電磁屏蔽技術(shù)分析
討論了電磁屏蔽技術(shù),包括電磁屏蔽的技術(shù)原理、屏蔽材料的性能和應(yīng)用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項(xiàng)、屏蔽效能的檢測(cè)以及特殊部位的屏蔽措施。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/179165.htm關(guān)鍵詞:電磁屏蔽;屏蔽材料;屏蔽效能
0 引言
近幾年來,隨著電磁兼容工作的開展,電磁屏蔽技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛。為了對(duì)電磁屏蔽技術(shù)有更深入的理解,應(yīng)當(dāng)對(duì)屏蔽材料的性能和應(yīng)用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項(xiàng)、屏蔽效能的檢測(cè)以及特殊部位的屏蔽措施等進(jìn)行更深入的探討。
1 電磁屏蔽的技術(shù)原理
電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來,使其外部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施;或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來,使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施。
1.1 靜電屏蔽
用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來,在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷,外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷,如果將金屬屏蔽體接地,則外側(cè)的正電荷將流入大地,外側(cè)將不會(huì)有電場(chǎng)存在,即帶正電導(dǎo)體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。
1.2 交變電場(chǎng)屏蔽
為降低交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓,可以在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體,并將金屬屏蔽體接地。交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場(chǎng)電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之積。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地,就能使交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。電場(chǎng)屏蔽以反射為主,因此屏蔽體的厚度不必過大,而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。
1.3 交變磁場(chǎng)屏蔽
交變磁場(chǎng)屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場(chǎng)屏蔽是利用高磁導(dǎo)率的材料構(gòu)成低磁阻通路,使大部分磁場(chǎng)被集中在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高,厚度越大,磁阻越小,磁場(chǎng)屏蔽的效果越好。當(dāng)然要與設(shè)備的重量相協(xié)調(diào)。高頻磁場(chǎng)的屏蔽是利用高電導(dǎo)率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場(chǎng)來抵消干擾磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)的。
1.4 交變電磁場(chǎng)屏蔽
一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體,并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)的干擾,又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大,而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。
2 屏蔽效能計(jì)算
屏蔽效能(SE)的定義是:在電磁場(chǎng)中同一地點(diǎn)無屏蔽時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與加屏蔽體后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。常用分貝數(shù)(dB)表示。
SE=A+R+B(1)
式中:A為吸收損耗;
R為反射損耗;
B為多次反射損耗。
2.1 電磁波反射損耗
由于空氣和屏蔽金屬的電磁波阻抗不同,使入射電磁波產(chǎn)生反射作用。而空氣的電磁波阻抗在不同場(chǎng)源和場(chǎng)區(qū)中是不一樣的,分別計(jì)算如下。
磁場(chǎng)源近場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為
R=20log10{[1.173(μr/fσr)1/2/D]+0.0535D(fσr/μr)1/2+0.354}(2)
式中:μr為相對(duì)磁導(dǎo)率;
σr為相對(duì)電導(dǎo)率;
f為電磁波頻率(Hz);
D為輻射源到屏蔽體的距離(cm)。
電場(chǎng)源近場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為
R=362-20log10[(μrf3/σr)1/2D](3)
電磁場(chǎng)源遠(yuǎn)場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為
R=168-10log10(μrf/σr)(4)
2.2 電磁波吸收損耗
當(dāng)進(jìn)入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在屏蔽金屬內(nèi)傳播時(shí),由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為
A=0.1314d(μrfσr)1/2(5)
式中:d為屏蔽材料厚度(mm)。
2.3 多次反射損耗
電磁波在屏蔽層間的多次反射損耗B(dB)為
B=20log10{1-〔(Zm-Zw)/(Zm+Zw)〕210-0.1A(cos0.23A-jsin0.23A)}(6)
式中:Zm為屏蔽金屬的電磁波阻抗;
Zw為空氣的電磁波阻抗。
當(dāng)A>10dB時(shí),一般可以不計(jì)多次反射損耗。
2.4 屏蔽效能計(jì)算實(shí)例
場(chǎng)源距離不同材料的屏蔽體(厚度0.254mm)30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能(dB)計(jì)算結(jié)果見表1。表1中近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的分界點(diǎn)為λ/2π,λ為電磁場(chǎng)的波長。
表1 場(chǎng)源距離不同材料的屏蔽體(厚度0.254mm)30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能dB
頻率/Hz | 銅 | 鐵 | 鋁 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
磁場(chǎng)近場(chǎng) | 電場(chǎng)近場(chǎng) | 遠(yuǎn)場(chǎng) | 磁場(chǎng)近場(chǎng) | 電場(chǎng)近場(chǎng) | 遠(yuǎn)場(chǎng) | 磁場(chǎng)近場(chǎng) | 電場(chǎng)近場(chǎng) | 遠(yuǎn)場(chǎng) | |
60 | 3.46 | 3.22 | |||||||
1k | 24.89 | 14.66 | |||||||
10k | 44.92 | 212.73 | 128.73 | 51.50 | 217.50 | 134.00 | |||
150k | 69.40 | 190.20 | 130.40 | 188.0 | 308.0 | 248.00 | |||
1M | 97.60 | 185.40 | 141.60 | 391.0 | 479.0 | 435.00 | 88.00 | 176.0 | — |
15M | 205.0 | 245.0 | 225.0 | 1102.0 | 1143.0 | 1123.0 | 174.0 | 215.0 | — |
100M | 418.0 | 426.0 | 422.0 | 1425.0 | 1434.0 | 1430.0 | 342.0 | 350.0 | — |
3 屏蔽的注意事項(xiàng)
3.1 屏蔽的完整性
如果屏蔽體不完整,將導(dǎo)致電磁場(chǎng)泄漏。特別是電磁場(chǎng)屏蔽,它利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)干擾。如果屏蔽體不完整,渦流的效果降低,即屏蔽的效果大打折扣。
3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合
電磁屏蔽技術(shù)的進(jìn)展,促使屏蔽材料的形式不斷發(fā)展,而不再局限于單層金屬平板模式,屏蔽效能也不斷提高。應(yīng)用時(shí)要特別注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合。
3.2.1 金屬平板
電子設(shè)備采用金屬平板做機(jī)箱,既堅(jiān)固耐用,又具有電磁屏蔽作用。其電磁屏蔽效能與金屬平板材料性質(zhì)、電磁場(chǎng)源性質(zhì)、電磁場(chǎng)源與金屬平板的距離、屏蔽體接地狀況等參數(shù)有關(guān)。各種金屬屏蔽材料的性能見表2。
表2 各種金屬屏蔽材料的性能
金屬屏蔽材料 | 相對(duì)于銅的電導(dǎo)率(σCu=5.8×107Ω/m) | f=150kHz時(shí)的相對(duì)磁導(dǎo)率 | f=150kHz時(shí)的吸收損耗/(dB/m) |
---|---|---|---|
銀 | 1.05 | 1 | 52 |
銅 | 1.00 | 1 | 51 |
金 | 0.70 | 1 | 42 |
鋁 | 0.61 | 1 | 40 |
鋅 | 0.29 | 1 | 28 |
黃銅 | 0.26 | 1 | 26 |
鎘 | 0.23 | 1 | 24 |
鎳 | 0.20 | 1 | 23 |
磷青銅 | 0.18 | 1 | 22 |
鐵 | 0.17 | 1000 | 650 |
鋼#45 | 0.10 | 1000 | 500 |
坡莫合金 | 0.03 | 80000 | 2500 |
不銹鋼 | 0.02 | 1000 | 220 |
評(píng)論