第5章电磁干扰抑制的屏蔽技术.

•限制内部能量泄漏出内部区域（主动屏蔽）概述1.屏蔽的含义：3.原理：电子设备•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。2.目的：•防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）•二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场);•反射衰减理论屏蔽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）01ESEE01HSEH01(dB)20logESEE01(dB)20logHSEH5.屏蔽效能(SE)屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。定义：或或电屏蔽效能磁屏蔽效能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；无屏蔽场强有屏蔽场强屏蔽效能SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰减量与屏蔽效能的关系机箱类型屏蔽效能SE（dB）民用产品40以下军用设备60TEMPEST设备80屏蔽室、屏蔽舱100以上屏蔽效能的要求•分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽电场屏蔽1.静电屏蔽•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•原理：静电平衡•要求：完整的屏蔽导体和良好接地2.低频交变电场屏蔽目的：抑制低频电容性耦合干扰00001/SRSSNSRRRSRCUUUCCCC（1）未加屏蔽21221/PPNRRCUUUCCCC（2）加屏蔽（忽略CSR1的影响）11322/()SpRRCUUCCCCCC未加屏蔽的耦合SR～CSR0CRUSUN0加屏蔽的耦合SR～CSR1CRUSUN1C1C2C3Up分析方法：应用电路理论分析讨论:（1）屏蔽体不接地，若3C（2）屏蔽体接地31CC、221/()RRCCCCCpSUU212211/SNSRRCUUUCCCC10NU21221/PPNRRCUUUCCCC11322/()SpRRCUUCCCCCC屏蔽体接地SR～CSR1CRUSUN1C1C2111212SRSSRSNRSRRCUCUUCCCCC（3）屏蔽体接地时，CSR1的影响•屏蔽效能:01(dB)20lgNNUSEU～CSRCRUSUNPC2等效电路•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电场屏蔽的设计要点•屏蔽体要靠近受保护的设备•屏蔽体要有良好的接地磁场屏蔽1．原理•高频磁场屏蔽高频磁场金属板涡流反磁场•低频磁场屏蔽（f100kHz）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。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。mmUlRS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，则其磁阻为磁阻：mUH磁压降：mUHlBSHS磁通：mU的方程22mmm2211()0UUUrrrrr外磁场的磁标位0Hm00cosUHrram11cosUArarb2m22()cosBUArrrb3m30()cosBUHrr(1)圆柱形腔的磁屏蔽效能mU方法：磁标位内半径为a、外半径为b，磁导率为，外加均匀磁场0H0Hab边界条件：ra时，m1m2UUrb时，m2m3UUm3m20UUrr解得：20122224(1)(1)rrrbHAba20222222(1)(1)(1)rrrbHAba220222222(1)(1)(1)rrrabHBba2222032222(1)()(1)(1)rrrabbHBba220012222222244cos(1)(1)(1)(1)rrmmrrrrbHbUUrbaba2011122224(1)(1)rmxxrrbHHUeeHbam1m20UUrr故若，则1r201(1)(1)2(1)20lg20lg4rrrHppSEHp令、tba()/2Rab，若t～0，即222abR则224(2/)20lg20lg(1)20lg(1)422rrrRtaRttSEaR(1)2(1)(11/)2(11/)20lg20lg44rrppppSEp屏蔽效能22/pba•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）220lg(1)3rtSER3330.624cVRV220lg(1)3rctSER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。3150200200mm2mmt1(1000)r2(10000)r解：30.62150200200112.66mmcR12t20lg(1)22.17dB3rcSER钢：22t20lg(1)41.54dB3rcSER合金：（2）用磁路方法计算屏蔽效能矩形截面屏蔽体：、厚度，abt(2)at2SSSHt流经屏蔽体的磁通：流经空腔的磁通：101(2)Hat总磁通：，则000Ha01s00012(2)SSHaHtHat外磁场；屏蔽体内；腔内SH0H1Htba0H磁通为磁路计算：(,)tatb对于磁路CS：1/44mSSSaaRtt从P1到Q1:磁阻为/2SSStH磁压降1124mSSSmSRHaU22mSSSbtbRtt从Q1到Q2:/2SSStH222mSSmSSRUHb故212()2mSmSmSSaUUUHb对于磁路C1：1002(2)mbtbRata1111mmURHb2SSStH101aHtba0H1P1Q2P2QCSC1由于1mSmUU于是有：000101222rbtHaHHaba420lg[1](2)rbtSEaba故1(2)2SbaHbH122SbHHba0141(2)rHbtHaba若ab2420lg[1]rbtSEa若ab220lg[1]rtSEa01s讨论：•屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和•被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上磁场屏蔽的设计要点•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•尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度）•对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘电磁屏蔽1.原理与分析方法原理：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t2.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）媒质的本征阻抗：(1)mjZjf传播常数：cjjjj(dB)SERAB屏蔽效能：良导体：(1)jjjf,cjZj良导体：()cj波阻抗：a.远场：00120377ΩwZ012weZfrb.近场（以电场为主）：02wmZfrc.近场（以磁场为主）：211221ZZZZ－＋反射系数：透射系数：12121＋12一次透射：x=0面上：01E★屏蔽效能计算（设入射波场强）211221ZZZZ－＋反射波：透射波：12121[phone][(e)e]ettt二次透射：x=0面上：反射波：2312(e)t2112(e),t透射波：x=t面上：反射波：22323212312211223[(e)]ettte232321231212232123[(e)e]ettt透射波：x=t面上：反射波：tx21312112232123enntnn次透射：31(21)12231223212312232123ee()ettnntT221122321232123e[1e()]tttne……1223221231e1ett2122312231120lg20lg20lge20lg1ettTSE总透射场强22120lg1()e1tKBK1223420lg20lg(1)KRK20lgetA31ZZ故：即：21/KZZ20lge20lgerttA20lge8.980.131(dB)rrtttf——相对于铜的电导率，铜：r75.8210S/mt——厚度（mm）。①吸收损耗A(dB)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。r——相对磁导率；良导体结论：22()(1)20lg20lg20lg444wwmwmmZZZKRKZZZ②反射损耗R(dB)72/3.6910/mrrZff波阻抗良导体：wmZZw120π377ΩZa.远场：012weZfrb.近场：电场源02wmZfr23321.710lg()rerRrf168.110lg(/)wrrRf媒质本征阻抗频率升高，反射损耗减小c.近场：磁场源214.5610lg()rmrRrf频率升高，反射损耗增加③多次反射修正B（dB）21222eeeejtttjt20.1e10tA而/20(20lgee10)ttAA0.12ln100.23AtA2()1mwmwZZZZ故：20.10.2320lg1()10eAjAmwmwZZBZZwmZZ当时，则0.10.230.10.220lg110e20lg[1210cos(0.23)10]AjAAABA10dBA当时，通常可忽略B。20.10.23e10etAjA11mwmwZZKKZZ反射损耗：168.110lg(/)wrrRf23321.710lg(/)errRrf电场源214.5610lg(/)mrrRrf磁场源20.10.230.10.220lg1()10e20lg[1210cos(0.23)10]AjAmwmwAAZZBZZAwmZZ（）8.980.131(dB)rrAttf(dB)SERAB屏蔽效能：吸收损耗：平面波源多次反射修正：小结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41.510mcf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。(0.61)r解：屏蔽体处于哪个场区：1,0.61,rr——近场大功率线圈——强磁场，主要为磁屏蔽.故214.5610lg()14.5634.8449.4