電磁兼容屏蔽技術(shù)

1、6.2.1 概述(i sh)6.2.2 電屏蔽(pngb) 6.2.3 磁屏蔽6.2.4 電磁屏蔽6.2.5 孔縫對屏蔽效能的影響6.2.7 屏蔽設(shè)計(jì)要點(diǎn)6.2.6 電磁密封處理共八十四頁26.2.1 概 述 屏蔽(pngb)類型： 屏蔽是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈⑿枰雷o(hù)區(qū)域(qy)封閉起來，以抑制和 控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻 射；屏蔽技術(shù)用來抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷電磁 波輻射（和場耦合）的傳輸途徑。 主動(dòng)屏蔽：屏蔽干擾源，被動(dòng)屏蔽：屏蔽敏感體。波 電磁波屏蔽低頻近場共八十四頁屏蔽(pngb)效能( SE )屏蔽效能(xionng)：屏蔽體的性質(zhì)的定量評價(jià)。

2、定義：或或電屏蔽效能磁屏蔽效能E0、H0 未加屏蔽時(shí)空間中某點(diǎn)的電（磁）場；E1、H1 加屏蔽后空間中該點(diǎn)的電（磁）場；共八十四頁無屏蔽場強(qiáng)有屏蔽場強(qiáng)屏蔽效能 SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰減(shui jin)量與屏蔽效能的關(guān)系共八十四頁機(jī)箱類型屏蔽效能 SE（dB）民用產(chǎn)品40以下軍用設(shè)備60TEMPEST設(shè)備80屏蔽室、屏蔽艙100以上屏蔽效能(xionng)的要求共八十四頁6 靜電場屏蔽(pngb)1 靜電場的屏蔽(pngb) 主動(dòng)屏蔽: 被動(dòng)屏蔽 接地防止電力線通過孔縫侵入屏蔽殼體內(nèi)部 完全靜電場屏蔽的必要

3、條件： 1.完整的導(dǎo)體，2. 接地?？涨还舶耸捻?. 低頻交變電場(jio bin din chn)屏蔽目的：抑制低頻電容(dinrng)性耦合干擾（1）未加屏蔽（2） 加屏蔽（忽略CSR1的影響）未加屏蔽的耦合SRCSR0CRUS UN0 加屏蔽的耦合SRCSR1CRUS UN1 C1C2C3Up 分析方法：應(yīng)用電路理論分析共八十四頁討論:（1）屏蔽(pngb)體不接地，若（2）屏蔽(pngb)體接地屏蔽體接地SRCSR1CRUS UN1 C1C2共八十四頁（3）屏蔽(pngb)體接地時(shí)，CSR1的影響屏蔽(pngb)效能:CSR1CRUS UN1 C2等效電路共八十四頁屏蔽體的材料(ci

4、lio)以良導(dǎo)體為好，對厚度無什么要求屏蔽體的形狀對屏蔽效能有明顯(mngxin)的影響電場屏蔽的設(shè)計(jì)要點(diǎn)屏蔽體要靠近受保護(hù)的設(shè)備屏蔽體要有良好的接地共八十四頁6.2.2 磁場(cchng)屏蔽1原理(yunl) 高頻磁場屏蔽高頻磁場金屬板渦流反磁場 低頻磁場屏蔽（f 磁場反射損耗, 當(dāng)頻率升高時(shí)，電場和磁場損耗趨向于一致，匯合 在平面波的反射損耗數(shù)值上。 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。 頻率影響：頻率升高時(shí)，電場的波阻抗變低，磁場波的波阻抗變高。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

5、。共八十四頁 多次反射(fnsh)修正 B（dB）而故：當(dāng) 時(shí)，則當(dāng) 時(shí)，通?？珊雎訠。共八十四頁反射(fnsh)損耗：電場(din chng)源磁場源（ ）屏蔽效能：吸收損耗：遠(yuǎn)場平面波源多次反射修正：小結(jié)共八十四頁屏蔽(pngb)效能的頻率特性綜合(zngh)屏蔽效能(0.5mm鋁板)良導(dǎo)體對電場的屏蔽性能優(yōu)于對平面波良導(dǎo)體對平面波的屏蔽性能優(yōu)于對磁場共八十四頁例1 有一個(gè)大功率線圈的工作頻率為20kHz ，在離線圈0.5m處 置一鋁板 以屏蔽線圈對設(shè)備的影響。設(shè)鋁板厚度 為0.5mm 。試計(jì)算其屏蔽效能。解： 屏蔽體處于(chy)哪個(gè)場區(qū)： 近場大功率線圈 強(qiáng)磁場，主要(zhyo)為磁屏

