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[EMC基础]电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一

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0楼发表于: 2009-03-06 09:06:14

— 本帖被 stoney 从 EMC(电磁兼容)交流移动到本区(2010-10-18) —

    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.
1 选择屏蔽材料
    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E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度.用于电磁兼容目的的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屏蔽效能,这时屏蔽效能的定义公式为:
SE = 20 lg ( E1/ E2 )   (dB)
用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能,而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体.要确定使用什么材料制造屏蔽体,需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关.工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为:
SE = A + R         (dB)
式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗,是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的,计算公式为:
A=3.34t(fμrσr)   (dB)
t = 材料的厚度,μr = 材料的磁导率,σr = 材料的电导率,对于特定的材料,这些都是已知的.f = 被屏蔽电磁波的频率.
式中的R称为屏蔽材料的反射损耗,是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的,计算公式为:
R=20lg(ZW/ZS)    (dB)
式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗.
    电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H.在距离辐射源较近(<λ/2π,称为近场区)时,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.关于近场区内波阻抗的具体计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以参考有关电磁场方面的参考书.当距离辐射源较远(>λ/2π,称为远场区)时,波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377Ω.
屏蔽材料的阻抗计算方法为:
|ZS|=3.68×10-7(fμr/σr) (Ω)
f=入射电磁波的频率(Hz),μr=相对磁导率,σr=相对电导率
从上面几个公式,就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了,为了方便设计,下面给出一些定性的结论.
● 在近场区设计屏蔽时,要分别考虑电场波和磁场波的情况;
● 屏蔽电场波时,使用导电性好的材料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的材料;
● 同一种屏蔽材料,对于不同的电磁波,屏蔽效能使不同的,对电场波的屏蔽效能最高,对磁场波的屏蔽效能最低,也就是说,电场波最容易屏蔽,磁场波最难屏蔽;
● 一般情况下,材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高;
● 屏蔽电场波时,屏蔽体尽量靠近辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽量远离磁场源;
有一种情况需要特别注意,这就是1kHz以下的磁场波.这种磁场波一般由大电流辐射源产生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等.对于这种频率很低的磁场,只能采用高导磁率的材料进行屏蔽,常用的材料是含镍80%左右的坡莫合金.
     2 孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策
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.这是因为许多设计人员没有了解电磁屏蔽的关键.
首先,需要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系.这与静电场的屏蔽不同,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,这是必须明确的.
电磁屏蔽的关键点有两个,一个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.另一点是不能有穿过机箱的导体.对于一个实际的机箱,这两点实现起来都非常困难.
首先,一个实用的机箱上会有很多孔洞和孔缝: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他性能(美观、可维性、可靠性).
其次,机箱上总是会有电缆穿出(入),至少会有一条电源电缆.这些电缆会极大地危害屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝.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).
当电磁波入射到一个孔洞时,其作用相当于一个偶极天线(图1),当孔洞的长度达到λ/2时,其辐射效率最高(与孔洞的宽度无关),也就是说,它可以将激励孔洞的全部能量辐射出去.
对于一个厚度为0材料上的孔洞,在远场区中,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)计算公式为:
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)]   (dB)
若 L ≥λ/2,SE = 0                 (dB)
式中各量:L = 缝隙的长度(mm),H = 缝隙的宽度(mm),f = 入射电磁波的频率(MHz).
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).近场区,孔洞的电磁屏蔽计算公式为:
若ZC >(7.9/D•f):
SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL•f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<(7.9/D•f):
SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中:Zc=辐射源电路的阻抗(Ω),
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λ/2)时,造成的屏蔽效能下降为20lgN1/2.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.
除了使孔洞的尺寸远小于电磁波的波长,用辐射源尽量远离孔洞等方法减小孔洞泄漏以外,增加孔洞的深度也可以减小孔洞的泄漏,这就是截止波导的原理.
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.减小缝隙泄漏的方法有:
● 增加导电接触点、减小缝隙的宽度,例如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,增加紧固件(螺钉、铆钉)的密度;
● 加大两块金属板之间的重叠面积;
● 使用电磁密封衬垫,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.
3 穿过屏蔽体的导体的处理
造成屏蔽体失效的另一个主要原因是穿过屏蔽体的导体.在实际中,很多结构上很严密的屏蔽机箱(机柜)就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败,这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一.
判断这种问题的方法是将设备上在试验中没有必要连接的电缆拔下,如果电磁兼容问题消失,说明电缆是导致问题的因素.解决这个问题有两个方法:
● 对于传输频率较低的信号的电缆,在电缆的端口处使用低通滤波器,滤除电缆上不必要的高频频率成分,减小电缆产生的电磁辐射(因为高频电流最容易辐射).这同样也能防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内的电路.
● 对于传输频率较高的信号的电缆,低通滤波器可能会导致信号失真,这时只能采用屏蔽的方法.但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°搭接,这往往是很难的.
在电缆端口安装低通滤波器有两个方法
● 安装在线路板上,这种方法的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳.显然,这个缺点对于这种用途的滤波器是十分致命的,因为,我们使用滤波器的目的就是滤除容易导致辐射的高频信号,或者空间的高频电磁波在电缆上感应的电流.
● 安装在面板上,这种滤波器直接安装在屏蔽机箱的金属面板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波连接器等.由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入、输出之间完全隔离,接地良好,导线上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果十分理想.缺点是安装需要一定的结构配合,这必须在设计初期进行考虑.
由于现代电子设备的工作频率越来越高,对付的电磁干扰频率也越来越高,因此在面板上安装干扰滤波器成为一种趋势.一种使用十分方便、性能十分优越的器件就是滤波连接器.滤波连接器的外形与 ..

