏蔽n 根據(jù)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律,閉合回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于穿過(guò),閉合回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于穿過(guò)該回路的磁通量的時(shí)變率。該回路的磁通量的時(shí)變率。n

9、 根據(jù)根據(jù)楞次定律楞次定律,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起感應(yīng)電流,感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起感應(yīng)電流,感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通要阻止原來(lái)磁通的變化,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與原來(lái)磁通的變要阻止原來(lái)磁通的變化,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向與原來(lái)磁通的變化方向相反?;较蛳喾础0高頻磁場(chǎng)的屏蔽u 高頻磁場(chǎng)的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體(銅、鋁、高頻磁場(chǎng)的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體(銅、鋁、銅鍍銀銅鍍銀)u 屏蔽原理屏蔽原理: :利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場(chǎng)來(lái)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場(chǎng)來(lái)達(dá)到屏蔽的目的,即利用了渦流反向磁場(chǎng)對(duì)于原騷擾磁場(chǎng)的排斥作用達(dá)到屏蔽的目的,即利

10、用了渦流反向磁場(chǎng)對(duì)于原騷擾磁場(chǎng)的排斥作用,抑制或抵消屏蔽體外的磁場(chǎng)。,抑制或抵消屏蔽體外的磁場(chǎng)。H0渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)增強(qiáng)了金屬板側(cè)面的磁場(chǎng)使磁力線在金屬板側(cè)面繞行而過(guò)。渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)增強(qiáng)了金屬板側(cè)面的磁場(chǎng)使磁力線在金屬板側(cè)面繞行而過(guò)。高頻磁場(chǎng)的屏蔽n 屏蔽是利用感應(yīng)渦流的反磁場(chǎng)排斥原騷擾磁場(chǎng)而達(dá)到屏蔽屏蔽是利用感應(yīng)渦流的反磁場(chǎng)排斥原騷擾磁場(chǎng)而達(dá)到屏蔽 的目的,渦電流的大小直接影響屏蔽效果。的目的,渦電流的大小直接影響屏蔽效果。n 高頻磁場(chǎng)的屏蔽 屏蔽盒上所產(chǎn)生的渦流的大小將直接影響屏蔽效果。屏蔽盒上所產(chǎn)生的渦流的大小將直接影響屏蔽效果。下面通過(guò)屏蔽線圈的等效電路來(lái)說(shuō)明影響渦流大小的諸多因

11、素。下面通過(guò)屏蔽線圈的等效電路來(lái)說(shuō)明影響渦流大小的諸多因素。把屏蔽殼體看成是一匝的線圈,把屏蔽殼體看成是一匝的線圈,I為線圈的電流,為線圈的電流,M為線圈與屏蔽盒間的為線圈與屏蔽盒間的互感,互感,rs、Ls為屏蔽盒的電阻及電感,為屏蔽盒的電阻及電感,Is為屏蔽盒上產(chǎn)生的渦流。為屏蔽盒上產(chǎn)生的渦流。屏蔽體電阻高頻磁場(chǎng)的屏蔽 屏蔽體和線圈的等效電路屏蔽體和線圈的等效電路 渦流渦流 當(dāng)當(dāng) (高頻)時(shí),(高頻)時(shí), 當(dāng)當(dāng) (低頻)時(shí)(低頻)時(shí) sssj Miij LRssLRssMiiLssLRssj MiiRn 低頻時(shí)渦流很小,渦流的反磁場(chǎng)不足以完全 排斥原干擾磁場(chǎng),此法不適用于低頻磁場(chǎng)屏蔽n 一定

