1、6 屏蔽的基本原理屏蔽的基本原理主要内容主要内容电屏蔽电屏蔽6.16.26.36.4电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能磁屏蔽磁屏蔽6.5薄膜屏蔽薄膜屏蔽6.1 屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能抑制以场的形式造成干扰的抑制以场的形式造成干扰的是是电磁屏电磁屏蔽蔽。所谓所谓电磁屏蔽电磁屏蔽就是以某种材料（导电或导磁材就是以某种材料（导电或导磁材料）制成的屏蔽壳体（实体的或非实体的）将料）制成的屏蔽壳体（实体的或非实体的）将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内的电磁场不能越出这一区域，而外来的辐其内的电磁场不能越出这一区域，而外来的辐射电磁场不能
2、进入这一区域（或者进出该区域射电磁场不能进入这一区域（或者进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减）。的电磁能量将受到很大的衰减）。电磁屏蔽的电磁屏蔽的是利用屏蔽体对电磁能流是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。的反射、吸收和引导作用。6.1 屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能电磁屏蔽的类型电磁屏蔽的类型电磁电磁屏蔽屏蔽静电静电屏蔽屏蔽交变电交变电场屏蔽场屏蔽低频磁低频磁场屏蔽场屏蔽高频磁高频磁场屏蔽场屏蔽电场电场屏蔽屏蔽磁场磁场屏蔽屏蔽电磁电磁屏蔽屏蔽6.1 屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能dB0120lg(/)SEHHdB0110lg(/)SEPP)/lg(2010dBEESE或或或或屏蔽效能的
3、新定义：屏蔽效能的新定义：Andrew C.Marvin,etc.A proposed new definition and measurement of the shielding effect of equipment enclosuresJ.IEEE trans.on EMC 46(3),459-468,20046.1 屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能SE/dB 屏蔽的能量屏蔽的能量/%屏蔽的场强屏蔽的场强/%1090682099903099.996.84099.99995099.99999.686099.999999.910099.9999999999.999主要内容主要内容电屏蔽电屏蔽6
4、.16.26.36.4电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能磁屏蔽磁屏蔽6.5薄膜屏蔽薄膜屏蔽6.2 电屏蔽电屏蔽电屏蔽的实质是减小两个回路（或两个元件、组件）电屏蔽的实质是减小两个回路（或两个元件、组件）间电场感应的影响。间电场感应的影响。电磁场理论表明，置于静电场中的导体在静电平衡电磁场理论表明，置于静电场中的导体在静电平衡的条件下，具有下列性质：的条件下，具有下列性质：p导体内部任何一点的电场为零；导体内部任何一点的电场为零；p导体表面任何一点的电场强度矢量的方向导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体平面垂直；与该点的导体平面垂直；p整个导体是一个等位体；整个导体是一个等
5、位体；p导体内部没有静电荷存在，电荷只能分导体内部没有静电荷存在，电荷只能分布在导体的表面上。布在导体的表面上。(a)孤立带电导体孤立带电导体A(b)导体导体B包围带电包围带电导体导体A的情况的情况(c)静电屏蔽静电屏蔽6.2 电屏蔽电屏蔽(d)孤立屏蔽体置于孤立屏蔽体置于外界场中外界场中(e)屏蔽体接地屏蔽体接地场的观点看，电屏场的观点看，电屏蔽的实质是干扰源蔽的实质是干扰源发出的电力线被终发出的电力线被终止于屏蔽体，从而止于屏蔽体，从而切断了干扰源与感切断了干扰源与感受器之间电力线的受器之间电力线的交连。交连。6.2 电屏蔽电屏蔽A211BUCCCU为减小为减小UB，可增大，可增大C2，因
