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 电磁密封处理 屏蔽设计要点.

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1 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 电磁密封处理 屏蔽设计要点

2 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。
概述 屏蔽的含义： 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。 电子设备 2. 目的： 限制内部能量泄漏出内部区域 （主动屏蔽） 防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽） 3. 原理： 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

3 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）

4 E0、H0 —— 未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场；
屏蔽效能( SE ) 屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。 定义： 电屏蔽效能 或 磁屏蔽效能 或 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；

5 衰减量与屏蔽效能的关系 无屏蔽场强 有屏蔽场强 屏蔽效能 SE（dB） 10 1 20 100 40 1000 60 10000 80
100000 120

6 屏蔽效能的要求 机箱类型 屏蔽效能 SE（dB） 民用产品 40以下 军用设备 60 TEMPEST设备 80 屏蔽室、屏蔽舱 100以上

7 电场屏蔽 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 分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽 静电屏蔽 原理：静电平衡 要求：完整的屏蔽导体和良好接地

8 2. 低频交变电场屏蔽 目的：抑制低频电容性耦合干扰 分析方法：应用电路理论分析 （1）未加屏蔽 （2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响）
2. 低频交变电场屏蔽 未加屏蔽的耦合 S R ～ CSR0 CR US UN0 目的：抑制低频电容性耦合干扰 分析方法：应用电路理论分析 （1）未加屏蔽 （2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响） 加屏蔽的耦合 S R ～ CSR1 CR US UN1 C1 C2 C3 Up

9 讨论:（1）屏蔽体不接地，若 屏蔽体接地 S R ～ CSR1 CR US UN1 C1 C2 （2）屏蔽体接地

10 （3）屏蔽体接地时，CSR1的影响 ～ CSR CR US UNP C2 等效电路 屏蔽效能:

11 电场屏蔽的设计要点 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 屏蔽体要靠近受保护的设备 屏蔽体要有良好的接地

12 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。
磁场屏蔽 1．原理 低频磁场屏蔽（f < 100kHz） 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。 高频磁场 金属板 涡流 反磁场 高频磁场屏蔽 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。

13 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 磁压降： 磁通： 磁阻：

14 (1) 圆柱形腔的磁屏蔽效能 内半径为a 、外半径为b，磁导率为 ，外加均匀磁场 方法：磁标位 的方程 外磁场 的磁标位 a b

15 边界条件： 时， 时， 解得： 故

16 屏蔽效能 若 ，则 令 、 ，若t～0，即 则

17 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）

18 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 。 解： 钢： 合金：

19 （2）用磁路方法计算屏蔽效能 矩形截面屏蔽体： 、厚度 ， 外磁场 ；屏蔽体内 ；腔内 流经屏蔽体的磁通： 流经空腔的磁通： 总磁通： ，则

20 磁路计算： CS C1 对于磁路CS： 从P1到Q1: 磁阻为 磁通为 磁压降 从Q1 到 Q2: 对于磁路C1： 故

21 由于 于是有： 故 讨论： 若 若

22 磁场屏蔽的设计要点 屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和 尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度） 被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上 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 对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘

23 电磁屏蔽 1. 原理与分析方法 t 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

24 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） 屏蔽效能： 媒质的本征阻抗： 良导体 ： 传播常数： 良导体：

25 波阻抗： a. 远场： b. 近场（以电场为主）： c. 近场（以磁场为主）： 1 2 反射系数： 透射系数：

26 ★ 屏蔽效能计算（设入射波场强 ） t x 2 1 3 一次透射：x = 0 面上： 反射波： 透射波： x = t 面上： 反射波： 透射波： 二次透射：x = 0 面上： 反射波： x = t 面上： 反射波： 透射波：

27 n 次透射： …… 总 透 射 场 强 故： 即：

28 ① 吸收损耗 A (dB) 良导体 ——相对于铜的电导率，铜： —— 相对磁导率； —— 厚度（mm）。 结论： 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。

29 ② 反射损耗 R (dB) 良导体： a. 远场： b.近场：电场源 c.近场：磁场源 波阻抗 媒质本征阻抗 频率升高，反射损耗减小
频率升高，反射损耗增加