12、頻率后渦流不再隨著頻率升高,說(shuō)明渦流 產(chǎn)生的反磁場(chǎng)已足以排斥原有的干擾磁場(chǎng),從 而起到屏蔽作用。is頻率M/LRs/LRs屏蔽體電阻高頻磁場(chǎng)的屏蔽屏蔽盒是否接地不影響屏蔽效果;屏蔽盒是否接地不影響屏蔽效果;但如果將良導(dǎo)體金屬材料做的屏蔽盒接地,則它同時(shí)具有電場(chǎng)屏蔽和但如果將良導(dǎo)體金屬材料做的屏蔽盒接地,則它同時(shí)具有電場(chǎng)屏蔽和高頻磁場(chǎng)屏蔽的作用,所以實(shí)際使用中屏蔽盒應(yīng)接地。高頻磁場(chǎng)屏蔽的作用,所以實(shí)際使用中屏蔽盒應(yīng)接地。n 屏蔽盒上縫的方向必須順著渦流方向并且要盡可能地縮小縫屏蔽盒上縫的方向必須順著渦流方向并且要盡可能地縮小縫 的寬度。如果開縫切斷了渦流的通路則將大大影響金屬盒的的寬度。如果開縫

13、切斷了渦流的通路則將大大影響金屬盒的 屏蔽效果。屏蔽效果。(a)對(duì)內(nèi)部磁場(chǎng)的屏蔽)對(duì)內(nèi)部磁場(chǎng)的屏蔽 (b)對(duì)外部磁場(chǎng)的屏蔽)對(duì)外部磁場(chǎng)的屏蔽高頻磁場(chǎng)的屏蔽屏蔽體電阻越小,產(chǎn)生的感應(yīng)渦流越大而且屏蔽體自身的損耗也越小。屏蔽體電阻越小,產(chǎn)生的感應(yīng)渦流越大而且屏蔽體自身的損耗也越小。所以高頻磁屏蔽材料需用良導(dǎo)體所以高頻磁屏蔽材料需用良導(dǎo)體。鐵磁材料的屏蔽不適用于高頻磁場(chǎng)鐵磁材料的屏蔽不適用于高頻磁場(chǎng)屏蔽屏蔽 。由于高頻電流的趨膚效應(yīng),渦流僅在屏蔽盒的表面流過(guò),所以高頻屏蔽由于高頻電流的趨膚效應(yīng),渦流僅在屏蔽盒的表面流過(guò),所以高頻屏蔽盒無(wú)需做得很厚。當(dāng)盒無(wú)需做得很厚。當(dāng)f1M Hzf1M Hz時(shí),機(jī)械

14、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、工藝方面的要求時(shí),機(jī)械強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、工藝方面的要求要遠(yuǎn)大于屏蔽角度所需要的厚度。因此,高頻屏蔽不考慮屏蔽盒厚度要遠(yuǎn)大于屏蔽角度所需要的厚度。因此,高頻屏蔽不考慮屏蔽盒厚度。實(shí)際應(yīng)用中,一般。實(shí)際應(yīng)用中,一般0.2-0.8mm0.2-0.8mm。電磁屏蔽時(shí)變電磁場(chǎng)中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的,通常所說(shuō)的屏蔽,多指電時(shí)變電磁場(chǎng)中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的,通常所說(shuō)的屏蔽,多指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時(shí)抑制或削弱電場(chǎng)和磁場(chǎng)。磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時(shí)抑制或削弱電場(chǎng)和磁場(chǎng)。電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽(10kHz 40GHz)。在頻率較低(近場(chǎng)區(qū),近場(chǎng)隨

15、著騷擾源的性質(zhì)不同,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的大在頻率較低(近場(chǎng)區(qū),近場(chǎng)隨著騷擾源的性質(zhì)不同,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的大小有很大差別。小有很大差別。 高電壓小電流高電壓小電流騷擾源以電場(chǎng)為主騷擾源以電場(chǎng)為主(電準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場(chǎng)忽略了感應(yīng)電壓(電準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場(chǎng)忽略了感應(yīng)電壓),磁場(chǎng)騷擾較小(有時(shí)可忽略)。,磁場(chǎng)騷擾較?。ㄓ袝r(shí)可忽略)。 低電壓高電流低電壓高電流騷騷 擾擾 源源 以以 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) 騷騷 擾擾 為為 主主(磁準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場(chǎng)忽略(磁準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場(chǎng)忽略了位移電流了位移電流),電場(chǎng)騷擾較小。),電場(chǎng)騷擾較小。隨著頻率增高,電磁輻射能力增加,產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng),并趨向于遠(yuǎn)場(chǎng)隨著頻率增高,電磁輻射能力增加,產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng),并趨向于遠(yuǎn)場(chǎng)騷擾。遠(yuǎn)場(chǎng)騷擾

