電磁干擾抑制的屏蔽技術(shù)

1、電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)電磁干擾抑制的屏蔽技術(shù)電磁干擾抑制的屏蔽技術(shù) 概述概述 電屏蔽電屏蔽 磁屏蔽磁屏蔽 電磁屏蔽電磁屏蔽 孔縫對屏蔽效能的影響孔縫對屏蔽效能的影響 屏蔽設(shè)計要點(diǎn)屏蔽設(shè)計要點(diǎn) 電磁密封處理電磁密封處理電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域 （主動屏蔽）（主動屏蔽） 概述概述1. 屏蔽的含義屏蔽的含義：3. 原理原理：電子設(shè)備電子設(shè)備用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將電磁干擾能量限制在一定范圍內(nèi)。電磁干擾能量限制在一定范圍內(nèi)。2. 目的目的：防止外來的干擾能量進(jìn)入某一區(qū)域（被動屏蔽）防止外來的干擾能量進(jìn)入某一區(qū)域

2、（被動屏蔽） 二次場理論（一次場作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場二次場理論（一次場作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場); 反射衰減理論反射衰減理論電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)4. 屏蔽的分類（按工作原理）屏蔽的分類（按工作原理） 電場屏蔽電場屏蔽：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽（利用良好接地：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽（利用良好接地 的金屬導(dǎo)體制作）的金屬導(dǎo)體制作） 磁場屏蔽磁場屏蔽：靜磁屏蔽、低頻交變磁場屏蔽（利用高導(dǎo)磁率：靜磁屏蔽、低頻交變磁場屏蔽（利用高導(dǎo)磁率 材料構(gòu)成低磁阻通路）材料構(gòu)成低磁阻通路） 電磁屏蔽電磁屏蔽：用于高頻電磁場的屏蔽（利用反射和衰減來隔：用于高頻電磁場的屏蔽（利用反射和衰減

3、來隔 離電磁場的耦合）離電磁場的耦合）電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)01ESEE01HSEH01(dB)20 logESEE01(dB)20 logHSEH5. 屏蔽效能屏蔽效能( SE )屏蔽效能屏蔽效能：屏蔽體的性質(zhì)的定量評價。：屏蔽體的性質(zhì)的定量評價。定義定義：或或或或電屏蔽效能電屏蔽效能磁屏蔽效能磁屏蔽效能E0、H0 未加屏蔽時空間中某點(diǎn)的電（磁）場；未加屏蔽時空間中某點(diǎn)的電（磁）場；E1、H1 加屏蔽后空間中該點(diǎn)的電（磁）場；加屏蔽后空間中該點(diǎn)的電（磁）場；電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)無屏蔽場強(qiáng)無屏蔽場強(qiáng)有屏蔽場強(qiáng)有屏蔽場強(qiáng)屏蔽效能屏蔽效能 SE（dB）10120100140100016010

4、000180100000110010000001120衰減量與屏蔽效能的關(guān)系衰減量與屏蔽效能的關(guān)系電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)機(jī)箱類型機(jī)箱類型屏蔽效能屏蔽效能 SE（dB）民用產(chǎn)品民用產(chǎn)品40以下以下軍用設(shè)備軍用設(shè)備60TEMPEST設(shè)備設(shè)備80屏蔽室、屏蔽艙屏蔽室、屏蔽艙100以上以上屏蔽效能的要求屏蔽效能的要求電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 分類分類：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽 電場屏蔽電場屏蔽 1. 靜電屏蔽靜電屏蔽 電場屏蔽的作用電場屏蔽的作用：防止兩個設(shè)備（元件、部件）間的電容性：防止兩個設(shè)備（元件、部件）間的電容性 耦合干擾耦合干擾原理原理：靜電平衡：靜電平衡要求

5、要求：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好接地：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好接地電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)2. 低頻交變電場屏蔽低頻交變電場屏蔽目的：目的：抑制低頻電容性耦合干擾抑制低頻電容性耦合干擾00001/SRSSNSRRRSRCUUUCCCC（1）未加屏蔽）未加屏蔽21221/PPNRRC UUUCCCC（2） 加屏蔽（加屏蔽（忽略忽略CSR1的影響的影響）11322/()SpRRCUUCCC CCC未加屏蔽的耦合未加屏蔽的耦合SRCSR0CRUS UN0 加屏蔽的耦合加屏蔽的耦合SRCSR1CRUS UN1 C1C2C3Up 分析方法：分析方法：應(yīng)用電路理論分析應(yīng)用電路理論分析電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)討論討論

