EEG电磁兼容PPT学习教案

1、会计学1EEG电磁兼容电磁兼容2第1页/共77页3第2页/共77页4第3页/共77页5第4页/共77页6第5页/共77页7第6页/共77页8第7页/共77页9l不良搭接影响抑制电磁干扰措施的实施效果。 例子：下图中，干扰源与敏感设备之间接一型滤波器。该滤波器是一个低通滤波器，其作用是滤除设备电源线中的高频骚扰分量。第8页/共77页10第9页/共77页11第10页/共77页12第11页/共77页13第12页/共77页14第13页/共77页15第14页/共77页16第15页/共77页17第16页/共77页18第17页/共77页19第18页/共77页ggseses)( j1 jUZZCZCU设骚扰源

2、g上有一交变电压Ug，在其附近产生交变电场，置于交变电场中的接受器s通过阻抗Zs接地，骚扰源对接骚扰源对接受器的电场感应耦合可受器的电场感应耦合可以等效为分布电容以等效为分布电容Ce的的耦合耦合。接受器上产生的骚扰电压Us为：（1）第19页/共77页21在骚扰源与接受器之间插入屏蔽体。v插入屏蔽体后， 原来的耦合电容Ce的作用现在变为耦合电容C1、 C2和C3的作用。 v直接耦合作用非常小， 所以耦合电容C3可以忽略。第20页/共77页22gg11111)( j1 jUZZCZCU1g12s2s)( j1 jUZZCZCU（3）（2）第21页/共77页23 注意：交变电场屏蔽要求 屏蔽体必须是

3、良导体良导体(例 如金、银、铜、铝等)， 屏蔽体必须有良好的接地良好的接地。第22页/共77页24SSB dm（5）（4）第23页/共77页25SbalRSBHddmSlBSHlRm（7）（6）第24页/共77页26第25页/共77页27第26页/共77页28第27页/共77页29第28页/共77页30l如果用良导体作成屏蔽盒，将线圈置于屏蔽盒内，如下图，则线圈所产生的磁场将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而被限制在屏蔽盒内。外界磁场也将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而不能进入屏蔽盒内，从而达到磁场屏蔽的目的。 第29页/共77页31ILrMIsss j j（8）第30页/共77页32kniinnkiLLk

4、ILMIsss（9）ILrMIsss j j(8)第31页/共77页33IrMIss j（10）第32页/共77页34第33页/共77页35第34页/共77页36第35页/共77页37第36页/共77页38S0lg 20EESEE（11）第37页/共77页39S0lg 20HHSEH（12）第38页/共77页40第39页/共77页410EETsE0HHTsH)1lg(20)(EETdBSE)1lg(20)(HHTdBSE（13）（14）第40页/共77页42第41页/共77页43l屏蔽的作用通过一个将上述区域封闭起来的壳体屏蔽的作用通过一个将上述区域封闭起来的壳体实现实现。 这个壳体可以做成金

5、属隔板式、盒式，也可以做成电缆屏蔽和连接器屏蔽。 l屏蔽体一般有实心型、 非实心型(例如, 金属网)和金属编织带等几种类型，后者主要用作电缆的屏蔽。 第42页/共77页44l计算和分析屏蔽效能的方法：解析方法、数值方法和近似方法。 解析方法是基于存在及不存在屏蔽体时，在相应的解析方法是基于存在及不存在屏蔽体时，在相应的边界条件下求解麦克斯韦方程边界条件下求解麦克斯韦方程。 解析方法求出的解是严格解，在实际工程中常使用。 但是, 该方法只能求解几种规则形状屏蔽体(例如, 球壳、 柱壳、 平板屏蔽体)的屏蔽效能, 且比较复杂。 数值方法是用计算（机）技术来计算任意形状屏蔽数值方法是用计算（机）技术

6、来计算任意形状屏蔽体的屏蔽效能体的屏蔽效能。然而, 数值方法成本较高。 近似方法在评估屏蔽体屏蔽效能中就显得非常重要近似方法在评估屏蔽体屏蔽效能中就显得非常重要, 在实际工程中获得了广泛应用。 第43页/共77页45l当屏蔽体两侧媒质相同时, 总的磁场传输系数(或透射系数)TH与总的电场传输系数(或透射系数)TE相等, 即由式(14) , 可得（反射损耗R、吸收损耗A和多次反射损耗B）：0()21HE(1e)ekk lklTTTtr金属平板屏蔽效能的计算00()2()2(1e)e20lg20lg20lg e20lg20lg 1e(dB)k klklk klklrSETttrARB （15）（1

7、6）)1lg(20)(HHTdBSE第44页/共77页46传输损耗传输损耗(吸收损耗吸收损耗)A的计算的计算吸收损耗是电磁波通过屏蔽体所产生的热损耗引起的,电磁波在屏蔽体内的传播常数为式中, 为集肤深度；为衰减常数；为相移常数。 由于k0RPRH第50页/共77页52多次反射损耗多次反射损耗B的计算（的计算（p166）式中, Zw为干扰场的特征阻抗; 为屏蔽材料的特征阻抗。 多次反射损耗是电磁波在屏蔽体内反复碰到壁面所产生的损耗。 当屏蔽体较厚或频率较高时, 导体吸收损耗较大, 这样当电磁波在导体内经一次传播后到达屏蔽体的第二分界面时已很小, 再次反射回金属的电磁波能量将更小。 多次反射的影响

