电磁屏蔽原理与应用_电磁屏蔽理论介绍

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统按照其电磁环境的要求运行，而不会对其环境中的任何设备产生不可容忍的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中产生的电磁干扰不能超过一定的限度；另一方面意味着电器对所处环境的电磁干扰有一定程度的抗扰度，即电磁敏感度。本系列将告诉初学者EMC理论的基础知识。本文主要介绍电磁屏蔽理论，有兴趣的朋友可以看看。1、屏蔽效能感应屏蔽是利用屏蔽体阻挡或减少电磁能量传输的技术，是抑制电磁干扰的重要手段之一。屏蔽有两个目的，一是限制区域内部辐射的电磁能量，二是防止外部辐射干扰进入某个区域。当电磁场被金属材料隔离后，电磁场的强度会明显降低，这就是金属材料的屏蔽作用。我们可以用同一位置无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽后的电磁场强度之比来表征金属材料的屏蔽效果，定义shieldingeffectivity(SE)2、孔洞对屏蔽的影响。事实上，屏蔽体上不可避免地存在各种缺陷，如缝隙、开口、进出线等，这些缺陷会急剧恶化屏蔽体的屏蔽效能。上一节分析的理想屏蔽体的屏蔽效率在30MHz以上足够高，远远超过工程实践的需要。真正决定实际屏蔽体屏蔽效能的因素是各种电气不连续缺陷，包括缝隙、开口、电缆贯穿等。屏蔽体上的缝隙是很常见的，尤其是目前柜箱组装，缝隙很多。如果处理不当，这些间隙会急剧降低屏蔽体的屏蔽效果。3、孔径屏蔽的总体设计思路根据孔径耦合理论，决定孔径泄漏的因素主要有两个：孔径面积和孔径最大线性度大小。如果两者都较大，则泄漏最严重；如果面积小，最大线性度大，电磁泄漏还是大。如图，是一个典型机柜的示意图，上面的接缝主要分为四类：(1)虽然机柜(柜)接缝的面积很小，但是它们的最大线性尺寸，也就是接缝长度却很大，这使得它们在电子设备中由于维修、开盖等限制是最难屏蔽的，导电垫等特殊屏蔽材料可以有效抑制电磁泄漏。这种孔径屏蔽设计的关键在于：导电衬垫材料的合理选择和适当的变形控制。(2)这种通气孔的面积和最大直线度较大，通气孔设计的关键在于通气孔零件的选择和装配结构的设计。在满足通风性能的条件下，应尽可能选择屏蔽效率高的屏蔽通风元件。(3)观察孔和显示孔面积较大，线性度最大，其设计的关键在于遮光材料的选择和装配结构的设计。(4)连接器与机箱连接处的面积和最大线性度都不大，但高频时连接器与机箱的接触阻抗急剧增大，使得屏蔽电缆的共模传导发射增大，往往导致整个设备的辐射发射超标。因此，应使用导电橡胶和其他连接器导电垫。由于辐射源分为近区电场源、远区磁场源和平面波，屏蔽体的屏蔽性能根据辐射源的不同而不同，在材料选择、结构形状、孔洞的泄漏控制等方面都有所不同。为了在设计中实现所需的屏蔽性能，有必要首先确定辐射源cl

4、孔洞泄漏评估机箱中不可避免的会有各种孔洞，这些孔洞最终决定了屏蔽体的屏蔽效能(假设没有线缆穿过机箱)。一般可以认为屏蔽壳体在低频时的屏蔽效能主要取决于屏蔽体的材料，在高频时的屏蔽效能主要取决于壳体上的孔洞和缝隙。当电磁波入射到一个孔上时，这个孔就像一个偶极天线。当缝隙长度达到1/2时，其辐射效率最高(不考虑缝隙宽度)。换句话说，它可以辐射所有入射到缝隙上的能量，如图所示。

在远场区，如果孔的最大尺寸L小于/2，厚度为0的材料上的间隙的屏蔽效能如下：

如果l大于/2，SE=0(dB)。式中：se——屏蔽效能(dB)；L孔的长度(毫米)；H孔的宽度(毫米)；F入射电磁波的频率(MHz)。这个公式计算的是最差情况下的屏蔽效能(引起最大泄漏的极化方向)，实际情况下屏蔽效能可能更高。在近场区，空穴的泄漏还与辐射源是否为磁场源有关。当辐射源为电场源时，空穴的泄漏小于远场泄漏(屏蔽效率高)；然而，当辐射源是磁场源时，孔的泄漏大于远场的泄漏(低屏蔽效率)。对于不同电路阻抗Zc的辐射源，计算公式如下：If ZC(7.9/Df):(电场源)If ZC(7.9/Df):(电场源)其中：Se-屏蔽效能(dB)；L孔的长度(毫米)；H孔的宽度(毫米)；F入射电磁波的频率(MHz)。这个公式计算的是最差情况下的屏蔽效能(引起最大泄漏的极化方向)，实际情况下屏蔽效能可能更高。需要注意的是，对于磁场辐射源来说，孔在近场区的屏蔽效能与电磁波的频率无关，也就是说，小孔也可能导致大泄漏。此时，影响屏蔽效能的一个更重要的参数是孔到辐射源的距离。孔离辐射源越近，泄漏越大。这一特征经常导致屏蔽的意外泄漏。因为屏蔽体开洞的一个目的是通风散热，也就是说这个洞自然会设计在热源附近，而热源往往是大电流的载体，周围有很强的磁场。结果就是在强磁场辐射源附近不自觉地开了个洞。所以在设计中，要注意远离载流子的孔洞和缝隙，如电路板、电缆、变压器等。当n个大小相同的孔排列在一起且相互靠近(距离小于/2)时，孔阵列的屏蔽效能会下降10lgN。因为孔的辐射是有方向性的，不同表面的孔不会明显增加泄漏。利用这一特性，在设计时可以在屏蔽壳的不同表面上设置孔，以避免某一表面的过量辐射。

审计彭静

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