实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 第四章 电磁屏蔽技术 屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计 杨继深 2002年3月.

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1 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 第四章 电磁屏蔽技术 屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计 杨继深 年3月

2 电磁屏蔽 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
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 电磁屏蔽 屏蔽后的场强E2 屏蔽前的场强E1 电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏 蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工 作，因此不需要对电路做任何修改。 屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏 蔽时该位置的场强的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。如果屏蔽效能计算中 使用的磁场，则称为磁场屏蔽效能，如果计算中用的是电场，则称为电场屏蔽效能。 由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一，因此通常用分 贝来表述。下表是衰减量与屏蔽效能的对应关系： 无屏蔽场强 ：有屏蔽场强 屏蔽效能SE （dB） ： ： ： ： ： ： 一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60B， TEMPEST设备的屏蔽机箱的屏蔽效要达到80dB以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到 100dB。100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。 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 杨继深 年3月

3 实心材料屏蔽效能的计算 SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B B 场强 距离 入射波 吸收损耗A R1 R2
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 实心材料屏蔽效能的计算 入射波 SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B B 场强 电磁波在穿过屏蔽体时发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分为两部分：反射 损耗和吸收损耗。 反射损耗：当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能 量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗。当电磁波穿过一层屏蔽体 时要经过两个界面，因此要发生两次反射。因此，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于 两个界面上的反射损耗的总和。 对于电场波而言：第一个界面的反射损耗较大，第二个界面的反射损耗较小。对于磁场 波而言，情况正好相反，第一个界面的反射损耗较小，第二个界面的反射损耗较大。 吸收损耗：电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损 失，损失的这部分能量称为屏蔽材料的吸收损耗。 多次反射修正因子：电磁波在屏蔽体的第二个界面（穿出屏蔽体的界面）发生反射后， 会再次传输到第一个界面，在第一个界面发射再次反射，而再次到达第二个界面，在这 个截面会有一部分能量穿透界面，泄漏到空间。这部分是额外泄漏的，应该考虑进屏蔽 效能的计算。这就是多次反射修正因子。 源的位置对屏蔽效能计算的影响：如果辐射源在屏蔽机箱的外部（例如，屏蔽是为了机 箱内的电路免受外界干扰的影响），则反射损耗和吸收损耗都对屏蔽效能有贡献。如果 辐射源在屏蔽机箱内部（例如，屏蔽是为了抑制机箱内的电路辐射），则主要是吸收损 耗对屏蔽效能有贡献，因为反射的能量总是在机箱内。 吸收损耗A R1 R2 距离 杨继深 年3月

4 波阻抗的概念  波阻抗 E/H 377 / 2 电场为主 E  1/ r3 H  1 / r2
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 波阻抗的概念  波阻抗 电场为主 E  1/ r3 H  1 / r2 E/H 平面波 E  1/ r H  1/ r 377 在电磁兼容分析中，经常用到波阻抗这个物理量。电磁波中的电场分量与磁场分量的比 值称为波阻抗，定义如下： ZW = E / H 近场和远场：根据观测点到辐射源的距离不同，划分出近场区和远场区两个区域，当距 离小于/时，称为近场区，大于/时称为远场区。 波阻抗的值：近场区中，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特 性等。若辐射源为大电流、低电压（辐射源电路的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻 抗小于377，称为低阻抗波，或磁场波。若辐射源为高电压，小电流（辐射源电路的阻 抗较高），则波阻抗大于377，称为高阻抗波，或电场波。在远场区，波阻抗仅与电场 波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377。 波阻抗的变化：在近场区内，特定电场波的波阻抗随距离而变化。如果是电场波，随着 距离的增加，波阻抗降低，如果是磁场波，随着距离的增加，波阻抗升高。在远场区， 波阻抗保持不变。 注意：近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时 要注意。例如，在考虑机箱的屏蔽时，机箱相对与线路板上的高速时钟信号而言，可能 处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能出于近场区。后面会看到，在 近场区设计屏蔽时，要分别考虑电场屏蔽和磁场屏蔽。 磁场为主 H  1/ r3 E  1/ r2 / 2 到观测点距离 r 杨继深 年3月

5 吸收损耗的计算  剩余电磁波E1 E1 = E0e-t/ A = 3.34 t  f rr dB 0.37E0 入射电磁波E0 t
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 吸收损耗的计算  0.37E0 入射电磁波E0 剩余电磁波E1 E1 = E0e-t/ t 当电磁波在介质中传播时，无论电场还是磁场，它们的幅度都是按照指数规律衰减： E1 = E0e-t/ H1 = H0e-t/ 电磁波衰减为原始强度的1/e或37%时所传播的距离称为趋肤深度。趋肤深度的计算公式 为：  = / ( f r r )1/ mm ， f 的单位为MHz 常用金属的趋肤深度如下（单位为毫米）： 频率 铜 铝 钢 金属 100Hz 1kHz 10kHz 1MHz 10MHz 从吸收损耗的公式可以得出以下结论： 屏蔽材料越厚，吸收损耗越大， 厚度每增加一个趋肤深度，吸收损耗增加约9dB； 屏蔽材料的磁导率越高，吸收损耗越大； 屏蔽材料的电导率越高，吸收损耗越大； 被屏蔽电磁波的频率越高，吸收损耗越大。 A ＝ 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t /  ) dB A ＝ 8.69 ( t /  ) dB A = 3.34 t  f rr dB 杨继深 年3月