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1楼发表于: 2009-03-06 09:09:25

摘要：随着电子产品的广泛应用以及电磁环境污染的加重，对其电磁兼容性设计的要求也越来越高，作为电磁兼容设计的主要技术一屏蔽技术的研究也就越显得重要了。从电磁屏蔽技术原理出发，讨论了屏蔽体结构、屏蔽技术分类、屏蔽材料的选择以及所要遵循的原则，在电子设备实施具体的电磁屏蔽时提供了重要的依据。
关键词：电磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽原则
     从屏蔽技术而言，电场屏蔽技术与磁场屏蔽技术，既有许多相同的技术手段，又有其本质的不同屏蔽技术。因此，若要对电子产品进行有效的电磁屏蔽，就必须对电场屏蔽、磁场屏蔽进行分类分析，这样对电子设备(系统)的电磁兼容设计也就越显得十分重要。
1 屏蔽分类
   屏蔽是利用屏蔽体(具有特定性能的材料)阻止或衰减电磁骚扰能量的传输，是抑制电磁干扰的重要手段之一 J。屏蔽有两个目的：限制内部辐射的电磁能量泄漏；防止外来的辐射干扰进入。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下三大类。
1．1 电场屏蔽
    电场屏蔽主要是为了防止电子元器件或设备间的电容耦合，它采用金属屏蔽层包封电子元器件或设备，其屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地，这样就把电场终止于导体表面，并通过地线中和导体表面上的感应电荷，从而防止由静电耦合产生的相互干扰。
     电场屏蔽使金属导体内的仪器不受外部影响，也不会对外部电场产生影响，主要是为了消除回路之间由于分布电容耦合而产生的干扰，静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应，屏蔽必须合理地接地。在实际应用中，屏蔽措施经常科学地与接地相互结合才能更好地发挥作用。
1．2 磁场屏蔽
    磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。
    屏蔽体是用高导磁率材料，有效防止低频磁场的干扰。其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的导磁系数，材料的磁导率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈显著。磁场屏蔽又分为低频磁屏蔽和射频磁屏蔽。
    低频磁屏蔽技术适用于从恒定磁场到30 KHz的整个频段，它是利用铁磁性物质的磁导率高、磁阻小、对干扰磁场进行分路来实现的。屏蔽材料的屏蔽效能主要由吸收损耗和反射损耗两部分构成，低频磁场由于其频率和波阻抗较低，故吸收损耗和反射损耗都很小。为了提高屏蔽材料的屏蔽效能，因此重点考虑材料的吸收损耗和反射损耗。为了获得高额的吸收损耗，可以使用导磁率高的材料；但是，导磁率高的材料通常导电性不是很好，这导致了反射损耗减小。为了增加反射损耗，可在高导磁率材料的表面增加一层高导电率的材料。通常采用铁磁性材料如铁、硅钢片、坡莫合金等进行磁场屏蔽。射频磁屏蔽则是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流，并由涡流的反磁通抑制入射磁场。低频磁场屏蔽的方法在高频时并不适用，主要原因是铁磁性材料的磁导率随频率的升高而下降，从而使屏蔽效能变坏，并且高频时铁磁性材料的磁损增加。因此需要良导体，可以产生很强的感应涡流，常用屏蔽材料有铝、铜及铜镀银等。
1．3 电磁屏蔽
    电磁屏蔽主要用于防止在高频下的电磁感应，利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离时变电磁场的相互耦合，从而防止高频电磁场的干扰。利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而做成电磁屏蔽装置。电磁屏蔽是抑制干扰、增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段，合理地使用电磁屏蔽，可以抑制外来高频电磁波的干扰，也可避免作为干扰源去影响其他设备。
2 屏蔽体的结构
    影响屏蔽体效能的两个因素：一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的，另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。
    电场屏蔽主要是为了防止回路间的寄生电容耦合所形成的干扰，通过减小分布电容就能提高屏效。因此，电屏蔽体的形状最好设计为盒形或是全封闭的，可以根据需要可适当地进行结构设计，来进一步减小分布电容，电场屏蔽的屏蔽体必须接地，最好直接接地，孔洞泄漏越小屏蔽效果越好，主要结构有单层门盖结构和双层门盖结构。
     磁场屏蔽是利用高导磁材料构成低磁阻通路，使屏蔽体对磁通进行分流，主要选择铁或其他高导磁率材料防止磁饱和。被屏蔽物与屏蔽体内壁应留有一定间隙，防止磁短路现象发生；可增加屏蔽体厚度，为了防止电场感应，一般还要接地。如果屏蔽体不完整，涡流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣，可采用盒状、筒状、柱状的结构。
    电磁场屏蔽是利用屏蔽体对电磁波的吸收、反射来阻止电磁能量在空间传播，达到减弱干扰能量的效果。因此，电磁屏蔽可采用板状、盒状、筒状、柱状的屏蔽体。
3 屏蔽技术
   常用的屏蔽技术：多层屏蔽、薄膜屏蔽。
3．1 单层与多层屏蔽分析
    为了得到更好的屏蔽效果可以采用多层屏蔽，它对电场和磁场两者都有较好的防护，特别适合于以反射损耗为主的屏蔽体。隔开的材料可形成多次反射，比同样厚度的金属板能产生更好的屏蔽效果。多层屏蔽的原则是：各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应该隔离空气或者填充其他介质，否则达不到应有的屏蔽效果，各层屏蔽体的材料也不应该相同。除了要考虑导磁率外，还要考虑饱和电平。屏蔽室测得铝板，大小为1 200 l,lq／n x 1 200l,lq／n，其单层和多层的电场屏蔽效果见表1。
    当屏蔽体需要有良好的透气性和通风性时，可采用丝网屏蔽，测试丝网大小为6OO m×6OO m，屏蔽室测得其电磁场屏蔽效果见表2。
   由表1可知，对比铝板的单层屏蔽和多层屏蔽效果，从中频到高频对于铝板而言更适用于单层屏蔽。由表2可知，就单层屏蔽而言，金属丝网在中频和高频屏蔽效果比较明显，对于多层屏蔽金属丝网更适用于中频的多层屏蔽，且有很好的屏蔽效果。

3．2 薄膜屏蔽
    薄膜屏蔽通常用喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在设备上包覆一层导电薄膜，它的屏蔽效能主要是由反射损耗和多次反射修正因子确定。在不便构造屏蔽体的情况下，既可采用金属箔粘贴方式进行屏蔽又可以采用喷涂方式在基体上覆盖一层薄金属涂层以起吸波、屏蔽作用同时也可防止射频辐射。
4 屏蔽材料
    为了提高屏蔽效能，可针对材料的特性来选材。
4．1 金属材料
     对低阻抗磁场，应选择比吸收损耗大的金属材料；对高阻抗电场和平面波，应选择比反射损耗大的金属材料；对磁场和平面波，建议选用比吸收损耗大
的铁磁性金属材料。为了增加反射损耗、提高屏蔽效能可以在铁磁性材料表面镀上一层电导率高的非铁磁性材料。常用的金属板材料有：镀锌钢板、低碳钢板、铜板和镀铜钢板。常用的金属箔材料有铜箔、铝箔和不锈钢箔。
4．2 导电高分子材料
     导电胶是将玻璃纤维镀银、铝镀银、银等微细导电颗粒均匀掺在硅胶中，通过压力使导电颗粒接触，使这种复合材料既具有橡胶的弹性又具有良好的导
电性。导电胶具有良好的电磁密封能力，同时，还保持了胶对水汽密封的功能。在高频时屏蔽效能较高，能够提供电磁密封和环境密封。
   导电涂料是用金属粉末、炭黑等导电填料与各种合成树脂混合制成的，涂敷于塑料表面。可以在涂料中添加铜涂料和银涂料作为导电涂层。导电玻璃(ITO)是采用溅射或其它沉积技术在玻璃上制作一层很薄的导电膜而成的。
    屏蔽材料选择要有镀层保护的金属材料或耐腐蚀性强的材料，对屏蔽体中异种材料应选用电化电位相邻的金属材料，不宜选用不便加工或在加工过程中电气性能会受到影响的材料。
5 屏蔽原则
(1)确定电磁环境，包括电磁场的类型，场的强度、频率以及屏蔽体至源的距离等。
(2)当需要综合考虑低频磁场和高频磁场的屏蔽时，可以在屏蔽体上再镀上一层其他材料，如银或铜。为了有效地进行磁屏蔽，必须使用如坡莫合金之类对低磁通密度有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，对有一端进去从另一端出来的磁通，其磁阻必须要小。
(3)为了获得更好的屏蔽效能可采用双层屏蔽或多层屏蔽。需要注意的是：应使屏蔽体的接缝与孔洞的长边平行于磁场分布的方向，圆孔的排列方向要使磁路增加量最小，目的是尽可能不要阻断磁通的通过，屏蔽体加工成型后要进行退火处理。
(4)多块材料组成屏蔽体时，为了保持磁连续性可采用机械法和焊接法】。在转角处或过渡处，为了获得较好的屏蔽效能可采用焊接的方法。保持接触面的连续性可使磁力线沿低磁阻通道连续，因而可提高屏蔽效能。对交变电场和磁场而言，保持磁连续性可取得较大的感应电流屏蔽。对直流电场和磁场而言，连续性可保证磁力线的完好分流。
6 结束语
    在具体实施屏蔽时，应根据屏蔽效能的要求，结合相应的屏蔽理论确定屏蔽方式以及屏蔽材料，在设计时必须注意的是，如果可能发生不希望有的谐振现象，必须采取有效措施加以防止，以达到完善屏蔽设计的目的。

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2楼发表于: 2009-03-06 09:10:27

电磁屏蔽原理是什么
电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种，即对电场和磁场同时加以屏蔽。

屏蔽效果的好坏用屏蔽效~g(SE，Shielding effectiveness)来评价，它表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定义为屏蔽前后该点电磁场强度的比值，即：SE=2OIg(Eo／Es)或SH=2Olg(HdHs)式中：、分别为屏蔽前该点的电场强度与磁场强度，、分别为屏蔽后该点的电场强度与磁场强度。对屏蔽效果的评价是根据屏蔽效能的大小度量的。

