1、第四章 电磁屏蔽技术,屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计,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,实心材料屏蔽效能的计算,入射波,场强,距离,吸收损耗A,R1,R2,SE R1 R2 AB, R AB,B,波阻抗的概念,波阻抗,电场为主 E 1/ r3 H 1 / r2,磁场为主 H 1/ r3 E 1/ r2,平面波 E 1/ r H 1/ r,377,/ 2,到观测点距离 r,E/H,吸收损耗的计算,t,入射电磁波E0,剩余电磁波E1,E1 = E0e-t/,A 2
2、0 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) dB,0.37E0,A 8.69 ( t / ) dB,A = 3.34 t f rr dB,反射损耗,R 20 lg,ZW,4 Zs,反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。,ZS = 3.68 10-7 f r/r,远场：377,近场：取决于源的阻抗,同一种材料的阻抗随频率变,不同电磁波的反射损耗,远场: R 20 lg,377,4 Zs,4500,Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m）f = 电磁波的频率（MHz）,2 D f,D f Zs,Zs,电场: R 20 lg,磁场: R 20 lg
3、,dB,影响反射损耗的因素,150,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M,平面波,3 108 / 2r,f,R(dB),r = 30 m,电场r = 1 m,靠近辐射源,r = 30 m,磁场 r = 1 m,靠近辐射源,综合屏蔽效能 (0.5mm铝板),150,250,平面波,0,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M,高频时电磁波种类的影响很小,电场波 r = 0.5 m,磁场波 r = 0.5 m,屏蔽效能（dB）,频率,多次反射修正因子的计算,电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。B = 20 lg ( 1 - e -2
4、 t / ),说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略,怎样屏蔽低频磁场？,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,高导磁率材料的磁旁路效果,H0,H1,H0,Rs,R0,H1,R0,Rs,SE = 1 + R0/RS,磁屏蔽材料的频率特性,1,5,10,15,坡莫合金,金属,镍钢,冷轧钢,0.01 0.1 1.0 10 100 kHz,r 103,磁导率随场强的变化,磁通密度 B,磁场强度 H,饱和,起始磁导率,最大磁导率, = B / H,强磁场的屏蔽,高导磁率材料：饱和,低导磁率材料：
5、屏效不够,低导磁率材料,高导磁率材料,加工的影响,20,40,60,80,100,10 100 1k 10k,跌落前,跌落后,良好电磁屏蔽的关键因素,屏蔽体导电连续,没有穿过屏蔽体的导体,屏蔽效能高的屏蔽体,不要忘记：选择适当的屏蔽材料,你知道吗：与屏蔽体接地与否无关,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,远场区孔洞的屏蔽效能,L,L,SE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2,H,孔洞
6、在近场区的屏蔽效能,若ZC （7.9/Df）：（说明是电场源）SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) )若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源）SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）,缝隙的泄漏,低频起主要作用,高频起主要作用,缝隙的处理,电磁密封衬垫,缝隙,电磁密封衬垫的种类,金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(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,任何导电的弹性材料都可以做为电磁密封