6 反射损耗 ZW 4 Zs ZS = 3.68 10-7 f r/r R ＝ 20 lg
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 反射损耗 远场：377 ZW R ＝ 20 lg 近场：取决于源的阻抗 4 Zs ZS = 3.68 10-7 f r/r 同一种材料的阻抗随频率变 反射损耗与电磁波的波阻抗Zw和屏蔽材料的特征阻抗Zs有关。一般表达式为： R = lg ( Zw / 4 Zs ) dB 从式中可以看出，对于特定的屏蔽材料（Zs一定），被屏蔽的电磁波的波阻抗越高，则 反射损耗越大；对于确定的电磁波（Zw 一定），屏蔽材料的阻抗越低，则反射损耗越 大。 屏蔽材料的阻抗计算方法为：  Zs  = 3.68 ×10-7 ( f r /r )1/  f = 入射电磁波的频率（Hz）， r = 相对磁导率，r =相对电导率 在远场：电磁波的波阻抗为377。 在近场：电场波和磁场波的波阻抗是不同的，因此做近场屏蔽时，要分别考虑电场波和 磁场波的情况。由于电场波的波阻抗较高，因此反射损耗较大。磁场波的波阻抗较低， 往往反射损耗较小。 电场波：屏蔽体距离辐射源越近，反射损耗越大。 磁场波：屏蔽体距离辐射源越远，反射损耗越大。 反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。 杨继深 年3月

7 不同电磁波的反射损耗 dB 377 远场: R ＝ 20 lg 4 Zs 4500 电场: R ＝ 20 lg D f Zs 2 D f
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 不同电磁波的反射损耗 377 远场: R ＝ 20 lg 4 Zs 4500 dB 电场: R ＝ 20 lg D f Zs 2 D f 磁场: R ＝ 20 lg 电偶极天线辐射的是电场，磁偶极天线辐射的是磁场。用这两种天线的辐射模型计算出 电磁波的波阻抗，就得到上面的一组公式。 这里假设电场和磁场都是理想的（很纯的），这与实际的情况是不同的。对于电场的计 算，比实际情况反射损耗大。对于磁场的计算，比实际的反射损耗小。 因此，对于电场的计算是不安全的。对于磁场的计算是有富余量的。 Zs Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m） f = 电磁波的频率（MHz） 杨继深 年3月

8 影响反射损耗的因素 R(dB) f 靠近辐射源 150 靠近辐射源 3 108 / 2r
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 影响反射损耗的因素 R(dB) 靠近辐射源 电场r = 1 m r = 30 m 150 平面波 r = 30 m 反射损耗最大的特点是与电磁波的波阻抗有关。对于特定的屏蔽材料，波阻抗越高，反 射损耗越大。对于铜屏蔽材料（其它材料的趋势也大致相同），根据电场源和磁场源的 波阻抗变化规律，可以绘出上图。 电磁波类型的影响：电场波的波阻抗较高，因此具有较大的反射损耗。而磁场波的反射 损耗较小。但当频率升高时，电场波和磁场波的反射损耗趋向于一致，最终汇合在平面 波的反射损耗数值上。 距离的影响：距离电场源越近，则反射损耗越大。这是因为距离电场源越近，电磁波的 波阻抗越高。对于磁场源，则正好相反。因此要获得尽量高的屏蔽效能，如果是电场源， 则屏蔽体应尽量靠近辐射源，如果是磁场，则应尽量远离辐射源。 频率的影响：频率对反射损耗的影响是从两个方面发生，一个是频率升高时，电磁波的 波阻抗发生变化，电场波的波阻抗变低，磁场波的波阻抗变高。另一个影响因素是频率 升高时，屏蔽材料的阻抗发生变化（变大）。综合这两个方面的影响，就得出图示的反 射损耗特性。对于平面波，由于波阻抗一定（377），因此随着频率升高，反射损耗 降低。 注意：屏蔽材料的反射损耗并不是将电磁能量损耗掉，而是将其反射到空间，传播到其 它地方。因此，反射损耗很大并不一定是好事情，反射的电磁波有可能对其它电路造成 影响。特别是当辐射源在屏蔽机箱内时，反射波在机箱内可能会由于机箱的谐振得到增 强，对电路造成干扰。 磁场 r = 1 m 靠近辐射源 0.1k k k k M M M f 3 108 / 2r 杨继深 年3月

9 综合屏蔽效能 (0.5mm铝板) 频率 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 屏蔽效能（dB） 250 电场波 r = 0.5 m
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 综合屏蔽效能 (0.5mm铝板) 屏蔽效能（dB） 250 电场波 r = 0.5 m 高频时 电磁波种类 的影响很小 平面波 150 总的屏蔽效能等于吸收损耗与反射损耗之和。 低频：由于趋肤深度很大，吸收损耗很小，屏蔽效能主要决于反射损耗。而反射损耗与 电磁波的波阻抗关系很大，因此，低频时不同的电磁波的屏蔽效能相差很大。电场波的 屏蔽效能远高于磁场波。 高频：随着频率升高，电场波的反射损耗降低，磁场波的反射损耗增加（见前页图）， 另一方面由于趋肤深度减小，吸收损耗增加，当频率高到一定程度时，吸收损耗已经很 大，屏蔽效能主要由吸收损耗决定。由于屏蔽的吸收损耗与电磁波的种类（波阻抗）无 关，在高频时，不同种类的电磁波的屏蔽效能几乎相同。 电场波种类与屏蔽效能：从图中可以看出，屏蔽的难度按电场波、平面波、磁场波的顺 序依次增加。电场波是最容易屏蔽的，而磁场波是最难屏蔽的。特别是频率较低的磁场 波，很难屏蔽。了解这一点很重要，因为在选购屏蔽材料时，要参考厂家提供的屏蔽数 据，一定要搞清楚数据是在什么条件下获得的。导电薄膜、导电涂覆层等对磁场往往屏 蔽效能很低，厂家给出的屏蔽数据一般是电场波或平面波的。 磁场波 r = 0.5 m 频率 0.1k k k k M M 杨继深 年3月