按照屏蔽作用原理，屏蔽体对屏蔽效能的贡献分为3部分：(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗；(2)电磁波在屏蔽材料内部传输时，电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗；(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。由此可以得到影响材料屏蔽效能的3个基本因素，即材料的电导率、磁导率及材料厚度。这也是屏蔽材料研究本身所必须关注的问题和突破口。当然，对于电磁屏蔽体结构，其屏蔽效能还与结构、形状、气密性等有关，对于具体问题，还需要考虑被屏蔽的电磁波频率、场源性质等。

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3楼发表于: 2009-03-06 09:12:10

电磁屏蔽技术研究进展
摘要：随着电子技术的发展，电磁干扰越来越严重，电磁屏蔽已经成为解决电磁兼容问题最重要的手段。本文首先简述了电磁屏蔽的基本原理．然后着重论述了屏蔽材料的研究进展以及电磁屏蔽设计中的新．Y-艺、新结构，最后对屏蔽技术在其他领域内的应用现状及其发展趋势和技术难点进行了简要介绍。
关键词：电磁屏蔽；屏蔽效能；屏蔽材料；屏蔽结构

1 引言
   电磁屏蔽技术是电磁兼容技术中最重要的研究内容。现在电磁屏蔽技术的发展，已经无孔不入地渗透到各个方面，甚至涉及到信息安全和国防军事等国家核心领域。如何有效地阻止电磁信息泄漏，治理电磁环境污染，大力发展电磁屏蔽技术势在必行。屏蔽材料和屏蔽技术是电磁屏蔽设计中的重要内容。采用新材料和实施新工艺作为技术创新，必将给电磁屏蔽技术的发展带来一场新的革命。
2 电磁屏蔽的基本原理
    当电磁场在穿越一种介质时，在介质表面处一部分能量会被反射，另一些能量会消耗在介质内部，所以实际透过的电磁能量会有相当程度的衰减，因此介质层便形成了对电磁场的屏蔽¨J。屏蔽效果的好坏可以用屏蔽效能sE来度量，根据实际需要，大多数电子产品的屏蔽材料处在30～IO00MHz的频率范围内，其SE值至少要达到35dB以上，才可以认为是有效屏蔽。工程应用中的屏蔽效能的表达式为：

SE=A+R+B (dB) (1)