30 ③ 多次反射修正 B（dB） 而 故： 当 时， 则 当 时，通常可忽略B。

31 小结 屏蔽效能： 吸收损耗： 反射损耗： 平面波源 电场源 磁场源 多次反射修正： （ ）

32 屏蔽效能的频率特性 磁场波 平面波 电场波 f 屏蔽效能 高频时电磁波的种类影响很小

33 例1 有一个大功率线圈的工作频率为20kHz ，在离线圈0.5m处
置一铝板 以屏蔽线圈对设备的影响。设铝板厚度 为0.5mm 。试计算其屏蔽效能。 解： 屏蔽体处于哪个场区： —— 近场 大功率线圈—— 强磁场，主要为磁屏蔽. 故

34 又 故

35 2. 双层屏蔽体的屏蔽效能 t2 x 2 1 t1 d 总吸收损耗 多次反射修正 总反射损耗 式中：

36 ①的多次反射 ②的多次反射 空气层中的多次反射 t2 x 2 1 t1 d

37 通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则
当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，

38 孔缝对屏蔽效能的影响 信号线的出入口，电流线的出入口，通风散热孔，接缝处的缝隙等。

39 ( 1 ) 综合屏蔽效能的计算公式 设各泄漏因素的屏蔽效能为 ，即 总泄漏场 故

40 例2 设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，
各泄漏因素造成屏蔽效能为：（1）滤波与连接器面板： 101dB ；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接 缝泄漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。 解：

41 ( 2 ) 缝隙的电磁泄漏 g t 设金属屏蔽体上有一缝隙，其间隙为g ，屏蔽板厚度为t ，入射波电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为Ep ，当g < 10δ/3 时，有 故

42 例3. 在例1中开一缝隙，若其宽度为0.5mm、0.25mm 、0.1mm ，
分别求其屏蔽效能。 解： 无缝隙时的屏蔽效能：SE＝54.83 dB 当 当 当

43 （3）截止波导式通风孔 的屏蔽效能 a l D W 原理： 截止频率： （a、D、W 的单位为：cm） 电磁波频率远低于波导的最低截止频率，因而产生很大的衰减。 矩形波导：fc10 = 15×10 9/ a （Hz） 圆形波导：fc11 =17.6×10 9/ D（Hz） 六角波导：fc10 =15×10 9/ W （Hz）

44 屏蔽效能 （l 的单位为：cm） 当 f << fc 时： 设计要求： 矩形波导： l ≥3a、l≥3D、l≥3W fc = （5～10）f 圆形波导： 六角波导：

45 在将截止波导应用到屏蔽体上时，要注意以下几个问题：
波导管必须是截止的。波导管对于频率在截止频率以 上的电磁波没有任何衰减作用，至少要使波导的截止频率是所屏蔽频率的 5 倍。 不能有金属材料穿过截止波导管。当有金属材料穿过截止波导管时，会导致严重的电磁泄漏。需要注意的是有些光缆的内部加有金属加强筋，这时将光缆穿过截止波导时也会引起泄漏。 波导管的安装。最可靠的方法是焊接，在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面相同的孔，然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。如果波导管本身带法兰盘，利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽体上，需要在法兰盘与屏蔽体基体之间安装电磁密封衬垫。

46 蜂窝形通风板 在屏蔽设计中使用最多的截止波导要数蜂窝板了。蜂窝板的原理是将大量的截止波导焊接在一起，构成截止波导阵列，这样可以形成很大的开口面积，同时能够防止电磁波泄漏。

47 ( 4 ) 金属孔板的屏蔽效能

48 屏蔽效能的计算公式 SE = A＋R＋B＋K1＋K2+K3 式中：A — 孔的吸收损耗 R — 孔的反射损耗 B — 孔的多次反射损耗 K1 — 孔数目修正系数 K2 — 低频穿透修正系数 K3 — 孔间耦合修正系数 a. 孔的吸收损耗 A 按截止波导计算 t — 孔的深度（cm） 矩形孔：Ar = 27.3 t / a a — 矩形孔的最大宽度（cm） 圆形孔：Ac = 32.0 t / D D — 圆形孔的直径（cm）

49 b. 孔的反射损耗 R 其中： —— 矩形孔 —— 圆形孔 —— 远场 —— 近区、电场 —— 近区、磁场

50 c. 多次反射修正B d. 孔数目修正系数K1 a — 每一孔洞的面积（cm2） n — 每cm2内的孔洞数 e. 低频穿透修正系数K2 P — 孔间导体宽度 / 趋肤深度 f. 孔间耦合修正系数K3

51 例 某飞机控制盒用铝板加工而成，铝板厚度t = 2mm，两侧面板 上的总孔数为2×8×9, 孔的形状为圆形，孔径D = 5mm，孔的中心间距为18mm。设平面波的频率为f = 5MHz，求控制盒的屏蔽效能。 解 a. A = 32 t / D = 12.8 dB b. c.