10 多次反射修正因子的计算 B = 20 lg ( 1 - e -2 t /  )
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 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 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 多次反射修正因子的含义：电磁波每当入射到不同介质的界面时，都会发生反射。因此 屏蔽材料内的电磁波会在金属的两个表面上多次反射。而每次到达界面时，都会泄漏出 一部分能量。这就造成了额外的泄漏。为了在屏蔽效能计算公式中体现这一点，引入多 次反射修正因子。 说明一：对于电场波，由于大部分能量在金属与空气的第一个界面反射，进入金属的能 量已经很小，造成多次反射泄漏时，电磁波在屏蔽材料内已经传输了三个厚度的距离， 其幅度往往已经小可以忽略的程度。 说明二：对于磁场波，在第一个界面上，进入屏蔽材料的磁场强度是入射磁场强度的2 倍，因此多次反射造成的影响是必须考虑的。 说明三：当屏蔽材料的厚度较厚时，形成多次反射泄漏之前，电磁波在屏蔽材料内传输 三个厚度的距离，衰减已经相当大，多次反射泄漏也可以忽略。 杨继深 年3月

11 怎样屏蔽低频磁场？ 低频 吸收损耗小 低频磁场 磁场 反射损耗小 高导电材料 高导电材料 高导磁材料
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 怎样屏蔽低频磁场？ 低频 吸收损耗小 低频磁场 磁场 反射损耗小 高导电材料 高导电材料 如前所述：低频磁场是最难屏蔽的一种电磁波。这是由于其自身特性所决定的，首先， “低频”意味着趋肤深度很深，这决定了吸收损耗很小；“磁场”意味着电场波的波阻 抗很低，这决定了反射损耗也很小。由于屏蔽材料的屏蔽效能是由吸收损耗和反射损耗 两部分构成的，当这两部分都很小时，总的屏蔽效能也很低。另外，对于磁场，多次反 射造成的泄漏也是不能忽略的。 改善低频磁场屏蔽效能的方法：使用导磁率较高的材料，以增加吸收损耗。但是，导磁 率高的材料通常导电性不是很好，这会降低反射损耗。对于磁场而言，反射损耗已经很 小，主要是靠吸收损耗，吸收损耗的增加往往比反射损耗的减小幅度大，因此还是能够 改善屏蔽效能的。但需要注意的是，对于电场，由于反射损耗是主要的，当将屏蔽材料 换成导磁率高的材料是，损失的反射损耗要大于获得的吸收损耗，使屏蔽效能降低。 改进的方法：为了能同时对电场和磁场有效的屏蔽，希望既能增加吸收损耗，又不损失 反射损耗，可以在高导磁率材料的表面增加一层高导电率材料，增加电场波在屏蔽材料 与空气界面上的反射损耗。 其它：从吸收损耗的计算公式中可以看出，增加屏蔽材料的厚度同样可以增加吸收损耗， 但这受到重量和体积的限制；另外，增加屏蔽材料与辐射源之间的距离可以增加反射损 耗，但这也受到空间的限制。 高导磁材料 杨继深 年3月

12 高导磁率材料的磁旁路效果 SE = 1 + R0/RS H0 Rs H1 R0 R0 Rs H0 H1
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 高导磁率材料的磁旁路效果 H0 R0 Rs H1 对于频率极低（如直流或50Hz）的磁场，用高导磁率材料做屏蔽时，除了吸收损耗以外， 其磁旁路作用也是十分重要的：高导磁率材料构成的屏蔽体为磁场提供了一条低磁阻的通 路，使磁场绕过敏感器件。 旁路作用的计算： 用电路模型来等效磁路：画一个并联电路图，图中并联的两个电阻分别代表屏蔽材料的磁 阻和屏蔽体中空气的磁阻。用计算并联电路的方法可以如下关系式： H1 = H0 RS / （RS + R0） 式中： H1 = 屏蔽体中心处的磁场强度，H0 = 屏蔽体外部的磁场强度， RS = 屏蔽体的磁阻，R0 = 空气的磁阻 根据屏蔽效能的定义： 屏蔽效能 = H0 / H1 =（RS + R0）/ RS = 1 + R0 / RS 磁阻的计算： R = S /（ A ） 式中： S = 屏蔽体中磁路的长度， A = 屏蔽体中穿过磁力线的截面面积， =  0  r 。 结论： 屏蔽体的磁阻越小，屏蔽效能越高。为了减小屏蔽体的磁阻，应该： 使屏蔽体尽量小，这样可以使磁路尽量短，从而达到减小磁阻的目的 增加磁路的截面积 使用导磁率尽量高的材料 Rs SE = 1 + R0/RS H0 H1 R0 杨继深 年3月