   上式中，A是电磁波在介质中传输的吸收损耗，R是电磁波在介质表面的反射损耗，B是电磁波在介质内部多次反射的损耗。其中吸收损耗A与屏蔽材料厚度成正比，磁导率、电导率越高的材料，其吸收损耗也越大。反射损耗R随着电导率的升高而增大，因此金、银、铜等良导体金属材料都具有良好的反射特性。多次反射损耗B在A>10dB时，一般可以忽略不计。另外在频率较低时，屏蔽效能以R为主，在频率较高时，A会起主导作用。
3 屏蔽材料的研究进展
   屏蔽材料是电磁屏蔽设计的关键，材料选取的好坏会直接影响到实际的屏蔽效果。鉴于其重要性，世界各国均投人大量的人力、物力对电磁屏蔽材料进行深入的研究，特别是美国、俄罗斯、Et本等发达国家已经形成了具有一定生产规模的的屏蔽材料产业 J，我国由于起步较晚，电磁屏蔽材料领域的研究工作相对滞后，尚未形成产业化经济链条，与国际领先水平还有很大差距。因此，只有加强对屏蔽材料的研发投入，才能提升国家核心竞争力，更好地与国际接轨。
根据当前电磁屏蔽材料的研究进展，屏蔽材料可分为以下几种类型：．
(1)高分子导电涂料
   高分子导电涂料是用金属粉末、碳粉、石墨等导电填料与高分子聚合物如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等昆合后，涂于塑料表面制成的，由于其具有易
在复杂形状表面涂敷，成本低廉等优点，现在越来越受到青睐。导电涂料的种类主要有银系、碳系、铜系、镍系等。银系的化学性质稳定，导电性能好，屏
蔽效果可达65dB以上，但价格昂贵；铜系成本较低，但导电性能不稳定且易氧化；当前，欧美各国电磁屏蔽涂料的主流是镍系导电涂料，镍系是由美国在20世纪70年代首先开发的 J，因其成本适中，吸收和散射能力强，而且抗氧化性能也好于铜系，所以被广泛地使用。目前，国内由涂铭旌院士领导研制的镍基电磁波屏蔽复合涂料在10kHz～1 GHz频率范围内，经国家安全部检测，屏蔽效能达到40～60dBl6 ；华因科技有限公司对整体复合电磁屏蔽涂料的研究，其中PB151型涂料SE>40dB，PB152型涂料SE>60dB，技术指标达到国外Tempest认证要求，具有很好的抗辐射性能。Et本海尔兹化学株式会社最新研制开发的屏蔽、吸波涂料波鲁斯，采用分子量高达100万的高机能基体聚合物，通过三维的长锁状结构，长期有效地保护金属填料，彻底解决了金属填料的氧化问题，从而填补了导电涂料的一大空白，是目前世界上顶尖的产品。它可分为反射型和吸收型两种系列，反射型的屏蔽效能高达53～77dB，吸收型的吸收效能高达10dB～35dB，能够彻底解决设备的二次杂波，防止雷达、显示器的重影，还可用于各种物体的隐身。。
(2)复合型屏蔽材料
   复合屏蔽材料是目前研究比较热门的一类新型屏蔽材料，由绝缘的合成树脂、良导电性能材料及添加剂混合加工制成。根据填充材料类型的不同，大致可分为金属纤维复合材料和非金属纤维复合材料两大类。
   金属纤维填充型屏蔽材料具有良好的导电性、导磁性和较高的屏蔽效能。通常使用的金属导电纤维有铜纤维、镍纤维、铁纤维、不锈钢纤维等 J。其中铁纤维填充塑料是一个新研制的品种，其综合性能良好，易于加工成型；不锈钢纤维机械强度高、耐腐蚀、抗氧化，并且具有良好的电磁屏蔽效能。目前国内的谭松庭等以不锈钢纤维作为填料，分别与ABS和PP两种聚合物复合制得了电磁屏蔽用导电性高分子复合材料¨ 。吴瑞雯等研制成功的二茂铁型高分子磁性材料基料，在10～IO00MHz频段内具有良好sE值，是一种前景广阔的新型复合屏蔽材料¨。。国外，Et本推出了铁纤维与尼龙6、聚丙烯、聚碳酸酯等树脂昆合而制成的屏蔽塑料，其中铁纤维填充率为20％一27％，其SE值可达60～80dB，对高频磁场和高频电场也有较好的屏蔽效果¨ 。俄罗斯采用非晶态合金(Co Ni Fe B Si系)纤维与铝屑或铝箔，以聚乙烯为基体用热压法制成多层复合材料，该复合物具有立体网状结构，在厚度为1～2mm的条件下，在10～30MHz频率范围内，
磁场衰减至少大于60dB 。
     非金属纤维填充型屏蔽材料是在炭黑、碳纤维、石墨纤维和玻璃纤维等材料的表面镀一层金属膜，以获得良好的导电性和屏蔽效果。炭黑成本较低，
分散性好，但需要保持很高的填充量才能达到一定的效果；碳纤维具有密度小、高强度、高模量、化学性能稳定等优点，易形成导电网络，同时还具有强化材料的功能；导电玻璃纤维的强度高、导电性能好，有很好的应用前景；石墨基具有极高的电导率和表面积以及非常好的热稳定性，因此也是一款非常好的复合屏蔽材料。目前美国已开发出超细炭黑，它具有吸收频带宽、质量轻、厚度薄等特点。Et本三菱人造丝公司研制的超细炭黑／PP，密度为1．18 ，其屏蔽效能达到40dB，被誉为世界上最轻的屏蔽材料。
    台湾研制出了在30～1000MHz范围内sE高达47dB的镀镍碳纤维／ABS复合材料。纳米碳管是一种新兴的功能材料，其性能优于传统碳材料，它具有频带宽、兼容性好等优点，而且由于长径比大，所以用很小的比重就能形成导电网链，其优越性和巨大的发展潜力不言而喻。国外成功地制备了纳米碳管／环氧树脂复合材料¨ ，这种材料的电性能明显优于相同条件下制得的碳黑／环氧树脂复合材料，为很好的电磁屏蔽复合材料。
(3)导电织物
    导电织物就是在一般纺织品表面镀上金属，或者将金属纤维编入纺织品中，使之既具有金属良好的屏蔽效能，同时又不失纺织品原有的柔韧性等特征。其品种主要有碳纤维与普通纤维混纺织物、金属纤维无纺布、普通化纤络合铜纤维织物等。由于方便、质轻等优点，现在导电织物正成为研究的热点。我国专家刘绍芝和郑惠敏，以棉、涤织物为基料，经特殊工艺制成的纯棉涤新型电磁屏蔽材料具有很宽的屏蔽带宽和很高的屏蔽效能¨ ，经国家权威部门检测达到国际领先水平。国外对此开展的研究比较早，一些知名的品牌有德国Baymetex、荷兰Devex、美国Matasolg以及Et本的Seiren等。当今国际上最先进的第6代屏蔽电磁辐射材料一离子织物，是通过低温等离子处理，进行纤维织物金属化制得的。此项技术既可增强基布与金属层的结合力，又可提高织物的机械性和耐热性¨ 。
(4)发泡材料
   发泡材料大致包括发泡金属和发泡塑料两大类。发泡金属是金属和空气的复合材料，根据其内部气泡的形态可把发泡金属分成两种：气泡独立存在的独立气泡型和气泡连续分布的连续气泡型。许多金属材料如碳钢、不锈钢、铝、铜、铅、钛、银、镍基超合金等都可制成发泡金属，其中又以发泡铝技术最为成熟、应用最为广泛。由于其结构上多孔的特点，使得电磁波在金属内部的吸收损耗和多次反射损耗大大增加，因此厚度很薄就可起到很好的屏蔽效果。试验表明，在100～1000MHz的频率范围内，泡沫铝的屏蔽效能可达65～90dB¨ ，而且内部孔洞越小，屏蔽效果越好。发泡塑料是另一大类发泡材料，近年来微孔发泡塑料作为一种新型的泡沫塑料，Et渐受到国内外的关注。微孔发泡塑料的泡孔直径一般为0．1—10微米，泡孔密度在109～1015／个左右，材料密度可比发泡前减少5％～98％，强度与重量比可提高5～7倍，具有非常广阔的发展前景。
4 新的屏蔽工艺和屏蔽吸波结构
    电磁屏蔽的传统技术措施，主要是基于孔缝，操作器件。显示器件，以及电缆等几个方面进行屏蔽，所采用的屏蔽工艺也大多以单层屏蔽和单一材料的
屏蔽居多。传统单一材料的电磁屏蔽有着诸多的缺点，而多重屏蔽作为目前一种新的屏蔽手段，能够对宽频带内的高能量电磁脉冲进行有效地防护。其原则
是：各层的填充材料不应相同，并且各屏蔽层之间不能连接在一，彼此之问应该隔开空气或者填充其他介质。虽然多重屏蔽非常有效，但是其成本和技术含量比较高，因此它常用在重要电子设备的防护上。对于一般设备的多层屏蔽，可以先用辅助分屏蔽体封闭后再装入系统主屏蔽体中。但要注意的是，分屏蔽体和主屏蔽体之间只能有一个必要的接口，而且接口与外壳之间要使用橡胶等绝缘体隔离，
同时要保证外壳良好的接地。
    全反射多重屏蔽是由国外科研机构最近研制成功的一种电磁屏蔽新技术。随着移动通信业务的发展，手机作为现代通信工具被广泛使用，但随之也带来了手机辐射对人体的危害问题。该技术通过采用特殊的材料和造型，先将大部分电磁辐射反射到远离人脑的一面，然后再通过多重屏蔽的材料，将剩余的接收和发射电波以及其它噪波阻挡在手机背侧，从而基本消除了手机内倾的电磁辐射。使用该技术的手机，经检测其电磁辐射指标大大低于现行国际标准。国内厦华的几款手机已采用了全反射多重屏蔽保护措施，辐射降低了2／3，优于国际标准10％。目前美、日、西欧等国在电磁屏蔽吸收体的研究上处于世界领先地位，它们已分别研制出了毫米厚度的民用电磁波吸收体。最先进的屏蔽吸收结构是美国用在军用隐身飞机上的电磁波吸收体结构，此结构由透波层、阻抗匹配层、吸收层以及反射背衬等几部分组成，目前F一117、B一2、YF一23等均已采用了这种多层结构，此项技术可以在较宽的频带内使雷达波的反射降低7～10dBl2 。其中F一1 17采用了纳米铁氧体吸波材料，以及独特的多面体结构，机翼和蝶形尾翼均设计成菱形剖面，机身是一个两端削尖的飞行角锥体，这种设计结构使雷达散射截面积(RCS)大大减小，只有0．02m 。B一2隐身轰炸机的机身与机翼则采取蜂窝状雷达吸收结构，该结构由透射面板、蜂窝芯、浸吸收剂、反射面板等
几部分组成，蜂窝芯结构有效地衰减了雷达信号，展宽了吸收频带，从而使飞机达到隐身的目的|2 。国内由电子科技大学的刘红星等利用矩量法，计算得出飞机前缘翼面采用V字形介质一导体分界面能够明显缩减机翼的后向RCS，并且当夹角为90。时性能最佳，可缩减后向RCS 10dB以上口。华中科技大学的何燕飞等开发出一种具有阻抗渐变结构的三层平板吸收体，其表层是由二氧化钛构成的阻抗匹配层，中层为过渡层以实现从表层到底层的阻抗渐变，底层是由磁性材料和碳纤维混合而成的复合材料构成的强磁损耗体。经试验测定，在8～18GHz范围内，反射率在一8dB以下，厚度为1mt／l，拉伸强度达到10，8MPa，具有良好的吸波性能和力学特性。
5 电磁屏蔽技术在其他领域的应用现状
   电磁屏蔽技术除了应用于一般电子设备的电磁屏蔽以外，还广泛地运用在工程建筑领域。现在建筑及防护工程中大多采用复合型混凝土、导电涂料等新工艺手段来实现电磁屏蔽防护。普通?昆凝土内掺人电磁损耗物质后，其电磁屏蔽效能会大幅度提高。添加纳米金属粉末是目前国内外最新的研究热点，由于纳米金属粉末具有强度高、可塑性强、优越的吸波特性等特点，与工程建筑材料相结合可显著地增强屏蔽效能，其应用前景十分广阔，有着传统添加剂不可比拟的优势。在导电涂料方面，近年来复合导电涂料由于其质轻、稳定、导电率高等诸多优点越来越受到各国的重视。目前国内屏蔽室使用的材料大多是金属网、金属板、金属箔和镍纤维毯圳，最近几年随着国外工程建筑领域导电涂料使用的增多，国内研究的重点也开始转向导电涂料的研制开发。
6 结束语
   综上所述，在当今信息时代发展突飞猛进的时候，电磁屏蔽作为电磁兼容技术的重要组成部分越来越凸现出它的重要性，新材料、新工艺逐渐成为当前电磁屏蔽研究领域的热点课题。未来屏蔽材料和屏蔽结构的发展趋势主要有：① 轻质化：质量轻、厚度薄的屏蔽材料能够适应更多场合的需要；②智能化：就是能使材料系统或结构具有感知、信息处理及自适应功能，并对信号能做出最优响应；③宽频化：材料的频段要宽，能够涵盖从米波到激光的多波段；④ 复合化：采用多重结构和多种材料有机组合，可以显著提高材料的电磁屏蔽效能。
   但目前电磁屏蔽技术中还存在以下一些难点，有待解决：①降低屏蔽材料的厚度，同时也降低了材料的屏蔽效能，这与结构设计要求增加强度和厚度相矛盾；② 阻抗匹配也是屏蔽吸波材料开发的难点，理想情况是一种材料的电导率和磁导率越高越好，然而对于单组分材料很难同时具备较高的介电常数和磁导率；③低频磁场屏蔽仍然是电磁屏蔽中的难点，目前常用的方法是采用多重屏蔽和远离场源，但更有效的措施还需进一步研究；④复合屏蔽材料和结构由于其设计功能上的限制，工艺成型难度较大。
   展望未来，电磁屏蔽技术有着广阔的发展前景，其应用也将日益广泛和深刻。我们在不断探索新方法的同时，要及时总结实践经验，使得电磁屏蔽技术能够尽快走向成熟，为人类的科技进步发挥更大的作用。

