电磁兼容屏蔽技术

1、6.2.1 概述(i sh)6.2.2 电屏蔽(pngb) 6.2.3 磁屏蔽6.2.4 电磁屏蔽6.2.5 孔缝对屏蔽效能的影响6.2.7 屏蔽设计要点6.2.6 电磁密封处理共八十四页26.2.1 概 述 屏蔽(pngb)类型： 屏蔽是用导电或导磁材料将需要防护区域(qy)封闭起来，以抑制和 控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐 射；屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播，即切断电磁 波辐射（和场耦合）的传输途径。 主动屏蔽：屏蔽干扰源，被动屏蔽：屏蔽敏感体。波 电磁波屏蔽低频近场共八十四页屏蔽(pngb)效能( SE )屏蔽效能(xionng)：屏蔽体的性质的定量评价。

2、定义：或或电屏蔽效能磁屏蔽效能E0、H0 未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场；E1、H1 加屏蔽后空间中该点的电（磁）场；共八十四页无屏蔽场强有屏蔽场强屏蔽效能 SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰减(shui jin)量与屏蔽效能的关系共八十四页机箱类型屏蔽效能 SE（dB）民用产品40以下军用设备60TEMPEST设备80屏蔽室、屏蔽舱100以上屏蔽效能(xionng)的要求共八十四页6 静电场屏蔽(pngb)1 静电场的屏蔽(pngb) 主动屏蔽: 被动屏蔽 接地防止电力线通过孔缝侵入屏蔽壳体内部 完全静电场屏蔽的必要

3、条件： 1.完整的导体，2. 接地。空腔共八十四页2. 低频交变电场(jio bin din chn)屏蔽目的：抑制低频电容(dinrng)性耦合干扰（1）未加屏蔽（2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响）未加屏蔽的耦合SRCSR0CRUS UN0 加屏蔽的耦合SRCSR1CRUS UN1 C1C2C3Up 分析方法：应用电路理论分析共八十四页讨论:（1）屏蔽(pngb)体不接地，若（2）屏蔽(pngb)体接地屏蔽体接地SRCSR1CRUS UN1 C1C2共八十四页（3）屏蔽(pngb)体接地时，CSR1的影响屏蔽(pngb)效能:CSR1CRUS UN1 C2等效电路共八十四页屏蔽体的材料(ci

4、lio)以良导体为好，对厚度无什么要求屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显(mngxin)的影响电场屏蔽的设计要点屏蔽体要靠近受保护的设备屏蔽体要有良好的接地共八十四页6.2.2 磁场(cchng)屏蔽1原理(yunl) 高频磁场屏蔽高频磁场金属板涡流反磁场 低频磁场屏蔽（f 磁场反射损耗, 当频率升高时，电场和磁场损耗趋向于一致，汇合 在平面波的反射损耗数值上。 距离电偶极源越近，则反射损耗越大（波阻抗越高）。磁偶极源，则正好相反。 频率影响：频率升高时，电场的波阻抗变低，磁场波的波阻抗变高。同时屏蔽材 料的阻抗发生变化（变大）。对于平面波，由于波阻抗一定（377），因此随 着频率升高，反射损耗降低

5、。共八十四页 多次反射(fnsh)修正 B（dB）而故：当 时，则当 时，通常可忽略B。共八十四页反射(fnsh)损耗：电场(din chng)源磁场源（ ）屏蔽效能：吸收损耗：远场平面波源多次反射修正：小结共八十四页屏蔽(pngb)效能的频率特性综合(zngh)屏蔽效能(0.5mm铝板)良导体对电场的屏蔽性能优于对平面波良导体对平面波的屏蔽性能优于对磁场共八十四页例1 有一个大功率线圈的工作频率为20kHz ，在离线圈0.5m处 置一铝板 以屏蔽线圈对设备的影响。设铝板厚度 为0.5mm 。试计算其屏蔽效能。解： 屏蔽体处于(chy)哪个场区： 近场大功率线圈 强磁场，主要(zhyo)为磁屏

6、蔽.故共八十四页又故共八十四页式中： 2. 双层屏蔽(pngb)体的屏蔽(pngb)效能总反射损耗多次反射修正总吸收损耗t2x21t1d共八十四页的多次反射的多次反射空气层中的多次反射t2x21t1d共八十四页通常(tngchng)两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则当两屏蔽层采用同一(tngy)金属材料且相同厚度时，共八十四页（3）薄膜屏蔽(pngb)：工程塑料机箱具有造型美观、加工方便、质量(zhling)轻等优点。如何使机箱具有屏蔽作用？通过喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电薄膜。设薄膜厚度为t，电磁波在薄膜中的波长为 ，当 ，称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。由于薄膜屏蔽导电层