13 磁屏蔽材料的频率特性 0.01 0.1 1.0 10 100 kHz r 103 坡莫合金 15 金属 10 镍钢 5 冷轧钢 1
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 磁屏蔽材料的频率特性 r 103 坡莫合金 15 金属 10 镍钢 5 磁屏蔽材料手册上给出的导磁率数据大多是直流情况下的，随着频率增加，导磁率会下 降，一般直流磁导率越高，其随着频率下降越快。在100kHz时，金属的磁导率还不如 冷轧钢高，高导磁率材料通常应用在10kHz以下。超过100kHz时，冷轧钢的导磁率也开 始下降。 高导磁率材料的这种特性是应用中必须注意的。 钢的相对磁导率 频率（MHz） r 冷轧钢 1 kHz 杨继深 年3月

14 磁导率随场强的变化 磁通密度 B 饱和  = B / H 最大磁导率 起始磁导率 磁场强度 H
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 磁导率随场强的变化 磁通密度 B 饱和  = B / H 最大磁导率 磁屏蔽材料的效能还与外加磁场H的强弱有关。 如图所示：静磁导率 = B/ H，在场强适中的部分，磁导率最高，这时屏蔽效能最高。 在场强大或小时，磁导率都较低。大场强时，磁导率降低是由于饱和，这与材料的种类 和厚度有关。当场强超过饱和点时，磁导率迅速下降。一般磁导率越高的材料，越容易 饱和。大多数手册上给出的磁导率是最大磁导率，这很容易引起误解。材料的磁导率越 高，也越容易饱和。 屏蔽强磁场时的问题：当要屏蔽的磁场很强时，存在一对矛盾，即为了获得较高的屏蔽 性能，需要使用导磁率较高的材料，但这种材料容易饱和。如果用比较不容易饱和的材 料，往往由于 =较低，屏蔽性能又达不到要求。 解决方法：采用双层屏蔽可以解决这个问题。先用导磁率较低，但不容易饱和的材料将 磁场强度衰减到较低的程度，然后用高导磁率材料提供足够的屏蔽。多层屏蔽的屏蔽效 能要比单层屏蔽（即使没有饱和）的屏蔽效能高，因为多了两层反射界面。 加工的影响：对高导磁率材料进行机械加工， 如焊接、折弯、打孔、剪切、敲打等， 都会降低高导磁率材料的磁导率。工件受到机械冲击也会降低磁导率。从而影响屏蔽体 的屏蔽效能。 解决方法：按照材料生产厂商的要求进行热处理。 起始磁导率 磁场强度 H 杨继深 年3月

15 强磁场的屏蔽 高导磁率材料：饱和 低导磁率材料：屏效不够 高导磁率材料 低导磁率材料
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 强磁场的屏蔽 高导磁率材料：饱和 低导磁率材料：屏效不够 对强磁场屏蔽遇到一个矛盾，这就是从屏蔽效能考虑，希望材料的磁导率越高越好，但 是磁导率高的材料在强磁场的作用下容易发生饱和。 解决这个矛盾的方法是，采用双层屏蔽，先用不容易发生饱和的磁导率较低的材料将磁 场衰减到一定程度，然后用高导磁率材料将磁场衰减到满足要求。 高导磁率材料 低导磁率材料 杨继深 年3月

16 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 加工的影响 100 跌落前 80 60 跌落后 高导磁率材料的一个共性就是在机械加工后磁导率会降低，从而导致屏蔽效能降低。因 此，磁屏蔽部件加工完成后，一定要进行热处理，恢复磁性。 另外，这些部件在运输过程中也要特别小心，防止机械冲击导致磁导率下降。 40 20 k k 杨继深 年3月

17 良好电磁屏蔽的关键因素 没有穿过屏 屏蔽体 蔽体的导体 导电连续 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：
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 良好电磁屏蔽的关键因素 没有穿过屏 蔽体的导体 屏蔽体 导电连续 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 一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在实际中， 常见的情况是金属做成的屏蔽体并没有这么高的屏蔽效能，甚至几乎没有屏蔽效能。这 是什么原因呢？ 接地并不解决问题：大部分设计人员不了解电磁屏蔽的基本原理，往往将静电屏蔽的 原理应用到电磁屏蔽上。在静电中，只要将屏蔽体接地，就能够有效地屏蔽静电场。而 电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关，这是设计人员必须明确的。 保持屏蔽体的导电连续性才是关键：电磁屏蔽的关键是保证屏蔽体的导电连续性，即整 个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。这一点在实现起来十分困难。因为一个完 全封闭的屏蔽体是没有任何实用价值的。一个实用的机箱上会有很多孔缝造成屏蔽：通 风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分结合的缝隙等。屏蔽设计的主要内容 就是如何妥善处理这些孔缝，同时不会影响机箱的其它性能（美观、可维性、可靠性）。 穿过屏蔽体的导体危害最大：实际机箱屏蔽效能低的另一个主要原因是穿过屏蔽机箱的 导体。机箱上总是会有电缆穿出（入），至少会有一条电源电缆。这些电缆会极大的危 害屏蔽体，使屏蔽体的屏蔽效能降低数十dB。妥善处理这些电缆是屏蔽设计中的重要 内容之一。（穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大） 屏蔽效能高的屏蔽体 杨继深 年3月