6、蔽.故共八十四頁又故共八十四頁式中： 2. 雙層屏蔽(pngb)體的屏蔽(pngb)效能總反射損耗多次反射修正總吸收損耗t2x21t1d共八十四頁的多次反射的多次反射空氣層中的多次反射t2x21t1d共八十四頁通常(tngchng)兩層之間的空氣中的多次反射起主要作用，則當(dāng)兩屏蔽層采用同一(tngy)金屬材料且相同厚度時(shí)，共八十四頁（3）薄膜屏蔽(pngb)：工程塑料機(jī)箱具有造型美觀、加工方便、質(zhì)量(zhling)輕等優(yōu)點(diǎn)。如何使機(jī)箱具有屏蔽作用？通過噴涂、真空沉積以及粘貼等技術(shù)在機(jī)箱上包裹一層導(dǎo)電薄膜。設(shè)薄膜厚度為t，電磁波在薄膜中的波長為 ，當(dāng) ，稱這種屏蔽層為薄膜屏蔽。由于薄膜屏蔽導(dǎo)電層

7、很薄，吸收損耗可以忽略，屏蔽效能主要由反射損耗和多次反射修正因子確定，可以按金屬平板屏蔽的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。共八十四頁屏蔽層厚度105nm1250nm21960nm頻率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收損耗A0.0140.440.165.22.992反射損耗 R109791097910979修正因子B-47-17-25-0.6-3.50屏蔽效能SE62628384108171銅薄膜屏蔽(pngb)層屏蔽(pngb)效能共八十四頁2. 孔縫對屏蔽(pngb)效能的影響實(shí)際機(jī)箱上有許多泄漏源:信號線的出入口，電流線的出入口，通風(fēng)(tng fng)散熱孔，接縫處的縫隙等。共八十四頁

8、設(shè)各泄漏因素的屏蔽效能為 ，即總泄漏(xilu)場故1、 綜合屏蔽(pngb)效能的計(jì)算公式共八十四頁例2 設(shè)某一頻率下，機(jī)殼屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能， 各泄漏因素造成屏蔽效能為：（1）濾波(lb)與連接器面板： 101dB ；（2）通風(fēng)孔92dB;（3）門泄漏：88dB;（4）接 縫泄漏：83dB。求機(jī)箱的總屏蔽效能。解：共八十四頁2、 縫隙(fngx)的電磁泄漏故 設(shè)金屬屏蔽體上有一縫隙，其間隙(jin x)為g ，屏蔽板厚度為t ，入射波電場為 E0，經(jīng)縫隙泄漏到屏蔽體中的場為Ep ，當(dāng)g 10/3 時(shí)，有g(shù)t共八十四頁例3 在例1中開一縫隙，若其寬度為0.5mm、0.25mm

9、 、0.1mm ， 分別求其屏蔽(pngb)效能。 解：當(dāng)當(dāng)當(dāng)無縫隙(fngx)時(shí)的屏蔽效能：SE = 54.83 dB共八十四頁縫隙(fngx)的處理襯墊的種類：金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的) 導(dǎo)電(dodin)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)電布共八十四頁3、截止波導(dǎo)式通風(fēng)孔 的屏蔽(pngb)效能截止頻率： 矩形波導(dǎo)：fc10 = 1510 9/ a （Hz）alllDW圓形波導(dǎo)：fc11 =17.610 9/ D（Hz）六角(li jio)波導(dǎo)：fc10 =1510 9/ W （Hz）（a、D、W 的單位為：cm）原理：

10、 電磁波頻率遠(yuǎn)低于波導(dǎo)的最低截止頻率，因而產(chǎn)生很大的衰減。共八十四頁 屏蔽(pngb)效能矩形波導(dǎo)：圓形波導(dǎo)：六角(li jio)波導(dǎo)：（l 的單位為：cm）當(dāng) f fc 時(shí)：設(shè)計(jì)要求：l 3a、l3D、l3Wfc = （510）f共八十四頁 不能有金屬材料穿過截止波導(dǎo)管 當(dāng)有金屬材料穿過截止波導(dǎo)管時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁泄漏。需要注意的是有些(yuxi)光纜的內(nèi)部加有金屬加強(qiáng)筋，這時(shí)將光纜穿過截止波導(dǎo)時(shí)也會(huì)引起泄漏。 波導(dǎo)管的安裝 最可靠的方法是焊接，在屏蔽體上開一個(gè)尺寸與波導(dǎo)管截面相同的孔，然后將波導(dǎo)管的四周與屏蔽體連續(xù)焊接起來。 如果波導(dǎo)管本身帶法蘭盤，利用法蘭盤來將波導(dǎo)管固定在屏蔽體上，需

