电磁屏蔽技术

NokiaInternalUseOnly第四章电磁屏蔽技术•屏蔽材料的选择•实际屏蔽体的设计NokiaInternalUseOnly电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2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=20lg(E1/E2)dBNokiaInternalUseOnly实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE＝R1＋R2＋A＋B＝R＋A＋BBNokiaInternalUseOnly波阻抗的概念波阻抗电场为主E1/r3H1/r2磁场为主H1/r3E1/r2平面波E1/rH1/r377/2到观测点距离rE/HNokiaInternalUseOnly吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1=E0e-t/A＝20lg(E0/E1)=20lg(et/)dB0.37E0A＝8.69(t/)dBA=3.34tfrrdBNokiaInternalUseOnly反射损耗R＝20lgZW4Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。ZS=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NokiaInternalUseOnly不同电磁波的反射损耗远场:R＝20lg3774Zs4500Zs=屏蔽体阻抗，D=屏蔽体到源的距离（m）f=电磁波的频率（MHz）2DfDfZsZs电场:R＝20lg磁场:R＝20lgdBNokiaInternalUseOnly影响反射损耗的因素1500.1k1k10k100k1M10M100M平面波3108/2rfR(dB)靠近辐射源r=30m靠近辐射源NokiaInternalUseOnly综合屏蔽效能(0.5mm铝板)150250平面波00.1k1k10k100k1M10M高频时电磁波种类的影响很小屏蔽效能（dB）频率NokiaInternalUseOnly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=20lg(1-e-2t/)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NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RSNokiaInternalUseOnly磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢0.010.11.010100kHzr103NokiaInternalUseOnly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/HNokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly加工的影响20406080100101001k10k跌落前跌落后NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly远场区孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL–20lgf+20lg（1+2.3lg(L/H))=0dB若L/2HNokiaInternalUseOnly孔洞在近场区的屏蔽效能若ZC（7.9/Df）：（说明是电场源）SE=48+20lgZC–20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))若ZC（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！）NokiaInternalUseOnly缝隙的泄漏低频起主要作用高频起主要作用NokiaInternalUseOnly缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly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。NokiaInternalUseOnly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。NokiaInternalUseOnly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）NokiaInternalUseOnly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。NokiaInternalUseOnly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。NokiaInternalUseOnly电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly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：32t/d矩形截止波导：27.2t/l孔洞计算屏蔽效能公式NokiaInternalUseOnly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5fNokiaInternalUseOnly显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器NokiaInternalUseOnly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NokiaInternalUseOnly通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板NokiaInternalUseOnly贯通导体的处理