18 实际屏蔽体的问题 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 通风口 键盘
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 实际屏蔽体的问题 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 通风口 一个实际的电磁屏蔽体上有许多导致导电不连续的因素，如通风口、显示窗口、操作器 件、不同部分的结合处、穿出屏蔽体的各种电缆等。正是这些因素的存在，使实际的屏 蔽体的屏蔽效能很难达到预期的程度。也正是这些因素使屏蔽体的设计成为一个较难的 问题。 在进行电磁屏蔽设计时，要妥善解决这些开口/和贯通导体造成的屏蔽性能下降问题。 显示窗 键盘 调节旋钮 指示灯 电缆插座 杨继深 年3月

19  远场区孔洞的屏蔽效能 H L SE = 100 – 20lgL – 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H))
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 远场区孔洞的屏蔽效能  H L L 当电磁波入射到一个缝隙孔洞时，其作用相当于一个偶极天线，当缝隙的长度达到/2 时，其辐射效率最高（与缝隙的宽度无关），也就是说，它可以将激励缝隙的全部能量 辐射出去。 对于一个厚度为0材料上的缝隙，近似计算公式如图所示，式中各量如下： L = 缝隙的长度（mm），H = 缝隙的宽度（mm），f = 入射电磁波的频率（MHz）。 这个公式是远场区中，最坏情况下（造成最大泄漏的极化方向）的屏蔽效能（实际情况 下屏蔽效能可能会更大一些）。 例：一个机箱上有显示窗口60×20mm，面板与机箱之间的缝隙300×0.3mm，计算远场 的屏蔽效能。 解： SE显示窗口 = 100 – 20 lg 60 – 20 lg f + 20lg（ lg (60 / 20) ) = lg f + 6 = lg f = 0 dB 在 f = 2500MHz时( L =  / 2 )， SE缝隙 = 100 – 20 lg 300 – 20 lg f + 20lg（ lg (300 / 0.3) ) = lg f + 18 = lg f = 0 dB 在 f = 500MHz时( L =  / 2 ) ， SE = 100 – 20lgL – 20lg f + 20lg（ lg(L/H)) = 0 dB 若 L   / 2 杨继深 年3月

20 孔洞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
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 孔洞在近场区的屏蔽效能 若ZC  （7.9/Df）：（说明是电场源） SE = lg ZC – 20lg L f + 20lg ( lg (L/H) ) 若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源） SE = 20lg ( D/L) + 20lg ( lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！） 在近场区，孔洞的泄漏还与辐射源的特性有关。当辐射源是电场源时，孔洞的泄漏 比远场时小（屏蔽效能高），而当辐射源是磁场源时，孔洞的泄漏比远场时要大 （屏蔽效能低）。 孔洞的电磁泄漏可以用上面两个公式来近似计算，公式中： ZC = 辐射源电路的阻抗（）， D = 孔洞到辐射源的距离（m）， L、H = 孔洞长、宽（mm）， f = 电磁波的频率（MHz） 说明： 在第二个公式中，屏蔽效能与电磁波的频率没有关系。 大多数情况下，电路满足第一个公式的条件，这时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能。 第二个条件中，假设辐射源是纯磁场源，因此可以认为是一种在最坏条件下，对屏蔽效能的保守计算。 对于磁场源，屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关，距离越近，则泄漏越大。这点在设计时一定要注意，磁场辐射源一定要尽量远离孔洞。 多个孔洞的情况： 当N个尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距离小于/2）时，造成的屏蔽效能下降为20lgN。在不同面上的孔洞不会增加泄漏，因为其辐射方向不同，这个特点可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强。 杨继深 年3月

21 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 缝隙的泄漏 一般情况下，屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触，只能在某些点接触上，这 构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程 中，常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小，则电磁泄漏越小，屏 蔽效能越高。 缝隙处的阻抗： 缝隙的阻抗可以用电阻和电容并联来等效。低频时，电阻分量起主要作用；高频时，电 容分量起主要作用。由于电容的容抗随着频率的升高降低，因此如果缝隙是主要泄漏源， 则屏蔽机箱的屏蔽效能经常随着频率的升高而增加。 影响电阻成分的因素： 影响缝隙上电阻成分的因素主要有：接触面积（接触点数）、接触面的材料（一般较软 的材料接触电阻较小）、接触面的清洁程度、接触面上的压力（压力要足以使接触点穿 透金属表层氧化层）、氧化腐蚀等。 影响电容成分的因素： 根据电容器的原理，很容易知道：两个表面之间的距离越近，相对的面积越大，则电容 越大。 低频起主要作用 高频起主要作用 杨继深 年3月