7、很薄，吸收损耗可以忽略，屏蔽效能主要由反射损耗和多次反射修正因子确定，可以按金属平板屏蔽的相关公式进行计算。共八十四页屏蔽层厚度105nm1250nm21960nm频率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收损耗A0.0140.440.165.22.992反射损耗 R109791097910979修正因子B-47-17-25-0.6-3.50屏蔽效能SE62628384108171铜薄膜屏蔽(pngb)层屏蔽(pngb)效能共八十四页2. 孔缝对屏蔽(pngb)效能的影响实际机箱上有许多泄漏源:信号线的出入口，电流线的出入口，通风(tng fng)散热孔，接缝处的缝隙等。共八十四页

8、设各泄漏因素的屏蔽效能为 ，即总泄漏(xilu)场故1、 综合屏蔽(pngb)效能的计算公式共八十四页例2 设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能， 各泄漏因素造成屏蔽效能为：（1）滤波(lb)与连接器面板： 101dB ；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接 缝泄漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。解：共八十四页2、 缝隙(fngx)的电磁泄漏故 设金属屏蔽体上有一缝隙，其间隙(jin x)为g ，屏蔽板厚度为t ，入射波电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为Ep ，当g 10/3 时，有gt共八十四页例3 在例1中开一缝隙，若其宽度为0.5mm、0.25mm

9、 、0.1mm ， 分别求其屏蔽(pngb)效能。 解：当当当无缝隙(fngx)时的屏蔽效能：SE = 54.83 dB共八十四页缝隙(fngx)的处理衬垫的种类：金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的) 导电(dodin)橡胶(不同导电填充物的) 指形簧片(不同表面涂覆层的) 螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的) 导电布共八十四页3、截止波导式通风孔 的屏蔽(pngb)效能截止频率： 矩形波导：fc10 = 1510 9/ a （Hz）alllDW圆形波导：fc11 =17.610 9/ D（Hz）六角(li jio)波导：fc10 =1510 9/ W （Hz）（a、D、W 的单位为：cm）原理：

10、 电磁波频率远低于波导的最低截止频率，因而产生很大的衰减。共八十四页 屏蔽(pngb)效能矩形波导：圆形波导：六角(li jio)波导：（l 的单位为：cm）当 f fc 时：设计要求：l 3a、l3D、l3Wfc = （510）f共八十四页 不能有金属材料穿过截止波导管 当有金属材料穿过截止波导管时，会导致严重的电磁泄漏。需要注意的是有些(yuxi)光缆的内部加有金属加强筋，这时将光缆穿过截止波导时也会引起泄漏。 波导管的安装 最可靠的方法是焊接，在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面相同的孔，然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。 如果波导管本身带法兰盘，利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽体上，需

11、要在法兰盘与屏蔽体基体(j t)之间安装电磁密封衬垫。共八十四页 截止波导通风(tng fng)窗 截止波导通风窗的原理是将大量的截止波导焊接在一起，构成截止波导阵列，这样可以形成(xngchng)很大的开口面积，同时能够防止电磁波泄漏。 共八十四页 截止波导通风(tng fng)窗的设计确定(qudng)波导的截止频率确定波导的截面尺寸确定波导的截面形状根据通风面积确定波导数目N确定单根波导的屏蔽效能确定波导的长度进行屏蔽效能校核共八十四页波导(b do)的截止频率：fc = f = 50GHz波导的截面形状(xngzhun)：选用正方形截面波导波导的截面尺寸：fc = 1510 9/ aa

12、 = 1510 9/ fc = 3mm波导数目N = 0.4510 6/ (33) = 50000每个通风窗的波导数目：25000例4 一屏蔽室的工作频率范围是10KHz 10GHz，要求通风孔的 总通风面积为0. 45m2 ，设计总屏蔽效能为95dB的截止波导通风窗。 解：共八十四页波导(b do)的长度：单根波导的屏蔽(pngb)效能共八十四页4、 金属孔板的屏蔽(pngb)效能共八十四页屏蔽(pngb)效能的计算公式SE = ARBK1K2+K3式中：A 孔的吸收(xshu)损耗 R 孔的反射损耗 B 孔的多次反射损耗 K1 孔数目修正系数 K2 低频穿透修正系数 K3 孔间耦合修正系数

13、a. 孔的吸收损耗 A 按截止波导计算 矩形孔：Ar = 27.3 t / a 圆形孔：Ac = 32.0 t / D t 孔的深度（cm）a 矩形孔的最大宽度（cm）D 圆形孔的直径（cm）共八十四页b. 孔的反射(fnsh)损耗 R 其中(qzhng)： 矩形孔 圆形孔 远场 近区、电场 近区、磁场共八十四页a 每一孔洞(kngdng)的面积（cm2）P 孔间导体(dot)宽度 / 趋肤深度c. 多次反射修正Bd. 孔数目修正系数K1 e. 低频穿透修正系数K2f. 孔间耦合修正系数K3 n 每cm2内的孔洞数共八十四页解 a. A = 32 t / D = 12.8 dB例 某飞机控制盒

