电磁兼容之屏蔽

电磁兼容之屏蔽技术控制工程专业

主讲内容1、屏蔽理论及屏蔽效能2、屏蔽的分类3、屏蔽材料的特性4、电磁密封处理5、屏蔽设计1、屏蔽理论及屏蔽效能1.1

屏蔽理论（1）屏蔽的含义

屏蔽是用导电或导磁材料将需要防护区域封闭起来，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。（2）屏蔽的目的①

限制内部能量泄漏出内部区域（主动屏蔽）②防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）（3）屏蔽的原理①二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场);②反射衰减理论1.2屏蔽效能

屏蔽效能是指不存在屏蔽体时某处的电场强度E0与存在屏蔽体时同一处的电场强度E1之比，常用分贝(dB)表示，称为电场屏蔽效能，即或者不存在屏蔽体时某处的磁场强度H0与存在屏蔽体时同一处的磁场强度H1之比，称为磁场屏蔽效能，即定义：电屏蔽效能或或磁屏蔽效能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；衰减量与屏蔽效能的关系例：40dB,衰减比＝1/100屏蔽效能的要求综合屏蔽效能(0.5mm铝板)低频：趋肤深度大，吸收损耗小，屏蔽决于反射损耗。电场>电磁波>磁场。高频：电场的反射损耗降低，磁场的反射损耗增加；频率升高，吸收损耗增加，频率高到一定程度时，屏蔽主要由吸收损耗决定。屏蔽的难度按电场波、平面波、磁场波的顺序依次增加。特别是频率较低的磁场，很难屏蔽。150250平面波000.1k1k10k100k1M10M电场D=0.5m磁场D=0.5m屏蔽效能（dB）频率高频时电磁波种类的影响很小2、屏蔽的分类电磁屏蔽的类型电磁屏蔽电场屏蔽静电屏蔽交变电场屏蔽磁场屏蔽低频磁场屏蔽高频磁场屏蔽电磁场屏蔽

2.1静电场屏蔽

静电平衡:①导体内部任何一点的电场为零；②导体表面任何一点电场强度矢量的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存在，电荷只能分布在导体的表面上。静电屏蔽必须具有两个基本要点：完整的屏蔽导体和良好的接地。空腔

2.2交变电场的屏蔽

因为低频交变电场的骚扰源与接受器之间的电场感应耦合可以用它们之间的耦合电容进行描述，低频交变电场的屏蔽可采用电路理论加以解释。直观、方便。干扰电压（场）与耦合电容成正比。减少耦合电容是屏蔽低频交变电场的关键。增多骚扰源与接受器之间距离，或利用金属板接地抑制干扰。利用金屑板接地抑制干扰接地金属屏蔽体接地金屑板切断干扰途径。如不接地则可能产生更严重的干扰。无论是静电场或交变电场，屏蔽的必要条件是金属体接地。

2.3低频磁场屏蔽

低频：100kHz以下屏蔽原理：利用高磁导率的铁磁材料(例如铁、硅钢片，其磁导率约为）对骚扰磁场进行分路，把磁力线集中在其内部通过，限制在空气中大量发散。

H1R0Rm

磁路方程H0H2H0R0H2RmH1磁力线集中在其内部(Rm)通过

结论：

磁导率越高、截面积越大，则磁路的磁阻越小，集中在磁路中的磁通就越大，在空气中的漏磁通就大大减少。用铁磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力线方向不应开口或有缝隙。因为若缝隙垂直于磁力线，则会切断磁力线，使磁阻增大，屏蔽效果变差。

2.4高频磁场屏蔽

法拉第电磁感应定律，楞次定律，高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体（铜、铝）屏蔽原理:利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的，即利用了涡流反向磁场对于原骚扰磁场的排斥作用，抑制或抵消屏蔽体外的磁场。另一种解释，趋肤效应－热损耗H＝0涡流产生的反向磁场增强了金属板侧面的磁场使磁力线在金属板侧面绕行而过。屏蔽是利用感应涡流的反磁场排斥原骚扰磁场而达到屏蔽的目的，涡电流的大小直接影响屏蔽效果。屏蔽体电阻越小产生的感应涡流越大而且屏蔽体自身的损耗也越小。