6、:（1）屏蔽體不接地，若）屏蔽體不接地，若3C （2）屏蔽體接地）屏蔽體接地31CC、221/()RRC CCCCpSUU212211/SNSRRC UUUCCCC10NU21221/PPNRRC UUUCCCC11322/()SpRRCUUCCC CCC屏蔽體接地屏蔽體接地SRCSR1CRUS UN1 C1C2電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)111212SRSSRSNRSRRCUCUUCCCCC（3）屏蔽體接地時，）屏蔽體接地時，CSR1的影響的影響屏蔽效能屏蔽效能:01(dB)20lgNNUSEUCSRCRUS UNP C2等效電路等效電路電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)屏蔽體的材料以良導(dǎo)體為好，對厚度無

7、什么要求屏蔽體的材料以良導(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的影響屏蔽體的形狀對屏蔽效能有明顯的影響電場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)電場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)屏蔽體要靠近受保護(hù)的設(shè)備屏蔽體要靠近受保護(hù)的設(shè)備屏蔽體要有良好的接地屏蔽體要有良好的接地電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 磁場屏蔽磁場屏蔽1原理原理 高頻磁場屏蔽高頻磁場屏蔽高頻磁場高頻磁場金屬板金屬板渦流渦流反磁場反磁場 低頻磁場屏蔽（低頻磁場屏蔽（f 100kHz） 利用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料（如利用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料（如鐵、硅鋼片、坡莫合金），對干擾鐵、硅鋼片、坡莫合金），對干擾磁場進(jìn)行分路。磁場進(jìn)行分路。 利用低電阻的良導(dǎo)體中利用低電阻的良導(dǎo)體中

8、形成的渦電流產(chǎn)生反向磁通形成的渦電流產(chǎn)生反向磁通抑制入射磁場。抑制入射磁場。電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)mmUlRS2屏蔽效能計算屏蔽效能計算 解析方法：圓柱腔、球殼的屏蔽效能計算解析方法：圓柱腔、球殼的屏蔽效能計算 近似方法：應(yīng)用磁路的方法。近似方法：應(yīng)用磁路的方法。 如：長為如：長為l 、橫截面為橫截面為 S 的一段屏蔽材料，則其磁阻為的一段屏蔽材料，則其磁阻為磁阻：磁阻：mUH磁壓降：磁壓降：mUHlBSHS磁通：磁通：電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)mU的方程的方程22mmm2211()0UUUrrrrr外磁場外磁場 的磁標(biāo)位的磁標(biāo)位0Hm00cosUH r r am11cosUArarb2m22

9、()cosBUA rrrb3m30()cosBUH rr (1) 圓柱形腔的磁屏蔽效能圓柱形腔的磁屏蔽效能mU方法方法：磁標(biāo)位磁標(biāo)位內(nèi)半徑為內(nèi)半徑為a 、外半徑為、外半徑為b，磁導(dǎo)率為，磁導(dǎo)率為 ，外加均勻磁場，外加均勻磁場0H0Hab電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)（2）用磁路方法計算屏蔽效能用磁路方法計算屏蔽效能矩形截面屏蔽體：矩形截面屏蔽體： 、厚度、厚度 ，a bt(2 )at2SSSHt流經(jīng)屏蔽體的磁通：流經(jīng)屏蔽體的磁通：流經(jīng)空腔的磁通：流經(jīng)空腔的磁通：101(2 )H at總磁通：總磁通： ，則，則000H a01s00012(2 )SSH aH tH at外磁場外磁場 ；屏蔽體內(nèi)；屏蔽體

10、內(nèi) ；腔內(nèi)；腔內(nèi) SH0H1Htba0H電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)磁通為磁通為磁路計算磁路計算：(,)ta tb對于磁路對于磁路CS：1/ 44mSSSaaRtt從從P1到到Q1: 磁阻為磁阻為 /2SSStH磁壓降磁壓降1124mSSSmSRH aU22mSSSbtbRtt從從Q1 到到 Q2:/ 2SSStH222mSSmSSRUH b故故212()2mSmSmSSaUUUHb對于磁路對于磁路C1：1002(2 )mbtbRata1111mmURH b2SSStH101aHtba0H1P1Q2P2QCSC1電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)由于由于 1mSmUU于是有：于是有： 000101222rb

11、tH aHH aba 420lg1(2)rbtSEaba故故1(2)2Sba HbH122SbHHba0141(2)rHbtHabau若若ab2420lg1rbtSEau若若ab220lg1rtSEa01s討論：討論：電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)屏蔽體應(yīng)選用高導(dǎo)磁率的材料，但應(yīng)防止磁飽和屏蔽體應(yīng)選用高導(dǎo)磁率的材料，但應(yīng)防止磁飽和被屏蔽物體不要緊貼在屏蔽體上被屏蔽物體不要緊貼在屏蔽體上磁場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)磁場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，縫隙或長條通風(fēng)孔循著磁場注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，縫隙或長條通風(fēng)孔循著磁場方向分布方向分布對于強(qiáng)磁場的屏蔽可采用多層屏蔽，對于強(qiáng)磁場的屏蔽可采用多層屏蔽，防止發(fā)生磁