14、用铝板加工而成，铝板厚度t = 2mm，两侧面板 上的总孔数为289, 孔的形状为圆形，孔径D = 5mm，孔的中心间距为18mm。设平面波的频率(pnl)为f = 5MHz，求控制盒的屏蔽效能。b. c. 共八十四页孔阵面积(min j)：d. 孔数目(shm)修正系数K1 e. 低频穿透修正系数K2f. 总孔数：故 SE = A + R + B + K1 + K2 + K3 = 55.8 dB共八十四页5、通风孔上覆盖(fgi)金属丝网焊接式安装(nzhung)压紧式安装共八十四页操作器件(qjin)的处理器件调谐(tioxi)孔的屏蔽设计共八十四页显示(xinsh)窗的处理共八十四页共八

15、十四页贯通(guntng)导体的处理不允许金属导线不采取任何措施直接(zhji)穿过屏蔽体！共八十四页贯通(guntng)导体的处理共八十四页2.6 电磁(dinc)密封处理减少(jinsho)结合处的紧固螺钉，增加设备美观性和可维护性降低对机械加工的要求，允许接触面有较低的平整度在缝隙处不会产生高频泄漏1. 电磁密封衬垫电磁密封衬垫是解决缝隙电磁泄漏的有效而方便的方法使用电磁密封衬垫的主要优点共八十四页机箱结合(jih)面的缝隙长度超过/20要求(yoqi)机箱的屏蔽效能大于40dB设备的发射或敏感频率超过100MHz无法采用机械加工来得到更好的导电连续性结合面采用了不同材料，而且设备要在恶

16、劣环境下工作需要对环境采取密封措施使用电磁密封衬垫的场合共八十四页保持接触面清洁，且没有(mi yu)非导电保护层选用(xunyng)导电性能好的衬垫材料对衬垫施加足够的压力衬垫有足够的厚度注意衬垫与屏蔽体接触表面间的电化学腐蚀当需要活动接触时，应使用指形簧片使用电磁密封衬垫的关键共八十四页回弹力导电性最小形变量(binling)衬垫厚度(hud)电化学相容性压缩永久形变电磁密封衬垫的主要性能指标共八十四页金属丝网衬垫 用铍铜丝、不锈钢丝编织成管状长条。为了增强(zngqing)金属网的弹性，有时在网管内加入橡胶芯。 常用电磁(dinc)密封衬垫 屏蔽效能：电场 130dB（10MHz）， 1

17、05dB（1GHz）磁场 80dB（100kHz）共八十四页 在硅橡胶内填充占总重量70 80比例的金属(jnsh)颗粒，如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、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。 导电(dodin)橡胶共八十四页导电布衬垫导电布包裹发泡橡胶(xingjio)构成。导电布由铜、铜镍与黑色树脂制成。有导电编织纤维、导电非编织纤维和导电丝网等几种(j zhn)类型。100dB以上的屏蔽效果（20MHz10GHz）共八十四页指形簧片铍铜制成的簧片，具有(jyu)很好的弹性和导电性。共八十四页衬垫种类优点缺点适用场合导电橡胶具有环境密封和电磁密

18、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、没有环境密封作用干扰频率在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、较高屏蔽效能的场合螺旋管屏蔽效能高、价格低、复合型能提供环境密封和电磁密封过量压缩时容易损坏需要环境密封和较高屏蔽效能的场合、有良好压缩限位的场合多重导电橡胶弹性好、价格低、可提供环境密封表层导电层较薄、反复使用时易脱落需要环境密封和一般屏蔽效能的场合、不能提供较大压力的场合导电布柔软、需要压力小、价格低温湿环境中容易损坏不能提供较大压力的场合不同(b

19、 tn)衬垫材料的特点比较共八十四页尽量(jnling)采用槽安装方式。（固定衬垫、限制过量压缩）槽的形状(xngzhun)和尺寸电磁密封衬垫的安装共八十四页 单层屏蔽(pngb)的双导线 单层屏蔽(pngb)的单导线 各自屏蔽的双导线 外带有单层或双层屏蔽，内部又各自屏蔽并彼此绝缘 的双导线 单层屏蔽的双绞线 双层屏蔽的双绞线 单层或双层屏蔽的三芯线 屏蔽的多芯线屏蔽电缆的类型共八十四页“猪尾巴（Pigtail）效应(xioyng)”的影响共八十四页“猪尾巴（Pigtail）效应(xioyng)”的影响共八十四页屏蔽电缆(dinln)的连接共八十四页 电磁(dinc)屏蔽材料：吸波材料定义(dngy)：能够吸收投射到它表面的电磁波能量，并通 过材料的损耗变成热能的一种材料。吸波材料的种类：1、铁氧体系列吸波材料（镍锌铁氧体，锰锌铁氧体、钡铁氧体等）。带宽8.5-12.2GHz可衰减-20DB，厚度4-5mm2、微粉吸波材料（纳米级）对电磁波的反射小，