16、中的電場(chǎng)騷擾和磁場(chǎng)騷擾都不可忽略,因此需要將電騷擾。遠(yuǎn)場(chǎng)騷擾中的電場(chǎng)騷擾和磁場(chǎng)騷擾都不可忽略,因此需要將電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)屏蔽,即電磁屏蔽。場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)屏蔽,即電磁屏蔽。屏蔽效能屏蔽有兩個(gè)目的:一是限制屏蔽內(nèi)部的電磁騷擾越出某一區(qū)域;二是防屏蔽有兩個(gè)目的:一是限制屏蔽內(nèi)部的電磁騷擾越出某一區(qū)域;二是防止外來(lái)的電磁干擾(騷擾)進(jìn)入屏蔽體內(nèi)的某一區(qū)域。止外來(lái)的電磁干擾(騷擾)進(jìn)入屏蔽體內(nèi)的某一區(qū)域。屏蔽的作用通過(guò)一個(gè)將上述區(qū)域封閉起來(lái)的殼體來(lái)實(shí)現(xiàn)??梢宰龀山饘倨帘蔚淖饔猛ㄟ^(guò)一個(gè)將上述區(qū)域封閉起來(lái)的殼體來(lái)實(shí)現(xiàn)??梢宰龀山饘俑舭?、盒式、電纜屏蔽、連接器屏蔽等。隔板、盒式、電纜屏蔽、連接器屏蔽等。屏蔽體一般

17、有實(shí)芯型、非實(shí)芯型(例如金屬網(wǎng))和金屬編織帶等。屏蔽體一般有實(shí)芯型、非實(shí)芯型(例如金屬網(wǎng))和金屬編織帶等。屏蔽效能屏蔽前場(chǎng)強(qiáng) E1, H1屏蔽后場(chǎng)強(qiáng) E2,H2p 對(duì)電、磁場(chǎng)和電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁波屏蔽, 屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) , SH = 20 lg ( H1/ H2 ) dBp 衰減量與屏蔽效能的關(guān)系例:40dB, 衰減比1/100 GJB151A的機(jī)箱:60dB一般商業(yè)的機(jī)箱: 40dB 軍用屏蔽室: 100dB 1E2E 屏蔽效能按照傳輸線理論,屏蔽體對(duì)于電磁波的衰減有三種機(jī)理:按照傳輸線理論,屏蔽體對(duì)于電磁波的衰減有三種機(jī)

18、理:(1)反射:在空氣中傳播的電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí),由)反射:在空氣中傳播的電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí),由于空氣和金屬交界面的阻抗不連續(xù),在分界面上引起波的于空氣和金屬交界面的阻抗不連續(xù),在分界面上引起波的反射。反射。(2)衰減:未被屏蔽體表面反射而透射進(jìn)入屏蔽體的電磁)衰減:未被屏蔽體表面反射而透射進(jìn)入屏蔽體的電磁能量,繼續(xù)在屏蔽體內(nèi)傳播時(shí)被屏蔽材料衰減。能量,繼續(xù)在屏蔽體內(nèi)傳播時(shí)被屏蔽材料衰減。(3)再反射:在屏蔽體內(nèi)尚未衰減完的剩余電磁能量,傳)再反射:在屏蔽體內(nèi)尚未衰減完的剩余電磁能量,傳播到屏蔽體的另一個(gè)表面時(shí),又由于金屬和空氣阻抗的不播到屏蔽體的另一個(gè)表面時(shí),又由于金屬和空氣阻抗的不