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4楼发表于: 2009-03-06 09:12:58

摘要：电子设备已被广泛应用于生产生活各个方面。由于设备的小型化、集成化程度越来越高，设备之间的相互电磁干扰(EMI)也成为一个重要的问题。为此，国际组织提出了一系列技术规章，要求电子产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。EMC是指设备在电磁环境中的适应能力，为了满足EMC 的技术要求，在电子设备及系统中广泛采用了电磁屏蔽技术。
关键词：电磁兼容性；电磁屏蔽；吸收损耗；反射损耗
一、引言
    电磁兼容性(EMC)是指“一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其它设备产生强烈电磁干扰(IEEE C63．12—1987)。”所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。仪器之间的这些高频干扰被称为电磁干扰(EMI)。
    EMI有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。信号辐射是藉由外壳各种缺1：3泄漏出去；而信号传导则藉由耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。
  很多EMI抑制都采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的方式来实现，所谓屏蔽就是在两个空间区域间加以金属隔离，用以控制区域间电场或磁场的传播采用屏蔽材料是一种有效降低EMI的方法。如今已有多种外壳屏蔽材料得到广泛使用，从金属罐、薄金属片和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层(如导电漆及锌线喷涂等)。屏蔽效果随频率、屏蔽体几何形状、屏蔽介质等的不同而变化，本文以简单的平面薄板对屏蔽进行分析，以讨论一般的屏蔽概念。
二、屏蔽效果
  场的特性由源、介质、空间距离等特性决定。在源的附近(距离小于X／27r)称为近场(感应场)，大于这一距离则称为远场(辐射场)。
  电场(E)和磁场(H)的比值称为波阻(zw)。远场时E／H 等于介质特性阻抗(即在真空或空气中的波阻zO=3770)；近场时E／H 则取决于源的特性，如大电流低电压源(例如天线，E／H小于3770)，则近场为磁场；反之近场为电场。
   一般的在EMI的频率低于1MHZ时，近场将延伸至50m甚至更远的距离，因此，在常见的仪器设备及其系统中，除非确定有远场干扰，均可看作近场影响。
本文也主要讨论近场干扰的屏蔽问题。屏蔽效果通常用被屏蔽后的电场或磁场被衰减的程度表示，其定义为：
电场：S = 20 log Eo／E1 (dB)
磁场：S= 20 log H0／H 1(dB)
   其中，Eo(Ho)为人射场强，E (H )为从屏蔽体上发生的传播场强。当电磁波入射到金属表面时产生的损耗有两种：在金属表面的反射损耗和在金属内部传播并通过介质衰减的吸收损耗。反射损耗取决于场的形式和波阻，而吸收损耗则取决于介质的性质。
  一种材料的总屏蔽效果等于吸收损耗(A)、反射损耗(R)及一个在薄层屏蔽体上多次反射的修正系数(B)的总和，即：
S = A + R + B (dB) (2— 3)
    一般的，当吸收损耗A大于10dB时，修正系数B即可忽略不计。
三、吸收损耗A和反射损耗R
1．吸收损耗A
   当电磁波通过介质时，其幅度以指数形式衰减(Hayt，1974)，产生这一损耗的原因是介质中的感应电流将产生欧姆损耗，并变为热能耗散。

  其中，f为人射波角频率，t为人射距离，。分别为介质导磁率和电导率。一般的屏蔽体厚度为一个集肤深度艿时吸收损耗约为9dB，而屏蔽体的厚度增加、入射波的频率增加都将加大吸收损耗。
2．反射损耗R
  在两种介质的交界面的反射损耗-9两种介质的阻抗特性有关，从具有阻抗Z播波强度为：

一般的，当入射波频率增加时，由于zs的增加反射损耗将下降。
四、屏蔽作用
1．电场的屏蔽
   当干扰源为高电压低电流时，其波阻(zw)大于377l'1，这个场是高阻抗的电场。因此，相对而言，电场的反射损耗R较大。为了更好地屏蔽电场，应当采用高电导率、低导磁率的材料(如铜、铝等)，以进一步降低屏蔽阻抗(zs)，加大反射损耗，提高屏蔽效果。
  同时，对电场源，其阻抗Z >>Z ，大多数人射波在界面被反射，故电场屏蔽中吸收损耗较小，主要为反射损耗；同时电场在屏蔽体内的多次反射可以忽略，即不考虑修正因子B的作用。
2．磁场的屏蔽
    当干扰源为低电压高电流时，其波阻(Zw)小于377l'1，这个场是低阻抗的磁场。但此时仍有Zt>>Z：，大多数人射波将进入屏蔽介质，同时由于波阻相对较小，因此，相对而言，磁场的吸收损耗A较大。为了更好地屏蔽磁场，应当采用低电导率、高导磁率的材料(如钢、镍合金等)，尤其是在屏蔽低频磁场时。
   在磁屏蔽中一个重要的问题是磁饱和。当源场强超过饱和强度时，屏蔽介质的导磁率迅速降低，而且导磁率越高的介质产生饱和所需的外场强愈低，从而大幅降低屏蔽效果。
   为克服磁饱和现象，可采用多层屏蔽，即采用低磁导率材料作为外层以在高场强下饱和，采用高磁导率材料在相对低场强下饱和(如以铜材料为外层、铁磁材料为内层)。这样，使外层降低源场强，使第二层屏蔽体在非磁饱和状态下起到大部分屏蔽作用，从而完成磁屏蔽功能。
3．缝隙与孔洞
    上述屏蔽效果的讨论是建立在屏蔽壳体为无缝隙的基础上的，然而实际的屏蔽体不可能达到这一要求。影响屏蔽体屏蔽效能的通常有两个因素：一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的。
另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。
   屏蔽体上有很多导电不连续点，最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏，如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料，消除不导电点。这种材料就是电磁密封衬垫(EMI衬垫)。
    缝隙或孑L洞的泄漏量取决于缝隙或孑L洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时，并不会产生明显的泄漏。因此，当干扰的频率较高时，这时波长较短，就需要使用电磁密封衬垫。具体说，当干扰的频率超过10MHz时，就要考虑使用电磁密封衬垫。由此也可推论，一组小孔产生的泄露小于同面积的一个大孑L。

五、结语
    电磁兼容性概念及相应设计在我国是一门很崭新的科学，电磁兼容性EMC的相关标准还很不完善，很多测试方法或定量分析方法、新的电磁兼容性EMC设计理论还有待创立。本文希望所探讨的内容能对这一方面的研究有所裨益。