22 缝隙的处理 电磁密封衬垫 缝隙 减小缝隙电磁泄漏的基本思路：减小缝隙的阻抗（增加导电接触点、加大两块金属板之 间的重叠面积、减小缝隙的宽度）
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 缝隙的处理 电磁密封衬垫 减小缝隙电磁泄漏的基本思路：减小缝隙的阻抗（增加导电接触点、加大两块金属板之 间的重叠面积、减小缝隙的宽度） 方法一：使用机械加工的手段（如用铣床加工接触表面）来增加接触面的平整度。 缺点：加工成本高。 方法二：增加紧固件（螺钉、铆钉）的密度， 缺点：仅适合永久性结合的场合。活动面板（如维修面板、屏蔽门等）处使用过多螺钉会减低设备可维修性，在屏蔽门上使用过多的紧固机构会增加门的复杂程度和成本。另外，在一些干扰频率较高或对屏蔽的要求很严格的场合，方法一、二中在缝隙上遗留的微小孔洞仍会影响机箱的屏蔽效能。 方法三：使用电磁密封衬垫， 原理：电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料。如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫，那么，对于电磁波而言，就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样，不会发生电磁波的泄漏。 缺点：增加额外的成本，但购买电磁密封衬垫的费用往往可以从产品的加工费用（使用密封垫后，对加工的精度要求往往降低），性能（可维性、外观等）等方面得到补偿。 电磁密封衬垫的灵活应用： 除非对屏蔽的要求非常高的场合，否则并不需要在缝隙处连续使用电磁密封衬垫。在实践中，可以根据对屏蔽效能的要求间隔地安装衬垫，每段衬垫之间形成的小孔洞泄漏可以用前面的介绍的公式计算。在样机上精心地调整衬垫间隔，使既能满足屏蔽的要求，又使成本最低。对于民用产品，衬垫之间的间隔可以为/20 ~ /100 之间。军用产品则一般要连续安装。 缝隙 杨继深 年3月

23 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)
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 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 / 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。 杨继深 年3月

24 任何导电的弹性材料都可以做为电磁密封衬垫用。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 / 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。

25 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。

26 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）
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 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几个指标是： 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，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。 杨继深 年3月

27 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。

28 4)压缩永久形变：有些衬垫在外力消除后，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。

29 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 电磁密封衬垫的安装方法 绝缘漆 环境密封 电磁密封衬垫的使用方法有正面压缩和滑动压缩两种。结构允许时，尽量使用正面压缩方式，这样可以使用价格较低的衬垫。安装电磁密封衬垫时有以下几点要注意： 尽量采用槽安装：槽的作用是固定衬垫和限制过量压缩。使用槽安装方式时，屏蔽体的两部分在之间接触不仅通过衬垫实现完全接触，而且还有金属之间的直接接触，因此，具有最高的屏蔽效能。 槽的形状和尺寸：安装槽的形状有直槽和燕尾槽两种，直槽加工简单，但衬垫容易掉出。燕尾槽则没有这个问题。槽的高度一般为衬垫高度的75%左右（具体尺寸参考衬垫厂家要求的压缩量），宽度要保证有足够的空间允许衬垫受到压缩时伸展。 法兰安装：将衬垫直接安装在法兰面之间是一种非常简单的安装方法。但是要注意设置压缩限位机构，是在安装时不会发生过量压缩导致衬垫永久性损坏。 衬垫的固定：将衬垫安装在直槽内时，衬垫需要固定。一般设计资料上建议用导电胶粘接，但这样有两个缺点：一个是会增加成本，另一个是导电胶会发生老化而导致屏蔽效能下降。这里建议用非导电胶，在紧固螺钉穿过的地方滴一小滴。这样，粘胶的地方虽然不导电，但是金属螺钉起到了导电接触的作用。并且屏蔽效能比较稳定。 防止电化学腐蚀的方法：在接触外部环境的一侧用非导电物质密封，防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上。 滑动接触：只有指形簧片才允许滑动接触。安装簧片时，要注意簧片的方向，使受到压缩力时，能够自由伸展。一般情况下，簧片可以靠背胶粘接，但要注意固化时间（参考簧片厂家说明）。较恶劣的环境下（温度过高或过低，机械力过大等），可用卡装结构。 螺钉的位置：一般情况下，螺钉安装在衬垫内侧或外侧并不是十分重要，但是在屏蔽要求很高的场合，螺钉要安装在衬垫的外侧，防止螺钉穿透屏蔽箱，造成额外的泄漏。 紧固螺钉的间距：间距要适当（与法兰的厚度有关），防止盖板在衬垫的弹力作用下发生变形，产生更大的缝隙。法兰尽量厚些，防止变形。 杨继深 年3月

30 截止波导管 损耗 截止频率 截止区 fc 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。
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 截止波导管 损耗 截止频率 截止区 金属管对于电磁波，具有高频容易通过、低频衰减较大的特性。这与电路中的高通滤波 器十分相象。与滤波器类似，波导管的频率特性也可以用截止频率来描述，常用的波导 管有矩形、圆形、六角形等，它们的截止频率如下： 矩形波导管的截止频率： fc = 15  109 / l 式中：l是矩形截止波导管的开口最大尺寸，单位是cm ， fc的单位Hz 。 圆形波导管的截止频率： fc = 17.6  109 / d 式中：d是圆形截止波导管的内直径，单位是cm， fc的单位Hz 。 六角形波导管的截止频率： fc = 15  109 / W 式中：W是六角形截止波导管的开口最大尺寸，单位是cm， fc的单位Hz 。 截止波导管：如果选择适当的开口尺寸，使波导管相对于所感兴趣的频率处于截止区， 这个波导管就称为截止波导管。截止波导管对低于截止频率以下的电磁波衰减很大。利 用这个特性就可以实现电磁屏蔽和保持物理连通的双重作用。 fc 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。 杨继深 年3月