所以高频磁屏蔽材料需用良导体。注：因为高频时铁磁材料的磁性损耗(包括磁滞损耗和涡流损耗)很大，导磁率明显下降。

铁磁材料的屏蔽不适用于高频磁场屏蔽。屏蔽盒上缝的方向必须顺着涡流方向并且要尽可能地缩小缝的宽度。如果开缝切断了涡流的通路则将大大影响金属盒的屏蔽效果。

2.5

电磁屏蔽

时变电磁场中，电场和磁场总是同时存在的，通常所说的屏蔽，多指电磁屏蔽。电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场。电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽(10kHz-40GHz)。在频率较低（近场区，近场随着骚扰源的性质不同，电场和磁场的大小有很大差别。高电压小电流骚扰源以电场为主（电准稳态场－忽略了感应电压），磁场骚扰较小（有时可忽略）。低电压高电流骚扰源以磁场骚扰为主（磁准稳态场－忽略了位移电流），电场骚扰较小。随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋向于远场骚扰。远场骚扰中的电场骚扰和磁场骚扰都不可忽略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。

3、磁屏蔽材料的特性

3.1导磁材料根据磁屏蔽理论，磁屏蔽是利用由高导磁材料制成的磁屏蔽体，提供低磁阻的磁通路得大部分磁通在磁屏蔽体上的分流，来达到屏蔽的目的。因而磁导率成为选择磁屏蔽材料的主要依据。磁性材料通常分为弱磁性材料和强磁性材料两种。弱磁性材料：顺磁性物质（如铝等金属）。强磁性材料：铁磁性物质（如铁、镍等金属）。3.2导磁材料的特点弱磁性材料的特点是：相对磁导率μr，B与H是线性关系，μr在任意频率的环境中，始终保持常数。强磁性材料的特点是：B与H是非线性关系，频率增高，磁导率降低。因而在进行磁屏蔽设计时，应根据实际情况选定μr，否则就会产生过大的误差，使屏蔽的定量设计失去了应有的作用。强磁性材料的磁化曲线及μr随频率的变化而变化。磁屏蔽材料的频率特性磁屏蔽材料手册上给出的导磁率数据大多是直流情况下的，随着频率增加，导磁率会下降,当频率大于10kHz时，导磁率更低。151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢0.010.11.010100kHzr1033.3导电胶与导磁胶。2导电胶、导磁胶是电子工业专用胶粘剂。由于目前用作胶粘剂的主体材料都是电磁的非导体，故所有的导电胶、导磁胶都是在普通胶粘剂中添加导电、导磁填料配制而成的。①导电胶导电胶是由树脂、固化剂和导电填料配制而成的。常用的树脂是环氧树脂、聚氨脂、酚醛树脂、丙烯树脂等。导电填料主要有银粉、铜粉、镀银粒子、乙炔炭黑、石墨、碳纤维等，导电填料用的最多的是电阻率低、抗氧化好的银粉。这种银粉一般是由化学置换或电解沉淀法制成的超细银粉。为达到良好的导电性，一般银粉添加量为树脂的2.5倍左右，乙炔炭黑或石墨粉等用量为树脂的0.5倍到1倍左右。②导磁胶导磁剂是由树脂、固化剂和导磁铁粉等组成。导磁胶主要用于各种变压器铁芯和磁芯的胶接。

4、电磁密封处理4.1使用电磁密封衬垫的主要优点:

①降低对机械加工的要求，允许接触面有较低的平整度②减少结合处的紧固螺钉，增加设备美观性和可维护性③在缝隙处不会产生高频泄漏

4.2

使用电磁密封衬垫的场合

①要求机箱的屏蔽效能大于40dB②机箱结合面的缝隙长度超过λ/20③设备的发射或敏感频率超过100MHz④无法采用机械加工来得到更好的导电连续性⑤结合面采用了不同材料，而且设备要在恶劣环境下工作⑥需要对环境采取密封措施

4.3

使用电磁密封衬垫的关键

①选用导电性能好的衬垫材料②保持接触面清洁，且没有非导电保护层③对衬垫施加足够的压力④衬垫有足够的厚度⑤注意衬垫与屏蔽体接触表面间的电化学腐蚀⑥当需要活动接触时，应使用指形簧片

4.4

电磁密封衬垫的主要性能指标

①屏蔽效能(关系到总体屏蔽效能)②回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距）③最小密封压力（关系到最小压缩量）④最大形变量（关系到最大压缩量）⑤压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数）⑥电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）

4.5电磁密封衬垫的种类

①金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)②导电橡胶(不同导电填充物的)③指形簧片(不同表面涂覆层的)④螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)⑤导电布

4.6不同衬垫材料的特点比较

5、屏蔽设计5.1确定屏蔽效能可根据电磁兼容标准要求来确定5.2材料的选择根据电磁特性：近场电屏蔽——高导电率金属，接地；近场低频磁场屏蔽——高导磁率材料，不接地；近场高频磁场屏蔽——高导电率金属，可不接地；远