6、此在电子设备中对一些敏感，因此在电子设备中对一些敏感导线或元件应贴近金属板或地线布置；另一方面应减导线或元件应贴近金属板或地线布置；另一方面应减小小C1，在布局时使干扰源和感受器尽可能远离。，在布局时使干扰源和感受器尽可能远离。6.2 电屏蔽电屏蔽在在A、B间加入屏蔽金属板间加入屏蔽金属板S以后，以后，B的感应电压的感应电压UBS在下述情况下可能比无屏蔽时更大。当屏蔽体离地较在下述情况下可能比无屏蔽时更大。当屏蔽体离地较远，使远，使C3C4；若还有；若还有C3C2C5/(C2 C5)，则，则A5252524353BS)()/(UCCCCCCCCCCUA525BSUCCCUA211BUCCCU6
7、.2 电屏蔽电屏蔽如果把屏蔽金属板良好接地，就可认为如果把屏蔽金属板良好接地，就可认为C4，US 0，因此因此UBS 0，即获得良好的屏蔽效能。，即获得良好的屏蔽效能。A5252524353BS)()/(UCCCCCCCCCCU6.2 电屏蔽电屏蔽实际上由于屏蔽金属板不是无限大，并非完全无缝隙实际上由于屏蔽金属板不是无限大，并非完全无缝隙的封闭体，在的封闭体，在A、B间总还存在剩余电容间总还存在剩余电容C1，由于，由于C1的作用，屏蔽后在的作用，屏蔽后在B上的感应电压上的感应电压UBS为为A521A5211BSUCCCUCCCCUA211BUCCCU6.2 电屏蔽电屏蔽另外，屏蔽体接地时总有接
8、地阻抗存在，特别是当屏另外，屏蔽体接地时总有接地阻抗存在，特别是当屏蔽体通过中介导线接地时，接地阻抗还与频率有关。蔽体通过中介导线接地时，接地阻抗还与频率有关。屏蔽体接地线在时变场作用下流过地电流时，接地阻屏蔽体接地线在时变场作用下流过地电流时，接地阻抗抗ZS的压降使屏蔽体的电位的压降使屏蔽体的电位US不为零，并随着不为零，并随着ZS的上的上升而增加；感受器升而增加；感受器B的感应电压的感应电压UBS又随又随US增加。增加。从电路的观点分析，从电路的观点分析，屏蔽体起着减小干扰屏蔽体起着减小干扰源和感受器之间分布源和感受器之间分布电容的作用。电容的作用。6.2 电屏蔽电屏蔽电屏蔽设计：电屏蔽设
9、计：屏蔽体必须良好接地屏蔽体必须良好接地正确选择接地点正确选择接地点合理设计屏蔽体的形状合理设计屏蔽体的形状注意屏蔽体材料的选择注意屏蔽体材料的选择主要内容主要内容电屏蔽电屏蔽6.16.26.36.4电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能磁屏蔽磁屏蔽6.5薄膜屏蔽薄膜屏蔽6.3 磁屏蔽磁屏蔽对于低频磁场对于低频磁场(包括恒定磁场包括恒定磁场)屏蔽：屏蔽：涡流的屏蔽作用很小；涡流的屏蔽作用很小；主要有赖于高磁导率材料所具有的高磁导主要有赖于高磁导率材料所具有的高磁导率起磁分路作用。率起磁分路作用。6.3 磁屏蔽磁屏蔽磁屏蔽是通过屏蔽盒磁屏蔽是通过屏蔽盒(罩罩)的高磁导性能，即低磁阻的高磁导
10、性能，即低磁阻来实现的。设计时，需仔细考虑屏蔽体的接缝与孔来实现的。设计时，需仔细考虑屏蔽体的接缝与孔洞的处理：洞的处理：合理布置接缝与磁场的相对方位合理布置接缝与磁场的相对方位(a)接缝切断漏磁通接缝切断漏磁通 (b)接缝顺着漏磁通接缝顺着漏磁通6.3 磁屏蔽磁屏蔽正确布置通风孔正确布置通风孔开口或缝开口或缝隙正确隙正确开口或缝开口或缝隙不正确隙不正确铁磁铁磁材料材料6.3 磁屏蔽磁屏蔽合理的结构与工艺合理的结构与工艺接缝的连接工艺及结构对屏蔽效能的影响较大，应接缝的连接工艺及结构对屏蔽效能的影响较大，应根据使用要求合理地设计，常用的连接方式有熔焊、根据使用要求合理地设计，常用的连接方式有熔
11、焊、点焊、铆钉和螺钉连接。熔焊时应采用与本体材料点焊、铆钉和螺钉连接。熔焊时应采用与本体材料相同的焊条，使接缝具有最佳的屏蔽性能。相同的焊条，使接缝具有最佳的屏蔽性能。点焊和铆接时，在接缝处应有足够的重叠。点焊和铆接时，在接缝处应有足够的重叠。螺钉连接时，在交接处同螺钉连接时，在交接处同样应有足够的重叠和尽可样应有足够的重叠和尽可能小的螺钉间距。能小的螺钉间距。磁屏蔽体在机械加工全磁屏蔽体在机械加工全部完成之后进行退火处理。部完成之后进行退火处理。双层磁屏蔽。双层磁屏蔽。6.3 磁屏蔽磁屏蔽对于高频磁场屏蔽：对于高频磁场屏蔽：其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏
