电磁干扰抑制的屏蔽技术

电磁屏蔽技术电磁干扰抑制的屏蔽技术概述电屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽孔缝对屏蔽效能的影响屏蔽设计要点电磁密封处理电磁屏蔽技术•限制内部能量泄漏出内部区域（主动屏蔽）概述1.屏蔽的含义：3.原理：电子设备•用导电或导磁材料制成的屏蔽体将电磁干扰能量限制在一定范围内。2.目的：•防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）•二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场);•反射衰减理论电磁屏蔽技术4.屏蔽的分类（按工作原理）•电场屏蔽：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽（利用良好接地的金属导体制作）•磁场屏蔽：静磁屏蔽、低频交变磁场屏蔽（利用高导磁率材料构成低磁阻通路）•电磁屏蔽：用于高频电磁场的屏蔽（利用反射和衰减来隔离电磁场的耦合）电磁屏蔽技术01ESEE01HSEH01(dB)20logESEE01(dB)20logHSEH5.屏蔽效能(SE)屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。定义：或或电屏蔽效能磁屏蔽效能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；电磁屏蔽技术无屏蔽场强有屏蔽场强屏蔽效能SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰减量与屏蔽效能的关系电磁屏蔽技术机箱类型屏蔽效能SE（dB）民用产品40以下军用设备60TEMPEST设备80屏蔽室、屏蔽舱100以上屏蔽效能的要求电磁屏蔽技术•分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽电场屏蔽1.静电屏蔽•电场屏蔽的作用：防止两个设备（元件、部件）间的电容性耦合干扰•原理：静电平衡•要求：完整的屏蔽导体和良好接地电磁屏蔽技术2.低频交变电场屏蔽目的：抑制低频电容性耦合干扰00001/SRSSNSRRRSRCUUUCCCC（1）未加屏蔽21221/PPNRRCUUUCCCC（2）加屏蔽（忽略CSR1的影响）11322/()SpRRCUUCCCCCC未加屏蔽的耦合SR～CSR0CRUSUN0加屏蔽的耦合SR～CSR1CRUSUN1C1C2C3Up分析方法：应用电路理论分析电磁屏蔽技术讨论:（1）屏蔽体不接地，若3C（2）屏蔽体接地31CC、221/()RRCCCCCpSUU212211/SNSRRCUUUCCCC10NU21221/PPNRRCUUUCCCC11322/()SpRRCUUCCCCCC屏蔽体接地SR～CSR1CRUSUN1C1C2电磁屏蔽技术111212SRSSRSNRSRRCUCUUCCCCC（3）屏蔽体接地时，CSR1的影响•屏蔽效能:01(dB)20lgNNUSEU～CSRCRUSUNPC2等效电路电磁屏蔽技术•屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求•屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响电场屏蔽的设计要点•屏蔽体要靠近受保护的设备•屏蔽体要有良好的接地电磁屏蔽技术磁场屏蔽1．原理•高频磁场屏蔽高频磁场金属板涡流反磁场•低频磁场屏蔽（f100kHz）利用高导磁率的铁磁材料（如铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰磁场进行分路。利用低电阻的良导体中形成的涡电流产生反向磁通抑制入射磁场。电磁屏蔽技术mmUlRS2．屏蔽效能计算•解析方法：圆柱腔、球壳的屏蔽效能计算•近似方法：应用磁路的方法。如：长为l、横截面为S的一段屏蔽材料，则其磁阻为磁阻：mUH磁压降：mUHlBSHS磁通：电磁屏蔽技术mU的方程22mmm2211()0UUUrrrrr外磁场的磁标位0Hm00cosUHrram11cosUArarb2m22()cosBUArrrb3m30()cosBUHrr(1)圆柱形腔的磁屏蔽效能mU方法：磁标位内半径为a、外半径为b，磁导率为，外加均匀磁场0H0Hab电磁屏蔽技术边界条件：ra时，m1m2UUrb时，m2m3UUm3m20UUrr解得：20122224(1)(1)rrrbHAba20222222(1)(1)(1)rrrbHAba220222222(1)(1)(1)rrrabHBba2222032222(1)()(1)(1)rrrabbHBba220012222222244cos(1)(1)(1)(1)rrmmrrrrbHbUUrbaba2011122224(1)(1)rmxxrrbHHUeeHbam1m20UUrr故电磁屏蔽技术若，则1r201(1)(1)2(1)20lg20lg4rrrHppSEHp令、tba()/2Rab，若t～0，即222abR则224(2/)20lg20lg(1)20lg(1)422rrrRtaRttSEaR(1)2(1)(11/)2(11/)20lg20lg44rrppppSEp屏蔽效能22/pba电磁屏蔽技术•球形腔体的屏蔽效能•非球形腔体的屏蔽效能等效半径：（V——屏蔽体的体积）220lg(1)3rtSER3330.624cVRV220lg(1)3rctSER电磁屏蔽技术例：长方体屏蔽盒尺寸为：、壁厚。