52 d. 孔数目修正系数K1 孔阵面积： 总孔数： e. 低频穿透修正系数K2 f. 故 SE = A + R + B + K1 + K2 + K3 = dB

53 3.6 电磁密封处理 1. 使用电磁密封衬垫的主要优点 降低对机械加工的要求，允许接触面有较低的平整度 减少结合处的紧固螺钉，增加设备美观性和可维护性 在缝隙处不会产生高频泄漏

54 2. 使用电磁密封衬垫的场合 要求机箱的屏蔽效能大于40dB 机箱结合面的缝隙长度超过λ/20 设备的发射或敏感频率超过100MHz 无法采用机械加工来得到更好的导电连续性 结合面采用了不同材料，而且设备要在恶劣环境下工作 需要对环境采取密封措施

55 3. 使用电磁密封衬垫的关键 选用导电性能好的衬垫材料 保持接触面清洁，且没有非导电保护层 对衬垫施加足够的压力 衬垫有足够的厚度 注意衬垫与屏蔽体接触表面间的电化学腐蚀 当需要活动接触时，应使用指形簧片

56 4. 电磁密封衬垫的主要性能指标 导电性 回弹力 最小形变量 衬垫厚度 电化学相容性 压缩形变

57 5. 常用电磁密封衬垫 用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条，外形很像屏蔽电缆的屏蔽层。为了增强金属网的弹性，有时在网管内加入橡胶芯。 金属丝网衬垫

58 导电橡胶 在硅橡胶内填充占总重量70～ 80％比例的金属颗粒，如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃球等。这种材料保留一部分硅橡胶良好弹性的特性，同时具有较好的导电性。

59 导电布衬垫

60 指形簧片 铍铜制成的簧片，具有很好的弹性和导电性。

61 不同衬垫材料的特点比较 衬垫种类 优点 缺点 适用场合 导电橡胶 具有环境密封和电磁密封作用，高频屏蔽效能高 需要的压力大、价格高
需要环境密封和较高屏蔽效能的场合 金属丝网条 成本低、不易损坏 高频屏蔽效能低、没有环境密封作用 干扰频率在1GHz以下的场合 指形簧片 屏蔽效能高、允许滑动接触、形变范围大 价格高、没有环境密封作用 有滑动接触的场合、较高屏蔽效能的场合 螺旋管 屏蔽效能高、价格低、复合型能提供环境密封和电磁密封 过量压缩时容易损坏 需要环境密封和较高屏蔽效能的场合、有良好压缩限位的场合 多重导电橡胶 弹性好、价格低、可提供环境密封 表层导电层较薄、反复使用时易脱落 需要环境密封和一般屏蔽效能的场合、不能提供较大压力的场合 导电布 柔软、需要压力小、价格低 温湿环境中容易损坏 不能提供较大压力的场合

62 屏蔽设计要点 1. 确定屏蔽效能 可根据电磁兼容标准要求来确定 2. 材料的选择 根据电磁特性： 近场电屏蔽——高导电率金属，接地； 近场低频磁场屏蔽——高导磁率材料，不接地； 近场高频磁场屏蔽——高导电率金属，可不接地； 远场电磁屏蔽 —— 高导电率金属，良好接地

63 3. 结构的完整性设计 1) 多层设计 4) 电缆及接口屏蔽 硬管屏蔽； 软管屏蔽； 单层编织丝网； 双层编织丝网； 编织线与金属箔组合 滤波连接器 2) 缝隙屏蔽 增加深度 加装导电衬垫 3) 通风孔 加装金属丝网罩； 打孔金属板； 蜂窝形通风板 4. 校验屏蔽效能