第四章屏蔽技术

1、 屏蔽是用导电材料或导磁材料将某一区域隔离，使其内部的辐射电磁场不能越出这一区域，外面的辐射电磁场不能进入这一区域（或受到很大的衰减）。 具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。 按照屏蔽作用原理，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽

2、及电磁场屏蔽。这些作用与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流及极化现象密切相关。l （1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。l （2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。l （3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。 包括静电屏蔽和交变电场（高阻抗电场源的近场）的屏蔽。 1.静电屏蔽 导体在静电场中处于静电平衡时，有下列性质： （1）导体内部任何一点的电场为零； （2）导体表面上任何一

3、点的电场方向与该点的导体表面垂直； （3）整个导体是一个等位体； （4）导体内部没有静电荷时，电荷只分布在导体的表面上。 即使其内部存在空腔的导体，在静电场中也有上述性质。因此，如果把有空腔的导体引入电场，由于导体的内表面无静电荷，空腔中也无电场，外电场对空腔没有影响。如果把导体接地，即使空腔内有带电体产生的电场，在腔体外也无电场。 2. 交变电场的屏蔽 对于交变电场的屏蔽原理，采用电路理论比较方便。干扰源与感受器之间的电场感应可以用分布电容来进行描述。干扰源与感受器之间的分布电容越大，则干扰越大。 为了减小干扰，应尽量使干扰源与感受器远离，当无法满足要求时，则需屏蔽。 屏蔽体必须选用导电性能

4、好的材料，而且必须良好接地。一般来说，接地阻抗小于2m ，比较严格的情况小要求接地阻抗小于0.5m 。若屏蔽体不接地或接地不良，将导致干扰变得更大。 如在变压器两个绕组之间加导体屏蔽板，以减小分布电容耦合干扰。 磁场屏蔽包括静磁、低频（100KHz以下）和高频磁屏蔽（低阻抗磁场源近区感应磁场的屏蔽）。 SlRm高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS铁磁材料正确不正确151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103 高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，如铜、铝等 良导体材料正

5、确不正确磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率 = B / H高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料低导磁率材料高导磁率材料低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料高导磁率材料l 使用场合：当干扰电磁波是频率为1kHz 以下的磁场时，要使用高导磁率材料来进行屏蔽。例如CRT显示器的图象在外界磁场的作用下发生抖动或颜色失真时，就需要对显示管或整个显示器进行屏蔽。马达或变压器产生的低频磁场对周围电路产生影响，就需要将马达或变压器屏蔽起来。l 使用时应注意的问题：首先加工会降低高导磁率材料的导磁率，导致屏蔽效能下降；因此屏蔽体加工后要进行热处理，恢

6、复导磁率，并且在安装、搬运屏蔽体时要避免敲击、振动等操作。另外，高导磁率材料的焊接要使用母料做填充料，以保证焊缝的导磁率。屏蔽体越小，屏蔽效能越高。因此在容积足够的前提下，屏蔽体的体积要尽量小。电磁屏蔽集肤效应21)2(电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电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 原始场强 屏蔽后场强 衰减量 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%实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 AB，R1， R2代表两个表面的反射损耗，A代表屏蔽体的吸收损耗，B代表多次反射损耗，A越大，B越小。B实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙影响电阻成分的因素：影响缝隙上电阻成分的因素主要有：接触面积(接触点数)、 接触面的材料(一般较软的材料接触电阻较小)、接触面的清洁程度、接触面上的压力(压力要足以使接触点穿透金属表层氧化层)、氧化腐蚀等。影响电容成

8、分的因素：根据电容器的原理，很容易知道:两个表面之间的距离越近，相对的面积越大，则电容越大.解决缝隙泄漏的措施： 1) 增加接触面的重合面积，这可以减小电阻、增加电容 2) 使用尽量多的紧固螺钉，这也可以减小电阻、增加电容 3) 保持接触面清洁，减小接触电阻 4) 保持接触面较好的平整度，这可以减小电阻、增加电容 5) 使用电磁密封衬垫，消除缝隙上不接触点 使用电磁密封衬垫处理缝隙电磁密封衬垫缝隙电磁密封衬垫的种类 凡是有弹性且导电良好的材料都可以用做电磁密封衬垫。按照这个原理制造的电磁密封衬垫有:l 导电橡胶：在硅橡胶内填充占总重量70 80比例的金属颗粒，如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银

9、铝镀银玻璃球等。这种材料保留一部分硅橡胶良好弹性的特性，同时具有较好的导电性。l 金属编织网：用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条，外形很像屏蔽电缆的屏蔽层。但它的编织方法与电缆屏蔽层不同，电缆屏蔽层是用多根线编成的，而这种屏蔽衬垫是由一根线织成的。打个形象的比喻，就像毛衣的袖子一样。为了增强金属网的弹性，有时在网管内加入橡胶芯。l 指形簧片：铍铜制成的簧片，具有很好的弹性和导电性。导电性和弹性。l 多重导电橡胶：由两层橡胶构成，内层是普通硅橡胶，外层是导电橡胶。这种材料克服了传统导电橡胶弹性差的缺点，使橡胶的弹性得以充分体现。它的原理有些像带橡胶芯的金属丝网条。衬垫种类优点缺点适用场合

10、导电橡胶同时具有环境密封和电磁密封作用;高频屏蔽效能高。需要的压力大价格高需要环境密封和较高屏蔽效能的场合金属丝网条成本低不易损坏高频屏蔽效能低，不适合1GHz 以上的场合。没有环境密封作用。干扰频率为1GHz 以下的场合指形簧片屏蔽效能高允许滑动接触形变范围大价格高没有环境密封作用有滑动接触的场合；屏蔽性能要求较高的场合不同种类的电磁密封衬垫的特点螺旋管屏蔽效能高价格低复合型能同时提供环境密封和电磁密封过量压缩时容易损坏屏蔽性能要求高的场合有良好压缩限位的场合；需要环境密封和很高屏蔽效能的场合。多重导电橡胶弹性好价格低可以提供环境密封。表层导电层较薄，在反复磨擦的场合容易脱落。需要环境密封和

11、一般屏蔽性能的场合；不能提供较大压力的场合。导电布衬垫柔软，需要压力小；价格低湿热环境中容易损坏。不能提供较大压力的场合 穿孔金属板截止波导通风板 孔洞的电磁泄漏与孔洞的最大尺寸有关，因此，在屏蔽机箱的通风孔设计上，往往采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的孔阵代替一个大孔。这样做的好处有以下几个：提高孔的截止频率，提高了单个孔的屏蔽效能；增加辐射源到孔的相对距离（与孔的尺寸相比），减小孔的泄漏（孔的泄漏与辐射源到孔的距离有关）；如果穿孔板有一定的厚度，可以增加截止波导的衰减作用。当屏蔽体的屏蔽效能要求不高，并且对通风量的要求不高时，可以采用穿孔金属板，穿孔金属板的优点是成本低。但屏蔽效能与通风量之间的矛盾突出。 在通风孔上安装一块金属网，金属网与屏蔽体之间要可靠的搭接，防止缝隙泄漏。金属网的经线和纬线之间要可靠搭接，否则屏蔽效能很低。如果对屏蔽效能和通风量的要求都较高，可以使用截止波导通风板。这种通风板由许多六角形截止波导管构成，由于截止波导管的屏蔽效能较高，并且每个波导管的壁厚很薄，因此这种通风板兼有良好的通风特性和电磁屏蔽特性。使用截止波导板时，同样要注意与机箱基体之间的搭接，一般使用焊接或电磁密封衬垫连接。 损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区屏蔽体上开小孔屏蔽体