19、連續(xù)在其交界面再次發(fā)生反射,并重新折回屏蔽體內(nèi)。這連續(xù)在其交界面再次發(fā)生反射,并重新折回屏蔽體內(nèi)。這種反射在屏蔽體內(nèi)的兩個(gè)界面之間可能重復(fù)多次。種反射在屏蔽體內(nèi)的兩個(gè)界面之間可能重復(fù)多次。屏蔽效能 設(shè)金屬平板左右兩側(cè)均為空氣,因而在左右兩個(gè)界面上出設(shè)金屬平板左右兩側(cè)均為空氣,因而在左右兩個(gè)界面上出現(xiàn)波阻抗突變,入射電磁波在界面上就產(chǎn)生反射和透射?,F(xiàn)波阻抗突變,入射電磁波在界面上就產(chǎn)生反射和透射。 電磁能(波)的反射,是屏蔽體對(duì)電磁波衰減的第一種機(jī)電磁能(波)的反射,是屏蔽體對(duì)電磁波衰減的第一種機(jī)理,稱為理,稱為反射損耗反射損耗,用,用R表示。表示。p 透射入金屬板內(nèi)繼續(xù)傳播,其場(chǎng)量 振幅要按指

20、數(shù)規(guī)律衰減。場(chǎng)量的衰 減反映了金屬板對(duì)透射入的電磁能 量的吸收,電磁波衰減的第二種機(jī) 理稱為吸收損耗,用A表示p 在金屬板內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量達(dá)到金屬右邊界面上時(shí),又要發(fā)生反射,并在金屬板的兩個(gè)界面之間來(lái)回多次反射。只有剩余的一小部分電磁能量透過(guò)屏蔽的空間。電磁波衷減的第三種機(jī)理,稱為多次反射修正因子,用B表示。tRAB屏蔽效能的計(jì)算SE R AB入射場(chǎng)強(qiáng)距離吸收損耗AR1R2B透射泄漏R 反射損耗A吸收損耗B多次反射損耗n 實(shí)心材料對(duì)電磁波的反射和吸收損耗使電磁能量被大大衰減,將電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)屏蔽,即電磁屏蔽。反射AR1R2反射損耗p 反射損耗R 反射損耗是由屏蔽體表面處阻抗不連續(xù)性引起的

21、。反射損耗R與哪些因素有關(guān)呢?下面我們引入波阻抗波阻抗概念波阻抗的概念(前述)377波阻抗電場(chǎng)為主 E 1/ r3 H 1 / r2磁場(chǎng)為主 H 1/ r3 E 1/ r2平面波 E 1/ r H 1/ r/ 2到觀測(cè)點(diǎn)距離 rE/H電磁波中的電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量的比值稱為波阻抗,定義如下:電磁波中的電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量的比值稱為波阻抗,定義如下: Zw=E/Hp距離小于距離小于 /時(shí),稱為近場(chǎng)區(qū),大于時(shí),稱為近場(chǎng)區(qū),大于 /時(shí)稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。時(shí)稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。p波阻抗的值:近場(chǎng)區(qū)中,波阻抗的值:近場(chǎng)區(qū)中,波阻抗小于波阻抗小于377,稱為低阻抗波,或磁場(chǎng)波。大電流、低電壓(輻射源電路的阻抗較低),稱為低阻

22、抗波,或磁場(chǎng)波。大電流、低電壓(輻射源電路的阻抗較低),波阻抗大于波阻抗大于377,稱為高阻抗波,或電場(chǎng)波。高電壓,小電流(輻射源電路的阻抗較高),稱為高阻抗波,或電場(chǎng)波。高電壓,小電流(輻射源電路的阻抗較高),n遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),波阻抗僅與電場(chǎng)波傳播介質(zhì)有關(guān),空氣為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),波阻抗僅與電場(chǎng)波傳播介質(zhì)有關(guān),空氣為377 。 波阻抗的概念(前述)377波阻抗電場(chǎng)為主 E 1/ r3 H 1 / r2磁場(chǎng)為主 H 1/ r3 E 1/ r2平面波 E 1/ r H 1/ r/ 2到觀測(cè)點(diǎn)距離 rE/H波阻抗隨波阻抗隨距離距離而變化而變化 。在近場(chǎng)區(qū)內(nèi),特定電場(chǎng)波的波阻抗隨距離而變化。如果是電場(chǎng)波,隨著距離的增