11、要在法蘭盤與屏蔽體基體(j t)之間安裝電磁密封襯墊。共八十四頁 截止波導(dǎo)通風(fēng)(tng fng)窗 截止波導(dǎo)通風(fēng)窗的原理是將大量的截止波導(dǎo)焊接在一起，構(gòu)成截止波導(dǎo)陣列，這樣可以形成(xngchng)很大的開口面積，同時(shí)能夠防止電磁波泄漏。 共八十四頁 截止波導(dǎo)通風(fēng)(tng fng)窗的設(shè)計(jì)確定(qudng)波導(dǎo)的截止頻率確定波導(dǎo)的截面尺寸確定波導(dǎo)的截面形狀根據(jù)通風(fēng)面積確定波導(dǎo)數(shù)目N確定單根波導(dǎo)的屏蔽效能確定波導(dǎo)的長度進(jìn)行屏蔽效能校核共八十四頁波導(dǎo)(b do)的截止頻率：fc = f = 50GHz波導(dǎo)的截面形狀(xngzhun)：選用正方形截面波導(dǎo)波導(dǎo)的截面尺寸：fc = 1510 9/ aa

12、 = 1510 9/ fc = 3mm波導(dǎo)數(shù)目N = 0.4510 6/ (33) = 50000每個(gè)通風(fēng)窗的波導(dǎo)數(shù)目：25000例4 一屏蔽室的工作頻率范圍是10KHz 10GHz，要求通風(fēng)孔的 總通風(fēng)面積為0. 45m2 ，設(shè)計(jì)總屏蔽效能為95dB的截止波導(dǎo)通風(fēng)窗。 解：共八十四頁波導(dǎo)(b do)的長度：單根波導(dǎo)的屏蔽(pngb)效能共八十四頁4、 金屬孔板的屏蔽(pngb)效能共八十四頁屏蔽(pngb)效能的計(jì)算公式SE = ARBK1K2+K3式中：A 孔的吸收(xshu)損耗 R 孔的反射損耗 B 孔的多次反射損耗 K1 孔數(shù)目修正系數(shù) K2 低頻穿透修正系數(shù) K3 孔間耦合修正系數(shù)

13、a. 孔的吸收損耗 A 按截止波導(dǎo)計(jì)算 矩形孔：Ar = 27.3 t / a 圓形孔：Ac = 32.0 t / D t 孔的深度（cm）a 矩形孔的最大寬度（cm）D 圓形孔的直徑（cm）共八十四頁b. 孔的反射(fnsh)損耗 R 其中(qzhng)： 矩形孔 圓形孔 遠(yuǎn)場 近區(qū)、電場 近區(qū)、磁場共八十四頁a 每一孔洞(kngdng)的面積（cm2）P 孔間導(dǎo)體(dot)寬度 / 趨膚深度c. 多次反射修正Bd. 孔數(shù)目修正系數(shù)K1 e. 低頻穿透修正系數(shù)K2f. 孔間耦合修正系數(shù)K3 n 每cm2內(nèi)的孔洞數(shù)共八十四頁解 a. A = 32 t / D = 12.8 dB例 某飛機(jī)控制盒

14、用鋁板加工而成，鋁板厚度t = 2mm，兩側(cè)面板 上的總孔數(shù)為289, 孔的形狀為圓形，孔徑D = 5mm，孔的中心間距為18mm。設(shè)平面波的頻率(pnl)為f = 5MHz，求控制盒的屏蔽效能。b. c. 共八十四頁孔陣面積(min j)：d. 孔數(shù)目(shm)修正系數(shù)K1 e. 低頻穿透修正系數(shù)K2f. 總孔數(shù)：故 SE = A + R + B + K1 + K2 + K3 = 55.8 dB共八十四頁5、通風(fēng)孔上覆蓋(fgi)金屬絲網(wǎng)焊接式安裝(nzhung)壓緊式安裝共八十四頁操作器件(qjin)的處理器件調(diào)諧(tioxi)孔的屏蔽設(shè)計(jì)共八十四頁顯示(xinsh)窗的處理共八十四頁共八

15、十四頁貫通(guntng)導(dǎo)體的處理不允許金屬導(dǎo)線不采取任何措施直接(zhji)穿過屏蔽體！共八十四頁貫通(guntng)導(dǎo)體的處理共八十四頁2.6 電磁(dinc)密封處理減少(jinsho)結(jié)合處的緊固螺釘，增加設(shè)備美觀性和可維護(hù)性降低對機(jī)械加工的要求，允許接觸面有較低的平整度在縫隙處不會(huì)產(chǎn)生高頻泄漏1. 電磁密封襯墊電磁密封襯墊是解決縫隙電磁泄漏的有效而方便的方法使用電磁密封襯墊的主要優(yōu)點(diǎn)共八十四頁機(jī)箱結(jié)合(jih)面的縫隙長度超過/20要求(yoqi)機(jī)箱的屏蔽效能大于40dB設(shè)備的發(fā)射或敏感頻率超過100MHz無法采用機(jī)械加工來得到更好的導(dǎo)電連續(xù)性結(jié)合面采用了不同材料，而且設(shè)備要在惡

