电磁屏蔽技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Nokia Internal Use Only,第四章 电磁屏蔽技术,屏蔽材料的选择,实际屏蔽体的设计,电磁屏蔽,屏蔽前的场强,E,1,屏蔽后的场强,E,2,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(,E,1,/,E,2,)dB,实心材料屏蔽效能的计算,入射波,场强,距离,吸收损耗,A,R1,R2,SE,R1,R2,A,B,R,A,B,B,波阻抗的概念,波阻抗,电场为主,E,1/r,3,H 1/r,2,磁场为主,H,1/r,3,E 1/r,2,平面波,E,1/r H 1/r,377,/2,到观测点距离,r,E/H,吸收损耗的计算,t,入射电磁波,E,0,剩余电磁波,E,1,E,1,=E,0,e,-t/,A,20 lg(E0/E1)=20 lg(e,t/,)dB,0.37E,0,A,8.69(t/,)dB,A=3.34 t,f,r,r,dB,反射损耗,R,20 lg,Z,W,4 Zs,反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。,Z,S,=3.68,10,-7,f ,r,/,r,远场：,377,近场：取决于源的阻抗,同一种材料的阻抗随频率变,不同电磁波的反射损耗,远场,:R,20 lg,377,4 Zs,4500,Zs=,屏蔽体阻抗，,D=,屏蔽体到源的距离（,m,）,f=,电磁波的频率（,MHz,）,2 D f,D f Zs,Zs,电场,:R,20 lg,磁场,:R,20 lg,dB,影响反射损耗的因素,150,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M,平面波,3,10,8,/2,r,f,R(dB),r=30 m,电场,r=1 m,靠近辐射源,r=30 m,磁场,r=1 m,靠近辐射源,综合屏蔽效能,(0.5mm,铝板,),150,250,平面波,0,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M,高频时,电磁波种类,的影响很小,电场波,r=0.5 m,磁场波,r=0.5 m,屏蔽效能（,dB,）,频率,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,怎样屏蔽低频磁场？,低频磁场,低频,磁场,吸收损耗小,反射损耗小,高导电材料,高导磁材料,高导电材料,高导磁率材料的磁旁路效果,H,0,H,1,H,0,R,s,R,0,H,1,R,0,Rs,SE=1+R,0,/R,S,磁屏蔽材料的频率特性,1,5,10,15,坡莫合金,金属,镍钢,冷轧钢,0.01 0.1 1.0 10 100 kHz,r,1,0,3,磁导率随场强的变化,磁通密度,B,磁场强度,H,饱和,起始磁导率,最大磁导率,=B/H,强磁场的屏蔽,高导磁率材料：饱和,低导磁率材料：屏效不够,低导磁率材料,高导磁率材料,加工的影响,20,40,60,80,100,10 100 1k 10k,跌落前,跌落后,良好电磁屏蔽的关键因素,屏蔽体,导电连续,没有穿过屏,蔽体的导体,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：,与屏蔽体接地与否无关,实际屏蔽体的问题,通风口,显示窗,键盘,指示灯,电缆插座,调节旋钮,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,远场区孔洞的屏蔽效能,L,L,SE=100 20lgL 20lg f+20lg,（,1+2.3lg(L/H),=0 dB,若,L,/2,H,孔洞在近场区的屏蔽效能,若,Z,C,（,7.9/Df,）：（说明是电场源）,SE=48+20lg Z,C,20lg L f,+20lg(1+2.3lg(L/H),若,Z,C,（,7.9/Df,）：（说明是磁场源）,SE=20lg(D/L)+20lg(1+2.3lg(L/H),（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）,缝隙的泄漏,低频起主要作用,高频起主要作用,缝隙的处理,电磁密封衬垫,缝隙,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。,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。,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。,电磁密封衬垫的安装方法,绝缘漆,环境密封,截止波导管,损耗,频率,fc,截止频率,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。,截止区,截止波导管的屏效,截止波导管,屏蔽效能,=,反射损耗：,远场区计算公式,近场区计算公式,+,吸收损耗,圆形截止波导：,32 t/d,矩形截止波导：,27.2 t/l,孔洞计算屏蔽效能公式,截止波导管的设计步骤,孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求,SE,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,由,SE,确定截止波导管的长度,5f,显示窗,/,器件的处理,隔离舱,滤波器,屏蔽窗,滤波器,操作器件的处理,屏蔽体上开小孔,屏蔽体上栽上截止波导管,用隔离舱将操作器件隔离出,通风口的处理,穿孔金属板,截止波导通风板,贯通导体的处理,