第四章屏蔽技術(shù)

1、 屏蔽是用導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧蠈⒛骋粎^(qū)域隔離，使其內(nèi)部的輻射電磁場(chǎng)不能越出這一區(qū)域，外面的輻射電磁場(chǎng)不能進(jìn)入這一區(qū)域（或受到很大的衰減）。 具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。因?yàn)槠帘误w對(duì)來(lái)自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。 按照屏蔽作用原理，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽

2、及電磁場(chǎng)屏蔽。這些作用與屏蔽結(jié)構(gòu)表面上和屏蔽體內(nèi)感生的電荷、電流及極化現(xiàn)象密切相關(guān)。l （1）當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對(duì)外來(lái)電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。l （2）當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。l （3）在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。 包括靜電屏蔽和交變電場(chǎng)（高阻抗電場(chǎng)源的近場(chǎng)）的屏蔽。 1.靜電屏蔽 導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中處于靜電平衡時(shí)，有下列性質(zhì)： （1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)的電場(chǎng)為零； （2）導(dǎo)體表面上任何一

3、點(diǎn)的電場(chǎng)方向與該點(diǎn)的導(dǎo)體表面垂直； （3）整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等位體； （4）導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有靜電荷時(shí)，電荷只分布在導(dǎo)體的表面上。 即使其內(nèi)部存在空腔的導(dǎo)體，在靜電場(chǎng)中也有上述性質(zhì)。因此，如果把有空腔的導(dǎo)體引入電場(chǎng)，由于導(dǎo)體的內(nèi)表面無(wú)靜電荷，空腔中也無(wú)電場(chǎng)，外電場(chǎng)對(duì)空腔沒(méi)有影響。如果把導(dǎo)體接地，即使空腔內(nèi)有帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)，在腔體外也無(wú)電場(chǎng)。 2. 交變電場(chǎng)的屏蔽 對(duì)于交變電場(chǎng)的屏蔽原理，采用電路理論比較方便。干擾源與感受器之間的電場(chǎng)感應(yīng)可以用分布電容來(lái)進(jìn)行描述。干擾源與感受器之間的分布電容越大，則干擾越大。 為了減小干擾，應(yīng)盡量使干擾源與感受器遠(yuǎn)離，當(dāng)無(wú)法滿足要求時(shí)，則需屏蔽。 屏蔽體必須選用導(dǎo)電性能

4、好的材料，而且必須良好接地。一般來(lái)說(shuō)，接地阻抗小于2m ，比較嚴(yán)格的情況小要求接地阻抗小于0.5m 。若屏蔽體不接地或接地不良，將導(dǎo)致干擾變得更大。 如在變壓器兩個(gè)繞組之間加導(dǎo)體屏蔽板，以減小分布電容耦合干擾。 磁場(chǎng)屏蔽包括靜磁、低頻（100KHz以下）和高頻磁屏蔽（低阻抗磁場(chǎng)源近區(qū)感應(yīng)磁場(chǎng)的屏蔽）。 SlRm高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS鐵磁材料正確不正確151015坡莫合金坡莫合金 金屬金屬鎳鋼鎳鋼冷軋鋼冷軋鋼 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103 高頻磁場(chǎng)的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體材料，如銅、鋁等 良導(dǎo)體材料正

5、確不正確磁通密度 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)磁率材料低導(dǎo)磁率材料高導(dǎo)磁率材料低頻磁場(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)電材料高導(dǎo)磁率材料l 使用場(chǎng)合：當(dāng)干擾電磁波是頻率為1kHz 以下的磁場(chǎng)時(shí)，要使用高導(dǎo)磁率材料來(lái)進(jìn)行屏蔽。例如CRT顯示器的圖象在外界磁場(chǎng)的作用下發(fā)生抖動(dòng)或顏色失真時(shí)，就需要對(duì)顯示管或整個(gè)顯示器進(jìn)行屏蔽。馬達(dá)或變壓器產(chǎn)生的低頻磁場(chǎng)對(duì)周圍電路產(chǎn)生影響，就需要將馬達(dá)或變壓器屏蔽起來(lái)。l 使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：首先加工會(huì)降低高導(dǎo)磁率材料的導(dǎo)磁率，導(dǎo)致屏蔽效能下降；因此屏蔽體加工后要進(jìn)行熱處理，恢

6、復(fù)導(dǎo)磁率，并且在安裝、搬運(yùn)屏蔽體時(shí)要避免敲擊、振動(dòng)等操作。另外，高導(dǎo)磁率材料的焊接要使用母料做填充料，以保證焊縫的導(dǎo)磁率。屏蔽體越小，屏蔽效能越高。因此在容積足夠的前提下，屏蔽體的體積要盡量小。電磁屏蔽集膚效應(yīng)21)2(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 = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 屏蔽效能 原始場(chǎng)強(qiáng) 屏蔽后場(chǎng)強(qiáng) 衰減量 20 dB 1 01 90% 40 dB 1 001 99% 60 dB 1 0001 999% 80 dB 1 00001 9999% 100 dB 1 000001 9999

7、9% 120 dB 1 0000001 999999%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 AB，R1， R2代表兩個(gè)表面的反射損耗，A代表屏蔽體的吸收損耗，B代表多次反射損耗，A越大，B越小。B實(shí)際屏蔽體的問(wèn)題通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(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

