sv9安规与电磁兼容网1电磁屏蔽原理sv9安规与电磁兼容网

1电磁屏蔽原理电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种，即对电场和磁场同时加以屏蔽。屏蔽效果的好坏用屏蔽效~g(SE，Shieldingeffectiveness)来评价，它表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定义为屏蔽前后该点电磁场强度的比值，即：SE=2OIg(Eo／Es)或SH=2Olg(HdHs)式中：分别为屏蔽前该点的电场强度与磁场强度.对屏蔽效果的评价是根据屏蔽效能的大小度量的，按照屏蔽作用原理，屏蔽体对屏蔽效能的贡献分为3部分：(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗；(2)电磁波在屏蔽材料内部传输时，电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗；(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。由此可以得到影响材料屏蔽效能的3个基本因素，即材料的电导率、磁导率及材料厚度。这也是屏蔽材料研究本身所必须关注的问题和突破口。当然，对于电磁屏蔽体结构，其屏蔽效能还与结构、形状、气密性等有关，对于具体问题，还需要考虑被屏蔽的电磁波频率、场源性质等。2电磁屏蔽材料2．1铁磁材料与金属良导体材料铁磁材料和金属良导体材料是常用的屏蔽材料。铁磁材料适用于低频(100kHz以下磁场的屏蔽，其作用原理是利用铁磁材料高的磁导率引导磁力线通过高穿透材料并在附近空间降低磁通密度而达到磁屏蔽的目的。常用的铁磁材料有纯铁、硅钢、坡莫合金(铁镍合金)等。坡莫合金的电磁屏蔽效果要比其它几种优越得多，坡莫合金有3个主要的成分，即78％Ni、65％Ni和50％Ni，其中78％Ni坡莫合金的磁导率要比另外两种高得多，达3×10～1．2×10量级。坡莫合金对应力较敏感，且磁性能与热处理关系极大，而提供使用的材料是未经热处理的，所以使用时必须了解和掌握热处理工艺。因铁磁性材料电导率小而不适合高频电磁场的屏蔽，金属良导体具有较高的电导率适合高低频电磁场以及静电场的屏蔽。电磁屏蔽中电导率成为选择屏蔽材料的主要依据，表2为部分金属的电导率和磁导率。最常用的是钢板、镀锌薄钢板、铜板、铝板等电导率好的材料。金属屏蔽材料还具有优良的力学性能，但是其密度大、易腐蚀、不易加工等缺点明显，局限性较大。2．2表面敷层薄膜屏蔽材料这类材料是使塑料等绝缘体的表面附着一层导电层，从而达到屏蔽的目的，属于以反射损耗为主的屏蔽材料。常用的制备方法包括化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射以及贴金属箔等。这类表层导电薄膜屏蔽材料普遍具有导电性能好、屏蔽效果明显等优点，其缺点是表层导电薄膜附着力不高，容易产生剥离，二次加工性能较差。(1)化学镀金该方法是目前塑料表面金属化用得最多、效果最好的一种方法，也是目前唯一不受壳体材料形状及大小限制且能获得厚度均匀导电层的方法。目前常用的塑料是电镀级ABS工程塑料，镀层采用镍或铜镍复合镀层。在0MHz~1．0GHz范围内，一般采用化学镀镍镀层，屏蔽效果已达60dB左右，对于要求更高的可以采用镀铜作底层镀镍作面层的复合镀层，单独的铜镀层也能达到较好的屏蔽效果，但是由于铜在空气中容易氧化，抗腐蚀性能差而不能单独使用，这种复合镀层屏蔽效果可达90dB以上。化学镀金的优点是效果好，不受壳体形状和大小的限制，镀层均匀附着力强，可批量生产且成本低；缺点是适宜电镀的塑料品种较少。(2)真空镀金真空镀金是在真空容器中把A1、Gr、Cu等低沸点金属气化，并使其在塑料表面凝结而形成均匀的金属导电膜。真空镀金可适用于各种塑料，镀层导电性好、沉积速度快，但是真空容器大小限制了塑料制品的大小，对平坦表面处理效果较好，对于复杂形状表面则成膜厚度的均匀性难于控制。为了提高镀层与塑料的粘附力，必须使塑料表面保持高度清洁，不受污染。通常预先将塑料表面进行预处理，去除杂质，使处理后的表面变得粗糙，以提高金属镀层的粘附性。