31 + = 截止波导管的屏效 32 t / d 27.2 t / l 吸收损耗 圆形截止波导： 反射损耗： 矩形截止波导： 远场区计算公式
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 截止波导管的屏效 吸收损耗 圆形截止波导： 32 t / d 矩形截止波导： 27.2 t / l 反射损耗： 远场区计算公式 近场区计算公式 截止波导管 屏蔽效能 = + 截止波导管的吸收损耗：当电磁波穿过截止波导管时，会发生衰减，这种衰减称为截止 波导管的吸收损耗。截止波导管的吸收损耗计算公式如下： SE =1.8  fc  t  10-9 ( 1 - ( f / fc ) 2 )1/ (dB) 式中：t是截止波导管的长度，单位cm。 f 是 所讨论的频率（Hz）， fc 是截止波导管 的截止频率（Hz）。 如果所讨论的频率 f 远低于波导管的截止频率 ( f < fc/5 ) ，则公式化简为： SE =1.8  fc  L  (dB) 将截止波导管的截止频率 fc 的计算公式代入，得到： 圆形截止波导管的吸收损耗 = 32 t /d (dB) 矩形（六角形）截止波导管的吸收损耗 = 27 t / l (dB) 从公式中可以看出，当干扰的频率远低于波导管的截止频率时，若波导管的长度增加一 个截面最大尺寸，则损耗增加将近30分贝。 截止波导管的屏蔽效能：截止波导管的屏蔽效能由吸收损耗部分加上前面所讨论的孔洞 的屏蔽效能（反射损耗）两部分构成。 使用截止波导管中需要注意的问题： 绝对 不能使导体穿过截止波导管，否则会造成严重的电磁泄漏，这是一个常见的错误 一定要确保波导管相对于要屏蔽的频率处于截止状态。 孔洞计算屏蔽效能公式 杨继深 年3月

32 截止波导管的设计步骤 孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 由SE 确定截止波导管的长度 确定截止波导管的截面形状 确定要屏蔽的最高的频率 f
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 截止波导管的设计步骤 孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 由SE 确定截止波导管的长度 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 5f 当在屏蔽体上需要开孔，而孔洞的存在又会导致其电磁屏蔽效能不能满足屏蔽要求时， 就可以考虑使用截止波导管，利用截止波导管的深度提供的额外的损耗增加屏蔽效能。 设计截止波导管的步骤如图所示。 使用截止波导管的关键是确保波导管工作在截止区，因此首先要根据干扰的最高频率来 确定截止波导管的截止频率。截止频率要是最高干扰频率的5倍以上。 确定了截止频率fc以后，就可以用前面给出的圆形波导或矩形波导的截止频率计算公式 来计算截止波导管的截面尺寸了。 截面的最大尺寸确定后，可以根据所要求的屏蔽效能，用上页给出的截止波导管屏蔽效 能公式来计算波导管的长度。 说明： 在屏蔽体上，不同部分的结合处形成的缝隙会导致电磁泄漏。因此，在结构设计中，可 以通过增加不同部分的重叠宽度来形成一系列“截止波导”，减小缝隙的电磁泄漏。这 时，截止波导的截面最大尺寸可以用螺钉之间的间距，截止波导的长度用重叠的宽度， 截止波导的截止频率由螺钉之间的间距计算确定。当间距较大时，波导管的截止频率较 低，可能对大部分干扰起不到衰减的作用。 杨继深 年3月

33 显示窗/器件的处理 隔离舱 滤波器 屏蔽窗 滤波器
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 显示窗/器件的处理 滤波器 屏蔽窗 隔离舱 很小的发光器件，如发光二极管，只需要在面板上开很小的小孔，一般不会造成什么问 题。如果有问题，可以在小孔上栽一只截止波导管，用一个导光柱，也可以使用两个馈 通式滤波器，将发光器件直接安装在屏蔽箱外。对于面积较大的发光器件，如液晶显示 板，可以采用以下两种方法。 两种方法：显示窗可以采用两种方法来防止电磁泄漏。一种是在显示窗前面使用透明屏 蔽材料，另一种是用隔离舱将显示器件与设备的其它电路隔离开，使内部电路辐射的能 量不会穿出机箱，外部的干扰不会侵入到内部电路。 透明屏蔽材料：有两种，一种是金属网夹在两层玻璃之间构成的，另一种是在玻璃或透 明塑料膜上镀上一层很薄的导电层构成的。前一种材料的优点是屏蔽效能较高，缺点是 由于莫尔条纹造成的视觉不适。后一种材料则正好相反。 两种方法的特点和适用场合：透明屏蔽材料屏蔽的方法最大的优点是简单，缺点是视觉 效果差、设备内部有磁场辐射源或磁场敏感电路时不适合（透明屏蔽材料对磁场的屏蔽 效能很低甚至没有），成本较高；适合于显示器件本身产生辐射或对外界干扰敏感的场 合。隔离舱的方法最大优点是显示器件的视觉效果几乎不受影响、对磁场有较高的屏蔽 效能，缺点是如果显示器件本身产生电磁辐射或对外界干扰敏感，则没有效果；适合于 显示器件本身不产生干扰或对外界电磁干扰敏感的场合。如果显示器件会产生辐射，并 且机箱内有磁场辐射源，可以将两个方法结合起来。 透明屏蔽材料安装注意事项：首先，透明屏蔽材料与屏蔽体基体之间必须实现良好搭接， 减小缝隙的泄漏。使用导电涂覆层屏蔽材料时，导电层不能直接暴露在外面，防止擦伤。 使用金属丝网夹层的屏蔽材料时，如果出现条纹导致视觉不适，可以将金属网旋转一定 角度（10 ~ 30°），会有所改善。 隔离舱安装注意事项：隔离舱与屏蔽体基体之间使用性能良好的电磁密封衬垫，导线经 过馈通式低通滤波器穿出。（有关滤波器选择和安装的事项见“干扰滤波”一章） 滤波器 杨继深 年3月

