各种屏蔽材料的屏蔽效能,为了方便设计,给出下面的一些定性的结论: 1)屏蔽效能与屏蔽体到辐射源的距离有关,距离越大,屏蔽效能越好。
2)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料所产生的涡流起对外来电波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。 3)当干扰电磁波的频率较低时,采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体的内部,防止扩散到屏蔽的空间去。 4)同一种屏蔽材料对电场波的屏蔽最高,对磁场波的屏蔽最低,即磁场波最难屏蔽,同时,注意屏蔽材料在不同频段的特性有所不同。例如,铁磁性材料在低频时的磁导率高,吸收损耗大,所以,低频屏蔽体一般用铁磁材料,但到高频时,铁磁材料的相对磁导率随着频率的升高而下降,而屏蔽材料的反射损耗随着频率的升高而变大,所以,高频时选用良导体为屏蔽体。 5)在某些场合,如果要对高频和低频的电磁场都有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽。若屏蔽外部强磁场,则外部用不易饱和的高磁导率的材料,内部用易饱和的高磁导率的材料;若屏蔽内部的强磁场,则材料的选择与上述相反。 6)对于双层或多层屏蔽不能进行多点电接触,否则,就相当于一层屏蔽。为了得到最佳的屏蔽效果,对都是铁磁材料的屏蔽层,屏蔽层之间的距离等于每层屏蔽材料的厚度。屏蔽层是铁磁材料与导电材料共同构成的多层屏蔽时,屏蔽层间不应有间隙。 7)进行磁屏蔽时,要根据所要屏蔽器件的形状或其他要求把屏蔽体做成不同的形状,因此,要对材料进行退火处理,而退火处理对材料的磁导率有很大的影响,退火工艺的不同对磁导率的影响也不同。同时,制作过程中对材料的拉伸也会对材料的磁导率有一定的影响。
3 孔洞和缝隙的电磁泄露与对策
一般的金属材料都可以提供100dB以上的屏蔽效能,而一般的电器有几十dB的屏蔽效能就可以满足需要,但事实是采用一般的屏蔽方法很难满足电器的屏蔽要求,其中,主要的原因就是屏蔽体的导电不连续性造成的,也就是屏蔽体上的孔或者是缝隙引的。
由小孔耦合理论可知,孔泄露出去的场等于小孔中心处的等效电偶极矩和等效磁偶极矩所产生的场。当孔洞的线长为λ/2的整数倍时,可以将激励孔洞的能量全部辐射出去。对于有单一孔洞的屏蔽体,其最小的屏蔽效能如下所述。
在远场中,即屏蔽体离源的距离小于λ/2π时,孔洞的电磁屏蔽
由以上分析可知,对于有孔或缝隙的屏蔽应该注意以下事项:
1)在孔洞面积相同的情况下,圆孔的屏蔽效果比方孔的屏蔽效果好。因为面积相同的情况下圆孔的线径最短。 2)减小孔洞或缝隙的数目,应采用尽可能合理的装备结构使孔洞或缝隙的数目最小。 3)在满足要求的情况下,用多个小孔代替一个大孔。如果屏蔽上的孔径大于λ/2时,屏蔽材料的实际屏蔽效能已很小。
4)不同面上的孔洞不会增加泄露,因为其辐射来源于不同的方向。因此,可以把孔分布在不同的面上,或者把孔分布在与主要的干扰电磁波垂直的面上。 5)缝隙导磁的重要原因是缝隙处的电气性能不连续,其根本原因是缝或者是孔处的阻抗发生了变化,因此,可以在缝隙中加导电衬垫以保证缝隙处的电气连续性或者说是把缝或者是孔处的阻抗变化减小。
6)增加缝隙的长度或孔的深度。上面的式(13)、(14)、(15)和(16)是在假设屏蔽体的电厚度可以省略的情况下得到的,增加缝隙的长度或孔的深度可以增加缝隙处的电容而减小缝隙处的接触电阻,使屏蔽效能增加。同时,根据屏蔽理论,具有一定深度的孔或缝隙可以看作波导,而波导在一定的条件下可以对其内传播的电磁波进行衰减。当缝隙长度为波长的一半时,RF波长开始以20dB/10倍频的速率衰减。当缝隙的长度是电磁波透入深度的π倍时,缝隙漏出的磁场强度同金属吸收衰减后的磁场强度相同。在相同孔径下,频率越高,衰减就越严重,因为它的波长越短。
7)从原理上说,屏蔽材料越厚越好,但是,对于工程而言,只要屏蔽材料的厚度是需要屏蔽的频率进入材料深度的1.5倍就够了
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