16、劣環(huán)境下工作需要對環(huán)境采取密封措施使用電磁密封襯墊的場合共八十四頁保持接觸面清潔，且沒有(mi yu)非導(dǎo)電保護(hù)層選用(xunyng)導(dǎo)電性能好的襯墊材料對襯墊施加足夠的壓力襯墊有足夠的厚度注意襯墊與屏蔽體接觸表面間的電化學(xué)腐蝕當(dāng)需要活動(dòng)接觸時(shí)，應(yīng)使用指形簧片使用電磁密封襯墊的關(guān)鍵共八十四頁回彈力導(dǎo)電性最小形變量(binling)襯墊厚度(hud)電化學(xué)相容性壓縮永久形變電磁密封襯墊的主要性能指標(biāo)共八十四頁金屬絲網(wǎng)襯墊 用鈹銅絲、不銹鋼絲編織成管狀長條。為了增強(qiáng)(zngqing)金屬網(wǎng)的彈性，有時(shí)在網(wǎng)管內(nèi)加入橡膠芯。 常用電磁(dinc)密封襯墊 屏蔽效能：電場 130dB（10MHz）， 1

17、05dB（1GHz）磁場 80dB（100kHz）共八十四頁 在硅橡膠內(nèi)填充占總重量70 80比例的金屬(jnsh)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。 導(dǎo)電(dodin)橡膠共八十四頁導(dǎo)電布襯墊導(dǎo)電布包裹發(fā)泡橡膠(xingjio)構(gòu)成。導(dǎo)電布由銅、銅鎳與黑色樹脂制成。有導(dǎo)電編織纖維、導(dǎo)電非編織纖維和導(dǎo)電絲網(wǎng)等幾種(j zhn)類型。100dB以上的屏蔽效果（20MHz10GHz）共八十四頁指形簧片鈹銅制成的簧片，具有(jyu)很好的彈性和導(dǎo)電性。共八十四頁襯墊種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合導(dǎo)電橡膠具有環(huán)境密封和電磁密

18、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合金屬絲網(wǎng)條成本低、不易損壞高頻屏蔽效能低、沒有環(huán)境密封作用干擾頻率在1GHz以下的場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、沒有環(huán)境密封作用有滑動(dòng)接觸的場合、較高屏蔽效能的場合螺旋管屏蔽效能高、價(jià)格低、復(fù)合型能提供環(huán)境密封和電磁密封過量壓縮時(shí)容易損壞需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場合、有良好壓縮限位的場合多重導(dǎo)電橡膠彈性好、價(jià)格低、可提供環(huán)境密封表層導(dǎo)電層較薄、反復(fù)使用時(shí)易脫落需要環(huán)境密封和一般屏蔽效能的場合、不能提供較大壓力的場合導(dǎo)電布柔軟、需要壓力小、價(jià)格低溫濕環(huán)境中容易損壞不能提供較大壓力的場合不同(b

19、 tn)襯墊材料的特點(diǎn)比較共八十四頁盡量(jnling)采用槽安裝方式。（固定襯墊、限制過量壓縮）槽的形狀(xngzhun)和尺寸電磁密封襯墊的安裝共八十四頁 單層屏蔽(pngb)的雙導(dǎo)線 單層屏蔽(pngb)的單導(dǎo)線 各自屏蔽的雙導(dǎo)線 外帶有單層或雙層屏蔽，內(nèi)部又各自屏蔽并彼此絕緣 的雙導(dǎo)線 單層屏蔽的雙絞線 雙層屏蔽的雙絞線 單層或雙層屏蔽的三芯線 屏蔽的多芯線屏蔽電纜的類型共八十四頁“豬尾巴（Pigtail）效應(yīng)(xioyng)”的影響共八十四頁“豬尾巴（Pigtail）效應(yīng)(xioyng)”的影響共八十四頁屏蔽電纜(dinln)的連接共八十四頁 電磁(dinc)屏蔽材料：吸波材料定義(dngy)：能夠吸收投射到它表面的電磁波能量，并通 過材料的損耗變成熱能的一種材料。吸波材料的種類：1、鐵氧體系列吸波材料（鎳鋅鐵氧體，錳鋅鐵氧體、鋇鐵氧體等）。帶寬8.5-12.2GHz可衰減-20DB，厚度4-5mm2、微粉吸波材料（納米級）對電磁波的反射小，