8、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.解決縫隙泄漏的措施： 1) 增加接觸面的重合面積，這可以減小電阻、增加電容 2) 使用盡量多的緊固螺釘，這也可以減小電阻、增加電容 3) 保持接觸面清潔，減小接觸電阻 4) 保持接觸面較好的平整度，這可以減小電阻、增加電容 5) 使用電磁密封襯墊，消除縫隙上不接觸點(diǎn) 使用電磁密封襯墊處理縫隙電磁密封襯墊縫隙電磁密封襯墊的種類 凡是有彈性且導(dǎo)電良好的材料都可以用做電磁密封襯墊。按照這個(gè)原理制造的電磁密封襯墊有:l 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

9、鋁鍍銀玻璃球等。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。l 金屬編織網(wǎng)：用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長(zhǎng)條，外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。但它的編織方法與電纜屏蔽層不同，電纜屏蔽層是用多根線編成的，而這種屏蔽襯墊是由一根線織成的。打個(gè)形象的比喻，就像毛衣的袖子一樣。為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的彈性，有時(shí)在網(wǎng)管內(nèi)加入橡膠芯。l 指形簧片：鈹銅制成的簧片，具有很好的彈性和導(dǎo)電性。導(dǎo)電性和彈性。l 多重導(dǎo)電橡膠：由兩層橡膠構(gòu)成，內(nèi)層是普通硅橡膠，外層是導(dǎo)電橡膠。這種材料克服了傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠彈性差的缺點(diǎn)，使橡膠的彈性得以充分體現(xiàn)。它的原理有些像帶橡膠芯的金屬絲網(wǎng)條。襯墊種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合

10、導(dǎo)電橡膠同時(shí)具有環(huán)境密封和電磁密封作用;高頻屏蔽效能高。需要的壓力大價(jià)格高需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場(chǎng)合金屬絲網(wǎng)條成本低不易損壞高頻屏蔽效能低，不適合1GHz 以上的場(chǎng)合。沒(méi)有環(huán)境密封作用。干擾頻率為1GHz 以下的場(chǎng)合指形簧片屏蔽效能高允許滑動(dòng)接觸形變范圍大價(jià)格高沒(méi)有環(huán)境密封作用有滑動(dòng)接觸的場(chǎng)合；屏蔽性能要求較高的場(chǎng)合不同種類的電磁密封襯墊的特點(diǎn)螺旋管屏蔽效能高價(jià)格低復(fù)合型能同時(shí)提供環(huán)境密封和電磁密封過(guò)量壓縮時(shí)容易損壞屏蔽性能要求高的場(chǎng)合有良好壓縮限位的場(chǎng)合；需要環(huán)境密封和很高屏蔽效能的場(chǎng)合。多重導(dǎo)電橡膠彈性好價(jià)格低可以提供環(huán)境密封。表層導(dǎo)電層較薄，在反復(fù)磨擦的場(chǎng)合容易脫落。需要環(huán)境密封和

11、一般屏蔽性能的場(chǎng)合；不能提供較大壓力的場(chǎng)合。導(dǎo)電布襯墊柔軟，需要壓力??；價(jià)格低濕熱環(huán)境中容易損壞。不能提供較大壓力的場(chǎng)合 穿孔金屬板截止波導(dǎo)通風(fēng)板 孔洞的電磁泄漏與孔洞的最大尺寸有關(guān)，因此，在屏蔽機(jī)箱的通風(fēng)孔設(shè)計(jì)上，往往采用與一個(gè)大孔相同開(kāi)口面積的多個(gè)小孔構(gòu)成的孔陣代替一個(gè)大孔。這樣做的好處有以下幾個(gè)：提高孔的截止頻率，提高了單個(gè)孔的屏蔽效能；增加輻射源到孔的相對(duì)距離（與孔的尺寸相比），減小孔的泄漏（孔的泄漏與輻射源到孔的距離有關(guān)）；如果穿孔板有一定的厚度，可以增加截止波導(dǎo)的衰減作用。當(dāng)屏蔽體的屏蔽效能要求不高，并且對(duì)通風(fēng)量的要求不高時(shí)，可以采用穿孔金屬板，穿孔金屬板的優(yōu)點(diǎn)是成本低。但屏蔽效能與通風(fēng)量之間的矛盾突出。 在通風(fēng)孔上安裝一塊金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)與屏蔽體之間要可靠的搭接，防止縫隙泄漏。金屬網(wǎng)的經(jīng)線和緯線之間要可靠搭接，否則屏蔽效能很低。如果對(duì)屏蔽效能和通風(fēng)量的要求都較高，可以使用截止波導(dǎo)通風(fēng)板。這種通風(fēng)板由許多六角形截止波導(dǎo)管構(gòu)成，由于截止波導(dǎo)管的屏蔽效能較高，并且每個(gè)波導(dǎo)管的壁厚很薄，因此這種通風(fēng)板兼有良好的通風(fēng)特性和電磁屏蔽特性。使用截止波導(dǎo)板時(shí)，同樣要注意與機(jī)箱基體之間的搭接，一般使用焊接或電磁密封襯墊連接。 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)屏蔽體上開(kāi)小孔屏蔽體