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5楼发表于: 2009-03-06 09:14:20

摘  要：本文针对电子设备在机箱选材、孔洞和缝隙的处理等环节容易出现的电磁泄漏，提出了相应的电磁屏蔽方法，有效地解决了电子设备的电磁兼容超标问题。
    关键词：电磁兼容；电磁屏蔽；孔洞；缝隙；导电橡胶

1 引言
    海洋仪器应用现场的环境往往非常恶劣，存在着电磁干扰式噪声、辐射，直接影响仪器的正常安全工作，使测试出现偏差、工作失灵乃至仪器遭受破坏，更为严重的可能泄漏机要信息。为了提高仪器的运行性能和抗干扰能力，实现宽范围的精确测量及电子信息的保护，设计人员在设计过程中，必须考虑如何使电子设备满足EMC标准。电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一⋯，但如何利用它来解决电磁兼容是一个比较复杂而困难的问题，需要理论和经验的有效结合才能成功。用屯磁屏蔽来解决电磁干扰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。
2 电磁屏蔽原理
    电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频电磁场在空问传播的一种措施。电磁波在通过金属或对电磁波有衰减作用的阻挡层时，会受到一定程度的衰减，即这些金属或阻挡层有屏蔽作用，屏蔽效能的大小与电磁波的性质及金属或阻挡层的自身特性有关。电磁屏蔽设计的关键，一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，另外是不能有直接穿过屏蔽体的导体⋯。屏蔽体上有很多导电不连续点，最主要的是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏，如同流体会从容器的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料，消除不导电点，就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样，这种弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。
3 电磁屏蔽措施
    针对在线仪器仪表中影响电磁兼容性能的主要因素，在总结实际工作经验的基础上，归纳出以下几个关键的环节：机箱材料的选择、孔洞的处理、缝隙的处理以及穿过屏蔽体的导体的屏蔽处理。
3．1 机箱材料的选择
    哪些材料能提供最好的屏蔽效能是一个相当复杂的问题。这种材料必须具有良好的导电性，所以未处理过的塑料是无用的，因为电磁波能直接通过它。然而，不能只考虑导电性，其理由就在于，电磁波不但有电场分量，还有磁场分量。高导磁率和高导电率同样重要，高导磁率的意思就是磁力线的高导通性。钢是一种良导体，而磁导率的量级也满足一般要求。它也是相对廉价并能提供很大机械强度的材料，所以有理由利用钢材，廉价地获得满意的屏蔽效能。
    但是，暴露在潮湿空气中的钢铁很容易受到锈蚀，而镀锌钢板可以依靠表面的金属锌在空气中形成致密氧化物保护层来保护内部的钢结构。即使在表面被划伤的情况下，相对活泼的镀锌部分依然可以通过牺牲阳极的办法来延缓钢铁的锈蚀现象。
    除了镀锌钢板外，喷漆钢板在市场中也经常可以看到。这种工艺可以说是一种非常不负责任的做法，它仅仅是在钢板外涂一层防锈漆甚至普通漆，如果使用中稍有不慎将漆刮掉，那么其保护作用也就随之消失，所以最好不使用这种喷漆钢板。
3．2 孔洞的处理
    缝隙和开口等屏蔽不连续处是影响电磁兼容性能的重要因素。仪器的机箱上会有必要的出人口和穿透孔如通风口、显示窗、开关、保险丝、指示灯等的开口，这些孔洞破坏了机壳的完整性，使屏蔽效能降低。它取决于缝隙或孔洞尺寸与信号波长之间的关系。对于较低频率或较长波长来说，如果只有一个小孔则不会明显降低屏蔽效能；对于高频或较短波长来说，屏蔽效能的下降将是很剧烈的。举个例子，屏蔽体上如果有一个直径为15mm的孔洞，对于10MHz信号(波长为30m)来说，将仍然能提供60dB屏蔽效能，但对于1GHz信号(波长为300mm)来说，只能提供20dB屏蔽效能。若要保持同样的60dB屏蔽效能，则孔径不能超过
0．15mm。如果不止一个孔洞，而且孔距小于信号半波长时，屏蔽效能将进一步降低。可采用合适的屏蔽罩使孔洞大小限定在规定尺寸内，从而实现这种衰减效果。

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6楼发表于: 2009-03-06 09:19:15

屏蔽效能的工程计算
摘  要：基于EMC的基本要求，针对工程上电磁屏蔽效能的繁杂运算，研究了电磁薄膜屏蔽的工程算法。结合屏蔽体吸收损耗(ABL)、反射损耗(RBL)和多重反射损耗修正因子(MUR)的推论过程，在电磁场理论、传输线理论和涡流屏蔽效应的基础上，总结了一些工程算法，极大地方便了电磁兼容技术的工程应用和实践。
    关键词：电磁兼容；电磁干扰；电磁屏蔽
0 引言
    解释电磁屏蔽现象，就要从麦克斯韦方程组去发现屏蔽现象的本质特征。随着偏微分方程边值问题和偏微分算子的理论计算与发展，人们对运用经典数学方法去追求严格的解析求解仍有一些疑问。尤其是在工程领域中，如何去确定一些行之有效的计算公式和计算方法，仍需一些近似处理，而有些则缺少规范的理论性论证处理。屏蔽是电磁兼容技术得以实现的重要手段之一，屏蔽的目的就是要切断内外一切干扰源相互间形成电磁骚扰的途径。它的计算非常复杂，求解析解的过程一定要在有、无屏蔽结构时对比条件下求解麦克斯韦方程。解析解由于只适用于少数几种图形而受到局限。近年来，由于数学计算软件和计算机应用的发展，使数值法求值在计算上有广泛的应用空间，原因是数值法精确且适用于一切图形，但是，工程师们还是喜欢用工程计算方法。因为这更适合现场工作条件，并且简单、方便、易行。
l 屏蔽效能的表征
    屏蔽效能(Shielding Effectiveness)表示屏蔽体对电磁骚扰的屏蔽能力和效果。它与屏蔽体连接效果、屏蔽体材料、屏蔽体与干扰源间的距离、骚扰源频率及屏蔽体表面结构的不连续性或工艺性缺损等均有关系。

    式中，T为传输系数，对电场而言，T是指屏蔽时某点的电场强度与非屏蔽时该点的电场强度之比；对磁场而言，T是指屏蔽时某点的磁场强度与非屏蔽时该点的磁场强度之比。
2 静态场的电磁屏蔽
2．1 静磁场的屏蔽 [1，2]
    首先，利用无限长空心圆柱管的例子来说明静磁场的屏蔽原理，将内半径为n，外半径为b的，无限长磁性材料圆柱腔体放人均匀磁场H。中，应用分离变量法可求出无限长磁性材料圆柱腔体对静磁场屏蔽效能的近似解析式为：

    用磁路分析法推出矩型截面屏蔽盒低频磁屏蔽效能计算式，设该屏蔽盒在垂直磁场方向的尺寸为口，壁厚为d。

2．2 静电场的屏蔽
    根据导体表面电荷分布原理，如果带电导体内部有空腔存在，而在空腔内没有其它带电体，应用高斯定理可以证明，当静电平衡时，不仅导体内部没有静电荷，空腔的内表面也没有静电荷。因此，电荷只能分布在导体空腔的外表面上。
    对于形状不规则的带电导体，电荷在它的外表面分布是不均匀的。实验证明，导体表面电荷面密度与曲率半径有关，表面曲率半径愈小处(即曲率愈大处)，电荷面密度愈大。对于具有尖端的带电导体，在尖端附近的场强最大，当场强达到一定量值时，可使尖端附近的空气被击穿而产生放电现象，这就是尖端放电现象。因此，只有对于孤立球形导体，因各部分的曲率相同，球面上的电荷分布才是均匀的。所以，对于泻放雷电需要尖锐导体，而对于高压传输电能，则需要把电极做成球形曲面，以避免泻放电能。
3 导体屏蔽效能值的确定
    设定理想导体界面是XOY平面，入射波的电场强度方向为X轴正方向，并设人射波从均匀理想介质入射到理想导体边界面上。合成波的电场强度、磁场强度表达式分别为[3~5]：