23、加,波阻抗降低,如果是磁場(chǎng)波,隨著距離的增加,波阻抗升高。在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),波阻抗保持不變。注意:近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的分界面隨頻率的不同而不同。反射損耗的計(jì)算 R 20 lgp 反射損耗與波阻抗有關(guān)u 屏蔽材料的阻抗 Zs 磁場(chǎng)反射損耗, 當(dāng)頻率升高時(shí),電場(chǎng)和磁場(chǎng)損耗趨向于一致,匯合 在平面波的反射損耗數(shù)值上。 p 距離電偶極源越近,則反射損耗越大(波阻抗越高)。磁偶極源,則正好相反。p 頻率影響:頻率升高時(shí),電場(chǎng)的波阻抗變低,磁場(chǎng)波的波阻抗變高。同時(shí)屏蔽材 料的阻抗發(fā)生變化(變大)。對(duì)于平面波,由于波阻抗一定(377),因此隨 著頻率升高,反射損耗降低。吸收損耗入射電磁波E1剩余電磁波E2E2 = E1

24、e-t/ A 20 lg ( E1 / E2 ) = 20 lg ( e t / )t0.37E0 3.34 t f rr dB10.066rrf p 吸收損耗是由電磁波通過(guò)屏蔽體所產(chǎn)生的熱損耗引起的。p材料越厚t ,吸收損耗越大;p磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率和頻率越高,吸收損耗越大。p 吸收損耗與入射電磁場(chǎng)(波)的種類(波阻抗)無(wú)關(guān)。 多次反射損耗的計(jì)算多次反射損耗是電磁波在屏蔽體內(nèi)反復(fù)碰到壁面所產(chǎn)生的損耗。B = 20 lg ( 1 - e -2 t / )說(shuō)明: 當(dāng)吸收損耗較大時(shí)(屏蔽體較厚,頻率較高),可忽略 對(duì)于電場(chǎng)波,可以忽略 對(duì)于電場(chǎng)波,反射損耗已很大了,進(jìn)入屏蔽體的能量已經(jīng)很小了, 所以可

25、以忽略。綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)高頻時(shí)電磁波種類的影響很小150250平面波00 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M電場(chǎng)D = 0.5 m磁場(chǎng) D = 0.5 m屏蔽效能(dB)頻率p 低頻:趨膚深度大,吸收損耗小,屏蔽決于反射損耗。電場(chǎng)電磁波磁場(chǎng)。p 高頻:電場(chǎng)的反射損耗降低,磁場(chǎng)的反射損耗增加; 頻率升高,吸收損耗增加,頻率高到一定程度時(shí),屏蔽主要由吸收損耗決定。p 屏蔽的難度按電場(chǎng)波、平面波、磁場(chǎng)波的順序依次增加。p 特別是頻率較低的磁場(chǎng),很難屏蔽。屏蔽材料的性能導(dǎo)磁材料磁屏蔽是利用由高導(dǎo)磁率之城的磁屏蔽體,提供低磁阻的磁通路使得大部分磁通在磁屏蔽體上分流而達(dá)到屏蔽目的

26、,因此磁導(dǎo)率成為選擇磁屏蔽材料的主要依據(jù)。磁導(dǎo)率是表示磁介質(zhì)磁性的物理量。常用符號(hào)表示,為介質(zhì)的磁導(dǎo)率,或稱絕對(duì)磁導(dǎo)率。等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比,即 =B/H=0r,式中0為真空磁導(dǎo)率,r為介質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率,(不是常數(shù),隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度不是常數(shù),隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度和頻率變化和頻率變化)按r的大小可將介質(zhì)分為弱磁性材料順磁性(r1)鋁等金屬抗磁質(zhì)(r1)鐵、鎳等金屬屏蔽材料的性能鐵磁性材料特點(diǎn):鐵磁性材料特點(diǎn):B與H為非線性關(guān)系,頻率增高,磁導(dǎo)率r降低。151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103n 磁屏蔽材料手冊(cè)上給出的導(dǎo)磁率數(shù)據(jù)大多是直流情