试计算用钢板和坡莫合金作屏蔽材料时的SE。3150200200mm2mmt1(1000)r2(10000)r解：30.62150200200112.66mmcR12t20lg(1)22.17dB3rcSER钢：22t20lg(1)41.54dB3rcSER合金：电磁屏蔽技术（2）用磁路方法计算屏蔽效能矩形截面屏蔽体：、厚度，abt(2)at2SSSHt流经屏蔽体的磁通：流经空腔的磁通：101(2)Hat总磁通：，则000Ha01s00012(2)SSHaHtHat外磁场；屏蔽体内；腔内SH0H1Htba0H电磁屏蔽技术磁通为磁路计算：(,)tatb对于磁路CS：1/44mSSSaaRtt从P1到Q1:磁阻为/2SSStH磁压降1124mSSSmSRHaU22mSSSbtbRtt从Q1到Q2:/2SSStH222mSSmSSRUHb故212()2mSmSmSSaUUUHb对于磁路C1：1002(2)mbtbRata1111mmURHb2SSStH101aHtba0H1P1Q2P2QCSC1电磁屏蔽技术由于1mSmUU于是有：000101222rbtHaHHaba420lg[1](2)rbtSEaba故1(2)2SbaHbH122SbHHba0141(2)rHbtHaba若ab2420lg[1]rbtSEa若ab220lg[1]rtSEa01s讨论：电磁屏蔽技术•屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和•被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上磁场屏蔽的设计要点•注意屏蔽体的结构设计，缝隙或长条通风孔循着磁场方向分布•对于强磁场的屏蔽可采用多层屏蔽，防止发生磁饱和•尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度）•对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘电磁屏蔽技术电磁屏蔽1.原理与分析方法原理：①表面反射（R—反射损耗）②屏蔽材料吸收衰减（A—吸收损耗）③多次反射（B—多次反射修正）分析方法：①电磁感应原理.计算屏蔽体上的涡流的屏蔽效应来计算屏蔽效能②平面波的反射与折射来计算反射与衰减③等效传输线理论计算反射与衰减t电磁屏蔽技术2.单层屏蔽体的屏蔽效能均匀平面波垂直入射到无限大的导体板上（厚度为t）媒质的本征阻抗：(1)mjZjf传播常数：cjjjj(dB)SERAB屏蔽效能：良导体：(1)jjjf,cjZj良导体：()cj电磁屏蔽技术波阻抗：a.远场：00120377ΩwZ012weZfrb.近场（以电场为主）：02wmZfrc.近场（以磁场为主）：211221ZZZZ－＋反射系数：透射系数：12121＋12电磁屏蔽技术一次透射：x=0面上：01E★屏蔽效能计算（设入射波场强）211221ZZZZ－＋反射波：透射波：12121[phone][(e)e]ettt二次透射：x=0面上：反射波：2312(e)t2112(e),t透射波：x=t面上：反射波：22323212312211223[(e)]ettte232321231212232123[(e)e]ettt透射波：x=t面上：反射波：tx213电磁屏蔽技术12112232123enntnn次透射：31(21)12231223212312232123ee()ettnntT221122321232123e[1e()]tttne……1223221231e1ett2122312231120lg20lg20lge20lg1ettTSE总透射场强22120lg1()e1tKBK1223420lg20lg(1)KRK20lgetA31ZZ故：即：21/KZZ电磁屏蔽技术20lge20lgerttA20lge8.980.131(dB)rrtttf——相对于铜的电导率，铜：r75.8210S/mt——厚度（mm）。①吸收损耗A(dB)①屏蔽材料越厚，吸收损耗越大，厚度增一个趋肤深度，吸收损耗增加得9dB；②磁导率越高，吸收损耗越大；③电导率越高，吸收损耗越大；④频率越高，吸收损耗越大。r——相对磁导率；良导体结论：电磁屏蔽技术22()(1)20lg20lg20lg444wwmwmmZZZKRKZZZ②反射损耗R(dB)72/3.6910/mrrZff波阻抗良导体：wmZZw120π377ΩZa.远场：012weZfrb.近场：电场源02wmZfr23321.710lg()rerRrf168.110lg(/)wrrRf媒质本征阻抗频率升高，反射损耗减小c.近场：磁场源214.5610lg()rmrRrf频率升高，反射损耗增加电磁屏蔽技术③多次反射修正B（dB）21222eeeejtttjt20.1e10tA而/20(20lgee10)ttAA0.12ln100.23AtA2()1mwmwZZZZ故：20.10.2320lg1()10eAjAmwmwZZBZZwmZZ当时，则0.10.230.10.220lg110e20lg[1210cos(0.23)10]AjAAABA10dBA当时，通常可忽略B。20.10.23e10etAjA11mwmwZZKKZZ电磁屏蔽技术反射损耗：168.110lg(/)wrrRf23321.710lg(/)errRrf电场源214.5610lg(/)mrrRrf磁场源20.10.230.10.220lg1()10e20lg[1210cos(0.23)10]AjAmwmwAAZZBZZAwmZZ（）8.980.131(dB)rrAttf(dB)SERAB屏蔽效能：吸收损