4 屏蔽效能的工程计算
    屏蔽效能的工程计算主要采用Schelkunoff公式，该公式的应用范畴及设定条件是利用传输线理论，在屏蔽板很薄且面积为无限大的平面上垂直入射的电磁波为横电磁波的条件下，用长度和屏蔽板厚度相等的有损耗传输线代替屏蔽板，有损耗传输线的特性阻抗应与屏蔽板的特性阻抗相等。也称为屏蔽的传输线模型(Transmission Line Models of Shielding)或屏蔽的平面波模型(Plane Wave Models of Shielding)，此时的屏蔽效能可由屏蔽体吸收损耗(A：Absorption Loss)、屏蔽体反射损耗(R：Reflection Loss)、屏蔽体多重反射损耗(M：Multiple Reflection)表示，解析式如下。
    屏蔽体吸收损耗：

5• 实验数据及计算
    工程上计算屏蔽效能时，多是采用分项求解，即求出屏蔽体吸收损耗A、反射损耗R和多重反射损耗M，然后求出SE值。反射损耗从表面上看仅与媒质的波阻抗有关，但实际上波阻抗的选取是和屏蔽体的位置有关，即按远、近场的划分来求值，对近场要依据辐射源的性质确定是高阻抗场，还是低阻抗场。如果场源是电偶极子、直导线(属于高压小电流)，则采用高阻抗场(电场源)的表达式；如果场源是磁偶极子、环形天线(低电压大电流)，则采用低阻磁场源的表达式。常用的6种金属屏蔽体的吸收损耗值见表1。

    电磁场基本原理证明，干扰电磁波在导体屏蔽体中以指数态势快速衰减，当其衰减至原强度的1／e倍时，所透人的深度定义为集肤深度，解析式为：

从图中可以看出，SE实测结果和理论计算数据存在误差，在1，2频段差值为7 dB左右，其它频段的误差为5 dB左右，这是因为在客观条件下，干扰场并不是以平面电磁波投射到屏蔽结构上的。因此，平面波模型的应用受到限制，预测到的屏蔽效果，尤其是在低频时误差较大。相对应高频段的误差主要受涡流效应的影响，在导体处于屏蔽状态时，这种涡流在导体内部削弱干扰电磁场的作用，它与集肤深度控制理论既互相作用，也相互制约。
6 小结
    (1)文中探讨的都是在理想屏蔽结构条件下得出的结论，事实上，屏蔽的非理想结构(如孔洞和缝隙的电磁泄露、屏蔽体厚度的影响及接地效果、焊接质量的影响等)均会带来实验误差。
    (2)应用麦克斯韦方程组在边界约束条件下的精密求解虽然烦琐，但它是工程计算的基础。理论上通过满足屏蔽体表面边界条件的麦克斯韦方程组的解可以确定近区场的反射损耗值，因为麦克斯韦方程是经典电磁场理论的最基本方程，它用数学思维概括了空间电磁场的基本性质。但是这种复杂的运算用于工程会有诸多不便，结合电磁兼容理论取其近似值结果，这在工程上是可取的。因此，必要的理论是工程计算的基础。
    (3)在屏蔽效能计算中，当A>15 dB时，多次反射损耗M 可以忽略，M 值总是负的或趋近于零。而在工程规定A>10 dB时，即可忽略M 。
    (4)集肤深度控制理论在工程上是非常重要的，但在应用上应充分注意到集肤深度控制理论的狭隘性，由于在屏蔽过程中，交变磁通在具有定值电导物体内能引起涡流，这种涡流的作用在导体内部又反过来制约所产生的磁通，这就是涡流效应控制理论，当用薄膜金属材料屏蔽时，就要用涡流效应控制理论来分析。此时，屏蔽体的厚度应近似等于屏蔽体中电磁波波长，即

参考文献：
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7楼发表于: 2009-03-06 09:20:57

摘  要：本文结合电磁兼容和屏蔽技术的基础知识，阐述了EMC中屏蔽技术的机理和分类。对工程应用具有很大的实用价值和指导意义。
    关键词：屏蔽静电屏蔽电磁屏蔽磁屏蔽
    屏蔽作为电磁兼容控制的重要手段，可以有效的抑制电磁干扰。目前的各种电子设备，尤其是军用电子设备，通常都采用屏蔽技术解决电磁兼容中的问题。本文就是从电磁兼容角度出发详细介绍了屏蔽技术的机理和分类。
1．概述
    屏蔽设计之前总体指标的分配至关重要，有30dB与70dB准则之说：一般而言，在同一环境中的一对设备，骚扰电平与抗扰度之差小于30dB，设计阶段可不必专门进行屏蔽设计；若两者之差超过70dB，单靠屏蔽已难保证两者兼容，即使能达到指标，没备成本将急剧增加。较为可行的办法是总体指标或方案做出适当调整；在30~60dB之间，则是屏蔽设计的常用期望值。
    屏蔽要求高于上述期望值时，最常用的措施是整体屏蔽之后内部再加第二重屏蔽。
2．屏蔽的机理和分类
    根据作用机理不同，EMC技术中的屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。
2．1静电屏蔽
    静电屏蔽用来防止静电偶合产生的感应。屏蔽壳体采用高导电率材料并良好接地，以隔断两个电路之间的分布电容偶合，达到屏蔽作用。静电屏蔽的屏蔽壳体必须接地。





2．2电磁屏蔽
    电磁屏蔽的机理就是电磁感应现象。在外界交变电磁场作用下，通过电磁感应屏蔽壳体内产生感应电流，而达感应电流存屏蔽空间又产生了与外界电磁场方向相反的电磁场，从而抵消了外界电磁场，产生屏蔽效果。此，电磁屏蔽较适用于高频。低频时感应电流小，屏蔽效果差；应保证屏蔽壳体各部分具有良好的电气连续，使感应电流能在壳体中流畅，以便产生足够大的感应电磁场来抵消外界电磁场，否则将影响屏蔽效果。



回路1与回路2之间的磁通便不相连接，这样即可完成屏蔽。但是，实际上，在防骚扰措施上很少采用装入磁性材料的方法来进行屏蔽。这是因为适当的带状高性能磁带比较昂贵的缘故。真正有效而实用的办法是尽可能避免组成回路。
    以上谈到的屏蔽问题，重要的是要分清骚扰究竟是源于电还是起源于电流必须按照不同的情况来决定采用静电屏蔽还是采用电磁屏蔽。
2．3低频磁屏蔽
    对于近处频率很低的磁场骚扰源(A C或D C电源线、电源变压器、马达、继电器等)，为了保护对磁敏感设备的TF常工作，磁旁路是另一种很有效的屏蔽方法，如图4所示



    在这里，为磁场提供一条磁阻~E4-,的通路，将磁力线约束在这条低磁阻通路中，使敏感器件免受磁场的骚扰。可以得出如下结论：
    a)．低频时，高导磁率材料的隧屏蔽效能高于高导电性材料，但当频率较高时，高导电性材料的磁屏蔽效能可能高于高导磁率材料。高频时高导电性材料具有较高的屏蔽效能，其原因是：频率升高，磁导率降低，波阻抗升高，反射损耗增加；因此，增加屏蔽效能的方法是：将高磁导率材料表面涂覆高导电性材料；
    b)．低频磁场屏蔽可使用高导磁率合金构成磁路，以短路磁力线；
    c)．磁屏蔽效能与材料的厚度、磁导率成正比、与屏蔽体其他尺寸成反比；
    d)．磁场很强时，要使用多层屏蔽，以防止磁饱和；
    e)．机械加工会降低高导磁率材料的屏蔽效能，热处理后可恢复；
    f)．高导磁率材料的磁导率与频率有关，一般只用于1 kHz以下；
    g)．高导磁率材料的加1二有特殊要求，要按照厂家的规范进行加工，最好使用厂家加工好的产品。
参考文献
[1]白同云．如何实现电磁兼容．中国电子学会电子产业战略研究分会，2000．
[2]David A．Weston．Electromagnetic Compatibility Principles and Applications． 1 994．
[3]全国无线电干扰标准化技术委员会等编著．电磁兼容标准实施指南．中国标准出版社，1999．
[4]湖北省电磁兼容学会编．电磁兼容性原理及应用．国防工业出版社，1996．