27、況下的,隨著 頻率增加,導(dǎo)磁率會(huì)下降 ,當(dāng)頻率大于 時(shí),導(dǎo)磁率更低。10kHz屏蔽材料的性能n 由圖中可以看出,鐵磁性材料在頻率很高時(shí),由于發(fā)生嚴(yán)重的磁損耗,使磁導(dǎo)率大大降低,因此只能采用導(dǎo)電性能良好的材料作為屏蔽體。n導(dǎo)電材料n根據(jù)屏蔽理論,電屏蔽和電磁屏蔽是利用由導(dǎo)電材料制成的屏蔽體并結(jié)合接地來(lái)切斷干擾源與感受器之間的耦合通道,以達(dá)到屏蔽目的,因此,電導(dǎo)率成為選擇屏蔽材料的主要依據(jù)。n由于電導(dǎo)率是常數(shù),不隨場(chǎng)強(qiáng)及頻率的變化而變化,因此電屏蔽和電磁屏蔽要簡(jiǎn)單得多,根據(jù)實(shí)際情況選擇好的導(dǎo)電材料即可。屏蔽材料的性能n薄膜材料與薄膜屏蔽薄膜材料與薄膜屏蔽n在計(jì)算機(jī)、通信與數(shù)控設(shè)備上廣泛采用工程塑料

28、機(jī)箱,通常在機(jī)箱上采用噴導(dǎo)電漆、電弧噴鍍、電離鍍、熱噴涂等工藝,在機(jī)箱上產(chǎn)生一層導(dǎo)電薄膜,成為薄膜材料。n導(dǎo)電膠與導(dǎo)磁膠導(dǎo)電膠與導(dǎo)磁膠n導(dǎo)電、導(dǎo)磁膠是電子工業(yè)專用膠黏劑,是在普通的膠黏劑中添加導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料配制而成的。p 導(dǎo)電橡膠:在硅橡膠內(nèi)填充占總重量70 80比例的金屬顆粒,如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅橡膠良好彈性的特性,同時(shí)具有較好的導(dǎo)電性。 實(shí)際屏蔽體問(wèn)題p 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、指示燈和電纜線、電源線等p 影響屏蔽效能的兩個(gè)因素:屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性和穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)線(危害更大輻射傳導(dǎo))。通風(fēng)口

29、顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙電纜線縫隙的泄漏高頻起主要作用低頻起主要作用縫隙的阻抗越小,則電磁泄漏越小,屏蔽效能越高??p隙的阻抗越小,則電磁泄漏越小,屏蔽效能越高??p隙的阻抗可以用電阻和電容并聯(lián)來(lái)等效。由于電容的容抗隨著頻率升高降低,因此高頻屏蔽效果好。縫隙縫隙泄漏的抑制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)電容器原理,很容易知道:兩個(gè)表面之間距離越近,相對(duì)的面積越大,則電容越大??斩葱孤┑囊种拼?/p>

30、施1.由于制造、裝配、維修、散熱及觀察要求,屏蔽體上面一般由于制造、裝配、維修、散熱及觀察要求,屏蔽體上面一般都開有形狀各異、尺寸不同的孔縫。電磁能量就會(huì)通過(guò)孔洞、都開有形狀各異、尺寸不同的孔縫。電磁能量就會(huì)通過(guò)孔洞、縫隙泄漏,導(dǎo)致屏蔽效能的降低。縫隙泄漏,導(dǎo)致屏蔽效能的降低。2.電磁能量的泄漏主要取決于孔縫的尺寸、形狀及位置。電磁能量的泄漏主要取決于孔縫的尺寸、形狀及位置。3.當(dāng)不連續(xù)點(diǎn)的尺寸與其諧振值匹配時(shí),對(duì)應(yīng)頻率的屏蔽效能當(dāng)不連續(xù)點(diǎn)的尺寸與其諧振值匹配時(shí),對(duì)應(yīng)頻率的屏蔽效能會(huì)迅速降低。會(huì)迅速降低。縫隙泄漏的抑制解決縫隙泄漏的措施:1) 接觸面的重合面積接觸面的重合面積,這可以減小電阻、