7、衬垫用。但电磁密封衬垫必须具有较好的抗腐蚀性。金属丝网衬垫：这是一种最常用的电磁密封材料。从结构上分，有全金属丝、空心和橡胶芯等三种。常用的金属丝材料为：蒙乃尔合金、铍铜、镀锡钢丝等。其屏蔽性能为：低频时的屏蔽效能较高，高频时屏蔽效能较低。一般用在1GHz以下的场合 。主要优点 / 缺点：价格低，过量压缩时不易损坏 / 高频屏蔽效能较低。导电橡胶：通常用在有环境密封要求的场合。从结构上分，有条材和板材两种，条形材又分为空心和实心两种。板材则有不同的厚度。材料为：硅橡胶中掺入铜粉、铝粉、银粉、镀铜银粉、镀铝铝粉、镀银玻璃粉等。其屏蔽性能为：低频时的屏蔽效能较低，而高频时屏蔽效能较高。主要优点 /
8、 缺点：同时提供电磁密封和环境密封 / 较硬，价格高，有时不能刺透金属表面的氧化层，导致屏蔽效能很低。,指形簧片：通常用在接触面滑动接触的场合。形状繁多，材 料为铍铜，但表面可做不同的涂覆。屏蔽性能为：高频、低频时的屏蔽效能都较高。主要优点 / 缺点：形变量大、屏蔽效能高、允许滑动接触 / 价格高螺旋管衬垫：由铍铜或不锈钢带材卷成的螺旋管，屏蔽效能高（所有电磁密封衬垫中屏蔽效能最高的）。主要优点 / 缺点：价格低，屏蔽效能高 / 受到过量压缩时，容易损坏。导电布衬垫：导电布包裹上发泡橡胶芯构成，一般为矩形，带有背胶，安装非常方便。 高低频的屏蔽效能均较高。主要优点 / 缺点：价格低，过量压缩时
9、不易损坏、柔软、具有一定的环境密封作用 / 频繁摩擦会损坏导电表层。,电磁密封衬垫的主要参数,屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能) 回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距） 最小密封压力（关系到最小压缩量）最大形变量（关系到最大压缩量） 压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数） 电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）,电磁密封衬垫最主要的指标,1)导电性：衬垫材料的导电性越好，电磁密封效果越好。需要注意的是，这里考虑的导电性不仅指直流电阻，而且还包括射频阻抗。例如，金属丝的直流电阻虽然很小，但是射频阻抗却很大。因此，丝网密封垫的低频屏蔽效能高，而高频屏蔽效能低。2)回弹力：每单位长度（或面积）衬垫上施加
10、压缩力所产生的衬垫压缩量。回弹力较大的衬垫要求面板的刚性较好，否则会在衬垫的回弹力作用下发生形变，产生更大的缝隙因此，设计屏蔽机箱时，要注意盖板上的紧固螺钉的间距要适当，防止盖板在衬垫的弹力作用下发生变形，产生更大的缝隙。3)最小密封压力：EMI衬垫必须具有足够的形变量才能提供足够的屏蔽效能。因此，必须保证衬垫上有足够的压力。压力太小，不仅屏蔽效能低，而且屏蔽效能对压力很敏感，造成机箱的屏蔽效能不稳定。压力过大会造成衬垫的损坏。使衬垫具有预期的屏蔽效能所需要的最小压力称为最小密封压力。对于实际使用中的衬垫，在最大缝隙处施加给衬垫的压力要大于最小密封压力。,4)压缩永久形变：有些衬垫在外力消除后
11、，并不能恢复到原来的形状，这成为压缩永久形变。如果缝隙是永久封闭的，即装好衬垫后不在打开，则压缩永久形变无关紧要；但如果缝隙是频繁打开/关闭的，则压缩永久形变的指标非常关键。5) 衬垫的厚度：衬垫的厚度必须满足在最大缝隙处，能受到最小密封压力。6) 电化学相容性：不同金属的接触面上由于金属电位的差别，在电解液存在的环境下，会发生电化学反应，产生的盐化物是半导体，这会降低结合处的导电性，同时会引起额外的干扰。因此衬垫的材料与屏蔽基体的材料在电化学上要有一定的相容性，否则会很快发生腐蚀。有关细节可参考后面关于搭接点电化学腐蚀的讨论。,电磁密封衬垫的安装方法,绝缘漆,环境密封,截止波导管,损耗,频率
12、,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,截止波导管的屏效,截止波导管 屏蔽效能,=,反射损耗：远场区计算公式近场区计算公式,+,吸收损耗圆形截止波导：32 t / d矩形截止波导：27.2 t / l,孔洞计算屏蔽效能公式,截止波导管的设计步骤,孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE,确定截止波导管的截面形状,确定要屏蔽的最高的频率 f,确定波导管的截止频率 fc,计算截止波导管的截面尺寸,由SE 确定截止波导管的长度,5f,显示窗/器件的处理,隔离舱,滤波器,屏蔽窗,滤波器,操作器件的处理,屏蔽体上开小孔,屏蔽体上栽上截止波导管,用隔离舱将操作器件隔离出,通风口的处理,穿孔金属板,截止波导通风板,贯通导体的处理,