8、很小多次反射的影响很小, 所以在吸收损耗大于所以在吸收损耗大于15 dB时时, 多次反射损耗多次反射损耗B可以忽略可以忽略。在屏蔽体很薄或频率很低时在屏蔽体很薄或频率很低时, 吸收损耗很小吸收损耗很小, 此时必此时必须考虑多次反射损耗须考虑多次反射损耗。 220lg 1eklBr2ww20lg 1 ()eklZZ.（23）第51页/共77页53l金属屏蔽体孔阵所形成的电磁泄漏, 仍可采用等效传输线法来分析, 其屏蔽效能表达式为 aaa123SEARBKKK(24)非实心型的屏蔽体屏效的计算式中各参数的单位均为分贝(dB)。 式前三项分别对应于实心型屏蔽体的屏蔽效能计算式中的吸收损耗、 反射损耗

9、和多次反射损耗。 后三项是针对非实心型屏蔽引入的修正项目。 式中, Aa为孔的传输衰减; Ra为孔的单次反射损耗; Ba为多次反射损耗; K1为与孔个数有关的修正项; K2为由趋肤深度不同而引入的低频修正项; K3为由相邻孔间相互耦合而引入的修正项。 第52页/共77页54各项的计算公式如下：(1) Aa项: 当入射波频率低于孔的截止频率fc(按矩形或圆形波导孔截止频率计算)时, 可按下述两式计算: 矩形孔 圆形孔 式中, Aa为孔的传输衰减(dB); l为孔深(cm); W 为与电场垂直的矩形孔宽度(cm); D为圆形孔的直径(cm)。 (25(a)(25(b)a23.7lAWa32lAD第

10、53页/共77页55(2) Ra项: 取决于孔的形状和入射波的波阻抗Zw, 其值由下式确定:aa2420lg20lg(1)pRRp (26) p为孔的特征阻抗与入射波的波阻抗之比, 根据波导理论可知, 在截止情况下矩形孔的特征阻抗为：圆形孔的为： (27)c12j120WZc11.705j120DZ各种入射波的波阻抗由式(22) 给出, 对于低阻抗场低阻抗场的矩形孔有：对于圆形孔有：(28(a)(28(b)c1wj2(120)2j120()ZWWprZrc2w1.705j(120)23.68j120()DZDprZr第54页/共77页56同理可得, 对于高阻抗场高阻抗场的矩形孔： (29(a)

11、对于高阻抗场的圆形孔： (29(b)24Wrp23.41Drp第55页/共77页57对于平面波场平面波场矩形孔： (30(a) 对于平面波场圆形孔： 上式中, W 为矩形孔宽边长度(m), D为圆形孔直径(m), r 是干扰源到屏蔽体的距离(m), f 是频率(Hz), 为波长(m)。 8j2j6.67 10WpfW8j1.705j0.57 10DpfD (30(b)第56页/共77页58(3) Ba项: 当Aa15 dB时, 多次反射修正项由下式确定 式中, p与式(26) 中的 p 的意义相同；Aa由式(25) 给出。 (4) K1项: 当干扰源到屏蔽体的距离比孔间距大得多时, 孔数的修正

12、项孔数的修正项由下式确定 K1=10lg(an) 式中, a为单个孔的面积(cm2); n 为每平方厘米面积上的孔数。 如果干扰源非常靠近屏蔽体, 则K1可忽略。a2/10a2(1)=20lg 110(1)ApBp(31)(32)第57页/共77页59(5) K2项: 当集肤深度接近孔间距当集肤深度接近孔间距(或金属网丝直径或金属网丝直径)时时, 屏蔽体的屏蔽效能将有所降低屏蔽体的屏蔽效能将有所降低, 用集肤深度修正项集肤深度修正项表示这种效应的影响。 K2=20lg(1+35P2.3) 式中, P为孔间隔导体宽度与集肤深度之比。 (6) K3项: 当屏蔽体上各个孔眼相距很近当屏蔽体上各个孔眼

13、相距很近, 且孔深比且孔深比孔径小得多时孔径小得多时, 由于相邻孔之间的耦合作用, 屏蔽体将有较高的屏蔽效能。 相邻孔耦合修正项由下式确定相邻孔耦合修正项由下式确定: a3=20lg coth8.686AK(33)(34)第58页/共77页60l在屏蔽要求很高的情况下, 单层屏蔽往往难以满足要求, 这就需要采用多层屏蔽。 l下图给出了三层屏蔽体的示意图。 多层屏蔽体屏蔽效能的计算第59页/共77页61三层屏蔽的屏蔽效能为 式中, An、 Rn、 Bn分别为单层屏蔽的吸收损耗、 反射损耗和多次反射损耗, 其单位均为dB。 同理, 可得出多层(n层)屏蔽体的屏蔽效能为31 =dBnnnnSEABR