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2009-05-19

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8楼发表于: 2009-03-06 09:22:17

0 引言
　　随着现代通信网络及电子技术的飞速发展，在有限的空间内电子设备的密度越来越大，相互之间的干扰已经引起越来越多的重视。采用屏蔽措施是消除或抑制电磁干扰的有效手段。

　　目前，为了保证电磁兼容性，车载通信总线基本上均采用屏蔽电缆。使用屏蔽电缆一方面可以有效地抑制电缆上感应的EMI辐射，避免通信失效，噪音增大，传输误码，信号误差等现象；另一方面可减少电缆上的信号向外辐射，减少对周围电磁环境的污染，防止信息的泄漏和失密。在车载通信系统电磁兼容设计方面，多芯电缆的屏蔽效能是一个很重要的指标。因此，本文介绍了多芯电缆的屏蔽效能原理，并在此基础上开发了多芯电缆屏蔽效能仿真软件，为设计人员合理设计和选择电缆提供了依据，这对缩短产品的开发周期，节省开发成本具有重大意义。

　　1屏蔽效能原理

　　1.1屏蔽效能的定义

　　屏蔽效能是用来评价材料的屏蔽效果，其定义为在电磁场中同一地点无屏效时的电场或磁场强度与加屏蔽体后的电场或磁场强度或功率之比，通常用SE(shielding effectiveness)表示。SE可以有多种表示方法，文中采用如下方法进行仿真计算：

　　电缆暴露在外界辐射场中时，屏蔽层上的电流与导线上的电流的比值：

　　在工程计算中，还可以通过转移阻抗来确定电缆的屏蔽效能。电缆屏蔽层的转移阻抗用ZT表示，表示的是内中心导体与外屏蔽层之间电压和屏蔽层表面的电流的比值，反映了屏蔽层内部场与外部场的耦合关系。如图1所示，它是由屏蔽层的材料及结构形式所决定的，体现了屏蔽体的固有屏蔽特性。

　　如果某根芯线两端的端接阻抗Zi1(始端)、Zi2(终端)，则由包含多芯屏蔽电缆的传输线理论，屏蔽层内回路与芯线回路相对于参考导体的电压相等，所以有：

　　把式(3)代人式(1)，即可求得屏蔽效能公式：

　　实际计算时，应选取被耦合的最大线芯电流作为Ii，这样才能对应最大的转移阻抗和最小的屏蔽效能。

　　1.2影响电缆屏蔽效能的因素

　　屏蔽效能与很多因素有关，如屏蔽材料的电导率、磁导率，屏蔽的结构，干扰源的频率，在近场还与离干扰源的距离和场源性质(电场或磁场)有关。

　　影响编织电缆屏蔽性能的参数有编织密度、编织角及编织导线的丝径、材质等，编织角度越小，编织密度越大，投影覆盖率就越大，屏蔽效果越好；包容型电缆屏蔽性能与屏蔽层厚度、材料等密切相关。在低频时，编织屏蔽电缆要优于包容屏蔽电缆，而高频时候连续的金属管比编织的金属网的屏蔽效果好；双层屏蔽比单层屏蔽要好。辐射源与屏蔽的耦合、各单元之间相互耦合的影响、屏蔽终端的影响以及接地技术，都必须考虑进去。 2软件的总体设计及功能

　　工程上，我们对于系统间的互连多芯电缆，从电磁兼容的角度来讲，最关心的是它上面传输的信号的特征、屏蔽效能、线间耦合干扰量、以及受到干扰以后信号波形的变化。因此软件从功能上的设计目标是完成以下4个功能：信号频谱分析、屏蔽效能及转移阻抗分析、线间频域内的互耦分析以及线间时域内的互耦分析，图2为软件的总体结构图。功能选择界面如图3所示。

2.1输入模块

　　基于VB语言在编写软件界面方面的简单易用，以及功能的强大，输入模块主要是用其编写。该模块实现了信号参数、电缆参数、激励源参数等的输入，并采用人机交互方式和界面图形化设计，辅以大量的图文提示，及大量的容错提示，能及时反馈用户误操作信息。由于窗体较多，这里以"芯线参数输入"窗体为例，如图4所示。

　　2.2核心计算模块

　　核心计算模块是用Borland C++编写，是软件最重要的部分，它负责处理输入模块传递过来的数据，进行仿真计算，并输出相应的数据文件。这一过程是在后台自动进行操作，无需用户干预。以"屏蔽效能分析"功能的核心计算程序为例，用图5的结构图来说明其工作流程。

　　2.3输出模块

　　鉴于图形结果的直观，数值结果的精确，所以在输出模块中设置了2种输出方式，分别为图形结构和数据结构。

　　3仿真结果及分析

　　由于现有条件所限，这里对一根两芯电缆进行仿真及测试，这根电缆的参数如下所示：

　　芯线：有两根芯线，每根芯线的半径为0.2 mm，每根芯线的绞合导线数为16，绞合导线直径为0.1 mm。

　　屏蔽层：屏蔽层类型为编织屏蔽层，屏蔽层半径为3 mm，编织束为16，导线束6，编织角18.7°，屏蔽层厚度0.15 mm。

　　分别对每个芯线进行测试，计算出电缆的屏蔽效能，取最小的屏蔽效能值作为该被测电缆的屏蔽效能。图6为仿真结果与测试结果的比较。

　　从图6中可以看出，仿真结果与测试结果两者吻合的较好。在300 MHz以前，除了个别的点以外，两者相差在5 dB左右。而在高频，实测的屏蔽效能比仿真的结果低主要是由于装置的高频耦合泄漏较严重所致。

　　4结论

　　通过仿真结果和测试结果的对比，证实该仿真软件具有较好的效果。通过本仿真软件的使用不仅可以对已有的电缆的性能进行评估，且仿真计算结果对电缆的设计及选用具有指导性作用。

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9楼发表于: 2009-03-06 09:24:15

线路板的局部屏蔽

对线路板上的强辐射电路或高度敏感电路需要采取局部屏蔽线路板上局部的屏蔽方法是：利用线路上的一层表面的铜箔作屏蔽盒的一个面，在这个面上安装一个五面体的金属盒，五面体金属盒以很密（1厘米以下）的间隔与作为另一个面的铜箔连接起来，构成一个完整的六面体的金属盒

线路板局部屏蔽能否成功的一个关键因素是，屏蔽界面的选择是否合理因为所有穿过屏蔽体的导线都需要滤波，因此选择屏蔽界面的主要原则有两个:

1) 穿过屏蔽界面的导线数量最少

2)所有穿过屏蔽界面的导线可以采取有效的滤波

线路板上的导线滤波可以采取贴片电容，安装在导线穿过屏蔽体的界面上，如果为了防止屏蔽盒内的干扰出来，滤波电容安装在内侧，如果为了防止外界干扰进到盒子里面，滤波电容安装在盒子外侧

三端贴片电容是最适合这种应用的器件三端贴片电容的原理类似于穿心电容但是由于与地板之间不是360度连接，因此高频效果不如穿心电容

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