31、增加電容。不同部分的結(jié)合處構(gòu)成的縫隙是一條細(xì)長(zhǎng)的開口。在平整的結(jié)合處也不可能完全接觸,只能在某些點(diǎn)接觸上是真正接觸的,構(gòu)成一個(gè)空洞陣列。根據(jù)電磁場(chǎng)理論,具有一定深度的縫隙可看作波導(dǎo),而波導(dǎo)在一定條件下可以對(duì)在其內(nèi)部傳播的電磁波進(jìn)行衰減,深度越深,衰減量越大。另一方面,當(dāng)縫隙很窄時(shí),縫隙之間的電容較大,其阻抗可以等效為電阻與電容并聯(lián)。由于容抗隨頻率升高而降低,因此在頻率較高時(shí),屏蔽效能較好。增加金屬之間的搭接面積可以增大電容,使阻抗減小,從而減小泄漏。縫隙泄漏的抑制電磁密封襯墊縫隙n 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

32、:增加接觸面的平整度,增加緊固件(螺釘、鉚釘)的密度,方法:使用電磁密封襯墊,電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料??p隙泄漏的抑制電磁密封襯墊縫隙使用電磁密封襯墊可以實(shí)現(xiàn)縫隙的電磁密封。襯墊的電氣特性應(yīng)與屏蔽體的特性近似以保持分界面上有很高的電氣導(dǎo)電性能。電磁密封襯墊的兩個(gè)基本特性是導(dǎo)電性和彈性,任何導(dǎo)電的彈性材料都可以作為電磁密封襯墊用。常用的襯墊有金屬絲網(wǎng)屏蔽條、導(dǎo)電橡膠、橡膠芯金屬網(wǎng)套等。氧化或其它老化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致連接點(diǎn)處的屏蔽質(zhì)量下降。襯墊連接點(diǎn)的屏蔽效能隨頻率升高而下降。電磁密封襯墊的種類n 金屬絲網(wǎng)襯墊n 導(dǎo)電橡膠n 指形簧片n 螺旋管襯墊電磁密封襯墊的種類襯墊種類襯墊種類優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺

33、點(diǎn)適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電橡膠同時(shí)具有環(huán)境密封同時(shí)具有環(huán)境密封和電磁密封作用,和電磁密封作用,高頻屏蔽效能高高頻屏蔽效能高需要的壓力大,需要的壓力大,價(jià)格高價(jià)格高需要環(huán)境密封和較高屏需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場(chǎng)合蔽效能的場(chǎng)合金屬絲網(wǎng)金屬絲網(wǎng)條條成本低,不易損壞成本低,不易損壞 高頻屏蔽效能,高頻屏蔽效能,適合適合1GHz以上以上的場(chǎng)合沒有環(huán)境的場(chǎng)合沒有環(huán)境密封作用密封作用干擾頻率為干擾頻率為1GHz以下以下的場(chǎng)合的場(chǎng)合指形簧片指形簧片屏蔽效能高允許滑屏蔽效能高允許滑動(dòng)接觸形變范圍大動(dòng)接觸形變范圍大 價(jià)格高沒有環(huán)境價(jià)格高沒有環(huán)境密封作用密封作用有滑動(dòng)接觸的場(chǎng)合屏蔽有滑動(dòng)接觸的場(chǎng)合屏蔽性能要求較高的場(chǎng)合性能要求較高的場(chǎng)合p 導(dǎo)電橡膠:在硅橡膠內(nèi)填充占總重量70 80比例的金屬顆粒,如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅橡膠良好彈性的特性,同時(shí)具有較好的導(dǎo)電性。 電磁密封襯墊的種類螺旋管螺旋管屏蔽效能高,屏蔽效能高,價(jià)格低

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