34 操作器件的处理 屏蔽体上栽上截止波导管 用隔离舱将操作器件隔离出 屏蔽体上开小孔
实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 操作器件的处理 两种方法：一种方法是在面板上直接开口，与常规方式一样安装操作器件，另一种方法 是设置隔离舱，将设备中的主电路与操作器件（设备外部）隔离开。 两种方法的比较：直接安装的方法最大优点是简单，但会导致一定程度的电磁泄漏，这 有两个原因，一个是开口的尺寸较大，导致机箱内电路产生的高频信号泄漏；另一个原 因是由于操作器件距离小孔很近，有些甚至伸出小孔，操作器件上携带的电磁干扰从小 孔泄漏。因此，直接安装的方法仅适合对屏蔽效能要求较低，或者需要孔洞尺寸较小的 场合。隔离舱安装的方法可以避免这些缺点。但是需要增加成本，包括隔离舱的成本、 电磁密封衬垫的成本、滤波器的成本。 直接安装法的改进：如果直接将操作器件安装在面板上会导致超标的泄漏，可以用一个 调节杆间接地对操作器件进行控制。这样，一来可以减小开口的尺寸，二来可以是操作 器件远离开口，减小开口的泄漏。如果开一个小口还是不能满足屏蔽的要求，可以在开 口上安装一个截止波导管。无论用那种方法，都要注意，穿过小孔或截止波导管的杆不 能是金属杆。 金属杆的处理：如果使用了金属杆穿过小孔或波导管（没有可能换成非金属杆），可用 铍铜簧片将金属杆的一周与屏蔽体搭接起来。 隔离舱：这种方法与显示器件的隔离舱处理方法相似。使用上的注意事项也是相同的。 这种方法同样要求操作器件本身必须是无辐射或不敏感的。 屏蔽体上栽上截止波导管 用隔离舱将操作器件隔离出 屏蔽体上开小孔 杨继深 年3月

35 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 通风口的处理 孔阵金属板：如前所述，孔洞的电磁泄漏与孔洞的最大尺寸有关，因此在屏蔽机箱的通 风孔设计上，，往往采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的孔阵代替一个大孔。 这样做的好处有以下几个： 提高孔的截止频率，提高了单个孔的屏蔽效能； 增加辐射源到孔的相对距离（与孔的尺寸相比），减小孔的泄漏（孔的泄漏与辐射源到孔的距离有关）； 如果穿孔板有一定的厚度，可以增加截止波导的衰减作用。 当屏蔽体的屏蔽效能要求不高，并且对通风量的要求不高时，可以采用 穿孔金属板，穿 孔金属板的优点是成本低。但屏蔽效能与通风量之间的矛盾突出。 金属网：在通风孔上安装一块金属网，金属网与屏蔽体之间要可靠的搭接，防止缝隙泄 漏。金属网的经线和纬线之间要可靠搭接，否则屏蔽效能很低。 截止波导板：如果对屏蔽效能和通风量的要求都较高，可以使用截止波导通风板。这种 通风板由许多六角形截止波导管构成，由于截止波导管的屏蔽效能较高，并且每个波导 管的壁厚很薄，因此这种通风板兼有良好的通风特性和电磁屏蔽特性。使用截止波导板 时，同样要注意与机箱基体之间的搭接，一般使用焊接或电磁密封衬垫连接。 截止波导板的种类：截止波导通风板有铝箔和钢板两种。铝箔截止波导板是在铝箔蜂窝 板上进行导电涂覆（化学镀）制成的，使用中不要使其受力过大，而造成断裂。钢板截 止波导板是由成型的薄钢板焊接而成的，具有更高的屏蔽效能和强度。 注意事项：没有经过导电涂覆的铝箔蜂窝板绝对不能用。 截止波导通风板 穿孔金属板 杨继深 年3月

36 实践电磁兼容 - 第三章 电磁屏蔽 贯通导体的处理 穿过屏蔽体的导体对屏蔽体的破坏是十分严重的。许多没有屏蔽设计经验的设计人员将 导线直接穿出屏蔽体。（有些稍微懂得屏蔽的人将电缆通过金属管穿出屏蔽机箱，试图 通过截止波导管防止泄漏） 穿出屏蔽体的电缆的两种处理方法：对于穿过屏蔽体的电缆必须采用下面两种方法进 行处理，一是将导线屏蔽起来，这相当于将屏蔽体延伸到导线端部。另一种措施是对导 线进行滤波处理，滤除导线上的高频成份。 屏蔽处理：后面将看到，防止射频干扰的电缆屏蔽对屏蔽层的端接要求是十分严格的， 有些场合，例如另一端没有屏蔽的场合，屏蔽几乎没有什么作用。一般仅当滤波无法实 施时才使用屏蔽的方法。 屏蔽：在电缆端口上安装低通滤波器，可以有效的滤除电缆上的干扰，保持屏蔽体的完 整性。但是，前提是电缆上传输的信号频率与要防护的 干扰频率相差较远。 采用滤波 的方法时，滤波器的截止频率十分重要，不能影响正常信号的传输。同时滤波器的安装 方法对效果的影响很大，在后面要专门讨论。 杨继深 年3月