12、飽和防止發(fā)生磁飽和盡量縮短磁路長度，增加屏蔽體的截面積（厚度）盡量縮短磁路長度，增加屏蔽體的截面積（厚度）對于對于多層屏蔽，應(yīng)注意磁路上的彼此絕緣多層屏蔽，應(yīng)注意磁路上的彼此絕緣電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 電磁屏蔽電磁屏蔽1. 原理與分析方法原理與分析方法原理原理：表面反射（表面反射（R 反射損耗）反射損耗） 屏蔽材料吸收衰減（屏蔽材料吸收衰減（A 吸收損耗）吸收損耗） 多次反射（多次反射（B 多次反射修正）多次反射修正）分析方法：分析方法： 電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理.計算屏蔽體上的渦流的屏蔽效應(yīng)來計算屏計算屏蔽體上的渦流的屏蔽效應(yīng)來計算屏 蔽效能蔽效能 平面波的反射與折射來計算反射與衰減平面波

13、的反射與折射來計算反射與衰減 等效傳輸線理論計算反射與衰減等效傳輸線理論計算反射與衰減t電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)屏蔽效能的頻率特性屏蔽效能的頻率特性磁場波磁場波平面波平面波電場波電場波f屏蔽效能屏蔽效能高頻時電磁高頻時電磁波的種類影波的種類影響很小響很小電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 孔縫對屏蔽效能的影響孔縫對屏蔽效能的影響 信號線的出入口，電流線的出入口，通風(fēng)散熱孔，接縫處信號線的出入口，電流線的出入口，通風(fēng)散熱孔，接縫處的縫隙等。的縫隙等。電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)在將截止波導(dǎo)應(yīng)用到屏蔽體上時，要注意以下幾個問題：在將截止波導(dǎo)應(yīng)用到屏蔽體上時，要注意以下幾個問題： 波導(dǎo)管必須是截止的。波導(dǎo)管必須是

14、截止的。波導(dǎo)管對于頻率在截止頻率以波導(dǎo)管對于頻率在截止頻率以 上的上的電磁波沒有任何衰減作用，至少要使波導(dǎo)的截止頻率是所屏蔽電磁波沒有任何衰減作用，至少要使波導(dǎo)的截止頻率是所屏蔽頻率的頻率的 5 倍。倍。 不能有金屬材料穿過截止波導(dǎo)管。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當(dāng)有金屬材料穿過截止波導(dǎo)管時，會導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁泄漏。需要注意的是有些光纜的內(nèi)部導(dǎo)管時，會導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁泄漏。需要注意的是有些光纜的內(nèi)部加有金屬加強(qiáng)筋，這時將光纜穿過截止波導(dǎo)時也會引起泄漏。加有金屬加強(qiáng)筋，這時將光纜穿過截止波導(dǎo)時也會引起泄漏。 波導(dǎo)管的安裝。波導(dǎo)管的安裝。最可靠的方法是焊接，在屏蔽體上開一個尺最

15、可靠的方法是焊接，在屏蔽體上開一個尺寸與波導(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)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，需要在法蘭盤與屏蔽體基體之間安裝電磁密固定在屏蔽體上，需要在法蘭盤與屏蔽體基體之間安裝電磁密封襯墊。封襯墊。電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 蜂窩形通風(fēng)板蜂窩形通風(fēng)板 在屏蔽設(shè)計中使用最多的截止波導(dǎo)要數(shù)蜂窩板了。蜂窩板的原在屏蔽設(shè)計中使用最多的截止波導(dǎo)要數(shù)蜂窩板了。蜂窩板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，這樣理是將大量

16、的截止波導(dǎo)焊接在一起，構(gòu)成截止波導(dǎo)陣列，這樣可以形成很大的開口面積，同時能夠防止電磁波泄漏?？梢孕纬珊艽蟮拈_口面積，同時能夠防止電磁波泄漏。 27.320lgdBlSENW電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)( ( 4 ) ) 金屬孔板的屏蔽效能金屬孔板的屏蔽效能電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)1. 使用電磁密封襯墊的主要優(yōu)點(diǎn)使用電磁密封襯墊的主要優(yōu)點(diǎn)3.6 電磁密封處理電磁密封處理u減少結(jié)合處的緊固螺釘，增加設(shè)備美觀性和可維護(hù)性減少結(jié)合處的緊固螺釘，增加設(shè)備美觀性和可維護(hù)性u降低對機(jī)械加工的要求，允許接觸面有較低的平整度降低對機(jī)械加工的要求，允許接觸面有較低的平整度u在縫隙處不會產(chǎn)生高頻泄漏在縫隙處不會產(chǎn)生高頻