(3)溅射镀金溅射镀金是在真空容器中将氩离子用高能量冲击到金属上使金属气化，然后在塑料织物等的表面形成金属薄膜。溅射镀金也能适用于各种塑料，与真空镀金法相比，其镀层金属与塑料的粘附力一般要更强一些，但是其设备费用高昂，也同样存在真空镀金法所存在的优缺点。2．3填充复合型屏蔽材料这类材料是采用导电填料与塑料等成型材料填充复合而成的。导电填料一般选用导电性能优良的纤维状、网状、树枝状或片状材料，常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、超细碳黑、云母片、金属片、金属合金粉等；成型材料常用合成树脂类材料，如聚苯醚、聚碳脂酸、ABS、尼龙和热塑性聚酯等。填充复合型屏蔽材料具有一次加工成型，缩短加工工艺过程，便于批量生产的优势，是继表层导电型屏蔽材料之后推向市场的新型材料，也是当前的一个发展方向。影响该类材料屏蔽效果的因素比较复杂，导电填料和基体的性质、形态，导电填料在塑料基体中的填充量和分散程度以及复合工艺技术等均与屏蔽效果密切相关。碳纤维、碳化硅纤维等填充复合型屏蔽材料则具有密度小、比强度高、化学稳定性好、成型性好等优点，在电磁屏蔽复合材料的应用方面受到了重视。对用短碳纤维(SCF)和长碳纤维(LCF)与共聚物⋯31等制得的复合材料的屏蔽性能得到了较好研究，并且力学性能和屏蔽效果较同等条件下的碳黑填充复合材料优良。近年来，碳纤维织物与聚合物复合成为填充复合型电磁屏蔽材料研究的一个热点，这是因为普遍看好碳纤维织物具有良好的导电网络，使得在碳纤维填充量较小的情况下仍具有良好的电磁屏蔽性能。普通碳纤维用作电磁屏蔽复合材料的填料虽然得到了广泛应用，但其填充量高、屏蔽效果不是很好。近年来发展了碳纤维表面改性处理技术来解决上述问题。普通碳纤维可以借助特殊的工艺处理方法，通过改善碳纤维的电磁性能而使屏蔽性能得到进一步提高。这些方法主要包括碳纤维表面镀覆SiC、沉积超细石墨颗粒[141、涂敷聚苯胺(PANI)、表面镀金属[16~2-等。如德围BASF公司研制了一种表面镀SiC的碳纤维，在频率500MHz时屏蔽效能可达48dB。玻璃纤维与其他导电填料相比具有密度小、易成型、导电好、生产工艺简单、成本低、可大批量生产等优点，另外它和一般的玻璃纤维性状相同且与树脂的亲和性好、分散性好。镀铝玻璃纤维[一J是一种新型复合材料，它是在玻璃纤维表面上镀覆一层薄薄的、致密的高导电金属——铝，在金属层上再进行表面处理，以提高其分散性及防止金属表面氧化。2．4导电涂料类屏蔽材料导电涂料是一种功能性涂料。根据其组成和导电机理，导电涂料可以分为本征型导电涂料和掺合型导电涂料两类。本征型导电涂料是以本征导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料，主要有聚乙炔、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等，但是由于这些导电聚合物难溶、难熔，加工困难，仅限于实验室研究，离实际应用尚有一定距离。目前的导电涂料主要是掺合型导电涂料，它一般以各种合成树脂为成膜剂，以具有良好导电性能的金属微粉或非金属微粒为导电填料，经混合分散后，制成可施工的涂料，喷涂或刷涂于塑料表面，在一定条件下固化成膜。导电涂料最大的优点是成本低、简单实用、适用面广。根据掺合的导电填料的不同，导电涂料主要包括银系、铜系、镍系和碳系导电涂料。银系导电涂料是开发较早的一类屏蔽材料，美军早在20世纪60年代就已将其作为电磁屏蔽材料。银系导电涂料的导电性最好，体电阻P可达10-4~10。Q·m，涂料性能稳定，屏蔽效果可达65dB以上，但其成本太高，还存在银容易向表面迁移等问题，只适合于某些特殊的场合下使用。铜系导电涂料的导电性也很好，体电阻P可达10·m，但是由于铜抗氧化能力差，因而导电稳定性不佳，限制了它的应用。碳系导电涂料相较于金属涂料的最大的优势在于耐候性好、密度小、成本低等。其不足在于导电性不是很好，体电阻率约在lfl·m，屏蔽效果不甚理想。碳系导电填料包括石墨、碳黑等，为了提高其导电性，碳素必须是高导电性、高结构性和超细化的。碳素系导电涂料研究工作的重点就是开发和利用高导电性和高结构性碳黑，