14、1 (dB)nnnnnSEABR(35)(36)第60页/共77页62一般多层屏蔽体大多是如下图所示的结构, 其间的夹层为空气, 此时应用三层屏蔽体屏蔽效能的公式(设两实体金属屏蔽体为同一种金属, 且厚度相等为l)。 则有：(37) (38)(39) rr2 1.31 (dB)Alf 2ww()2 20lg (dB)4ZRZ0 2j22212220lg 1e20lg 1e2 (dB)lklBrrBB0 2j2222220020lg 1e20lg 1cos 4jsin 4 (dB)lllBrr (40) 第61页/共77页63B2在一定的频率范围内为负值, 说明采用如图所示的双层屏蔽体的屏效可能

15、小于可能小于两个单层屏蔽体屏蔽效能之和。 第62页/共77页64在频率很高时, 电磁波在两屏蔽层间会产生谐振。 当两屏蔽层间距 (n1, 2, 3, ), 即两层两层间距为间距为1/4 波长的奇数倍时波长的奇数倍时, 双层屏蔽具有最大的屏蔽效能双层屏蔽具有最大的屏蔽效能, 约为(2SE+6 dB), 其中SE为单层屏效。 当 , 即两层间距为两层间距为1/4波长的偶数倍时波长的偶数倍时, 屏蔽效屏蔽效能最小能最小, 约为(2SER), 其中R为单层屏蔽的反射损耗。 4/) 12(2nl4/22nl 第63页/共77页65第64页/共77页66第65页/共77页67l工程塑料机箱工程塑料机箱 l

16、为了具备电磁屏蔽的功能, 通常在机箱上采用喷导采用喷导电漆、电漆、 电弧喷涂、电弧喷涂、 电离镀、电离镀、 化学镀、化学镀、 真空沉积、真空沉积、 贴导电箔贴导电箔(铝箔或铜箔铝箔或铜箔)及热喷涂工艺及热喷涂工艺, 在机箱上产生一层导电薄膜, 称为薄膜材料(1/4, 。 1为导电薄膜的厚度, 电磁波在导电薄膜中的传播波长为), 这种屏这种屏蔽为薄膜屏蔽蔽为薄膜屏蔽薄膜材料与薄膜屏蔽第66页/共77页68l由于薄膜屏蔽的导电层很薄, 吸收损耗几乎可以忽略, 因此薄膜屏蔽的屏效主要取决于反射损耗反射损耗, 下表给出了铜薄膜在频率为1 MHz 和 1 GHz时, 不同厚度的屏蔽效能计算值。 由上表可

17、见, 薄膜的屏效几乎与频率无关薄膜的屏效几乎与频率无关。 只有在屏蔽层厚度大于/4时, 由于吸收损耗的增加, 多次反射损耗才趋于零, 屏蔽效能才随频率升高而增加。第67页/共77页69l下表给出了各类方法所形成的薄膜屏蔽层薄膜屏蔽层的电阻、 厚度及所能达到的电磁屏蔽效能值。 第68页/共77页70l设备基于散热、 通风等原因, 需在壳体上开孔开窗, 这使屏蔽效能大大降低, 造成外壳泄漏或易受干扰。 l完全屏蔽是理想情况, 但在实际的屏蔽中很难做到。 l需要设计者根据实际情况制定壳体屏蔽设计方案，对屏蔽进行完整性设计。 l几乎在所有实际应用中都需要对孔、 缝隙进行屏蔽。 虽然从理论上讲, 对壳体

18、的所有边进行很好的焊接就能提供极好的屏蔽, 但这在实际中是不可能的。 因此, 就有必要考虑采用哪种材料来提高屏蔽的完整性有必要考虑采用哪种材料来提高屏蔽的完整性。 屏 蔽 完 整 性第69页/共77页711. 通风孔通风孔通风孔的处理一般采用两种方法, 一种是采用屏蔽盖采用屏蔽盖板板; 另一种是采用蜂窝状盖板采用蜂窝状盖板。对于屏蔽室和屏蔽机壳,通常既需要对流通风也需要风扇强制通风。 必须要从射频衰减和对空气流的阻力来综合考虑通风口所用电磁屏的屏蔽材料。 屏蔽盖板相对较便宜, 但它的屏蔽效能有限, 并且还会影响空气的流动。 蜂窝状材料常常被采用蜂窝状材料常常被采用, 这种材料既能提供较高的屏这种材料既能提供较高的屏蔽效能又能提供线形空气流蔽效能又能提供线形空气流。 第70页/共77页72第71页/共77页732. 缝隙缝隙屏蔽体上的接缝处由于结合表面不平、 清洗不干净或焊接质量不好、 紧固螺钉之间存在空隙等原因会在接缝处造成缝隙。 当缝长小于1/4波长时, 根据波导理论可以认为, 在平面波作用下, 缝隙中的波阻抗将大于自由空间波阻抗。 在缝隙入口处由于波阻抗的突变而引起反射损耗。 入射波通过缝隙时发生反射损耗与吸收损耗反射损耗与吸收损耗, 造成带有缝隙的金属屏蔽体的屏