17、泄漏電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)2. 使用電磁密封襯墊的場合使用電磁密封襯墊的場合u機(jī)箱結(jié)合面的縫隙長度超過機(jī)箱結(jié)合面的縫隙長度超過/20u要求機(jī)箱的屏蔽效能大于要求機(jī)箱的屏蔽效能大于40dBu設(shè)備的發(fā)射或敏感頻率超過設(shè)備的發(fā)射或敏感頻率超過100MHzu無法采用機(jī)械加工來得到更好的導(dǎo)電連續(xù)性無法采用機(jī)械加工來得到更好的導(dǎo)電連續(xù)性u結(jié)合面采用了不同材料，而且設(shè)備要在惡劣環(huán)境下工作結(jié)合面采用了不同材料，而且設(shè)備要在惡劣環(huán)境下工作u需要對環(huán)境采取密封措施需要對環(huán)境采取密封措施電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)3. 使用電磁密封襯墊的關(guān)鍵使用電磁密封襯墊的關(guān)鍵u保持接觸面清潔，且沒有非導(dǎo)電保護(hù)層保持接觸面清潔，且

18、沒有非導(dǎo)電保護(hù)層u選用導(dǎo)電性能好的襯墊材料選用導(dǎo)電性能好的襯墊材料u對襯墊施加足夠的壓力對襯墊施加足夠的壓力u襯墊有足夠的厚度襯墊有足夠的厚度u注意襯墊與屏蔽體接觸表面間的電化學(xué)腐蝕注意襯墊與屏蔽體接觸表面間的電化學(xué)腐蝕u當(dāng)需要活動接觸時，應(yīng)使用指形簧片當(dāng)需要活動接觸時，應(yīng)使用指形簧片電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)4. 電磁密封襯墊的主要性能指標(biāo)電磁密封襯墊的主要性能指標(biāo)u回彈力回彈力u導(dǎo)電性導(dǎo)電性u最小形變量最小形變量u襯墊厚度襯墊厚度u電化學(xué)相容性電化學(xué)相容性u壓縮形變壓縮形變電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)5. 常用電磁密封襯墊常用電磁密封襯墊u金屬絲網(wǎng)襯墊金屬絲網(wǎng)襯墊 用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編

19、織成管狀長用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長條，外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。為了增強(qiáng)條，外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的彈性，有時在網(wǎng)管內(nèi)加入橡膠芯。金屬網(wǎng)的彈性，有時在網(wǎng)管內(nèi)加入橡膠芯。 電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù) 在硅橡膠內(nèi)填充占總重量在硅橡膠內(nèi)填充占總重量70 80比例的金屬顆比例的金屬顆粒，如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍粒，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，同時具有較好的導(dǎo)電性。特性，同時具有較好的導(dǎo)電性。 u導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)u導(dǎo)電布

20、襯墊導(dǎo)電布襯墊電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)u指形簧片指形簧片鈹銅制成的簧片，具有很鈹銅制成的簧片，具有很好的彈性和導(dǎo)電性。好的彈性和導(dǎo)電性。電磁屏蔽技術(shù)電磁屏蔽技術(shù)襯墊種類襯墊種類優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)適用場合適用場合導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電橡膠具有環(huán)境密封和電磁密封具有環(huán)境密封和電磁密封作用，高頻屏蔽效能高作用，高頻屏蔽效能高需要的壓力大、價需要的壓力大、價格高格高需要環(huán)境密封和較高屏需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場合蔽效能的場合金屬絲網(wǎng)條金屬絲網(wǎng)條成本低、不易損壞成本低、不易損壞高頻屏蔽效能低、高頻屏蔽效能低、沒有環(huán)境密封作用沒有環(huán)境密封作用干擾頻率在干擾頻率在1GHz以下以下的場合的場合指形簧片指形簧片屏蔽效能高、允許滑動接屏蔽效能高、允許滑動接觸、形變范圍大觸、形變范圍大價格高、沒有環(huán)境價格高、沒有環(huán)境密封作用密封作用有滑動接觸的場合、較有滑動接觸的場合、較高屏蔽效能的場合高屏蔽效能的場合螺旋管螺旋管屏蔽效能高、價格低、復(fù)屏蔽效能高、價格低、復(fù)合型能提供環(huán)境密封和電合型能提供環(huán)境密封和電磁密封磁密封過量壓縮時容易損過量壓縮時容易損壞壞需要環(huán)境密封和較高屏需要環(huán)境密封和較高屏蔽效能的場合、有良好蔽效能的場合、有良好壓縮限位的場合壓縮限位的場合多重導(dǎo)電橡膠多重導(dǎo)電橡膠彈