12、蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的，也就是说，利用了涡流反磁场对于原骚的，也就是说，利用了涡流反磁场对于原骚扰磁场的排斥作用，来抑制或抵消屏蔽体外扰磁场的排斥作用，来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。的磁场。高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，例如铜、铝等。体材料，例如铜、铝等。6.3 磁屏蔽磁屏蔽开口或缝开口或缝隙正确隙正确开口或缝开口或缝隙不正确隙不正确铁磁铁磁材料材料MLLsrsUsIIs屏蔽线圈等效电路屏蔽线圈等效电路主要内容主要内容电屏蔽电屏蔽6.16.26.36.4电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽及屏蔽效能屏蔽
13、及屏蔽效能磁屏蔽磁屏蔽6.5薄膜屏蔽薄膜屏蔽6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽借助电路理论，借助电路理论，即电磁感应原理，通过涡流即电磁感应原理，通过涡流的屏蔽效应阐述电磁屏蔽的机理；的屏蔽效应阐述电磁屏蔽的机理；根据电磁场理论，根据电磁场理论，计算电磁波在不同传播媒计算电磁波在不同传播媒质的分界面及媒质内部传输时产生的反射与衰质的分界面及媒质内部传输时产生的反射与衰减；减；根据传输线理论，根据传输线理论，行波在有耗非均匀传输线行波在有耗非均匀传输线中会产生反射和损耗，这与电磁波在通过金属中会产生反射和损耗，这与电磁波在通过金属时的现象相似，用它计算屏蔽材料的反射与衰时的现象相似，用它计算屏蔽材料的反射
14、与衰减。减。电磁屏蔽机理常用分析方法有三种：电磁屏蔽机理常用分析方法有三种：6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽实心型电磁屏蔽的物理过程：实心型电磁屏蔽的物理过程：SE=A R B(倍倍)SEdB=AdB+RdB+BdB(dB)A吸收损耗吸收损耗(倍倍)R反射损耗反射损耗(倍倍)B多次反射修正系数多次反射修正系数(倍倍)6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽吸收损耗吸收损耗(A)rrdB131.0ftA铝铜钢 在在1MHz以上，铝、钢和铜等金属均可对平面电磁波以上，铝、钢和铜等金属均可对平面电磁波提供良好的屏蔽效能提供良好的屏蔽效能6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽 R=(Zs+Zw)2/(4 Zs Zw)反射损耗反射损耗(R)
15、RdB=20lg R (dB)Zw自由空间的波阻抗自由空间的波阻抗Zs金属板的波阻抗金属板的波阻抗j)/(jSZSSZZ良导体：良导体：在在1MHz时，铜对电磁波时，铜对电磁波的波阻抗只有的波阻抗只有0.368m！6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽反射损耗反射损耗(R)R=(Zs+Zw)2/(4 Zs Zw)6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽6.4 电磁屏蔽电磁屏蔽B多次反射修正系数多次反射修正系数(B)23.0sinj23.0(cos10/11.02WSWSAAZZZZBA当金属板吸收损耗较大时当金属板吸收损耗较大时(一般是一般是A 10dB)，多次反，多次反射修正系数可忽略。射修正系数可忽略。主要内容主要内容
16、电屏蔽电屏蔽6.16.26.36.4电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能磁屏蔽磁屏蔽6.5薄膜屏蔽薄膜屏蔽6.5 薄膜屏蔽薄膜屏蔽采用喷涂、真空沉积和粘贴等技术在塑料机箱采用喷涂、真空沉积和粘贴等技术在塑料机箱上包覆一层导电薄膜。上包覆一层导电薄膜。假定该导电薄膜的厚度为假定该导电薄膜的厚度为t，电磁波在导电薄膜，电磁波在导电薄膜中的传播波长为中的传播波长为 t，若，若t t/4，则称这种屏蔽层为，则称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。薄膜屏蔽。薄膜屏蔽的导电层很薄，吸收损耗几乎可以忽薄膜屏蔽的导电层很薄，吸收损耗几乎可以忽略，屏蔽效能主要取决于反射损耗。略，屏蔽效能主要取决于反射损耗。吸收损耗吸
17、收损耗(A)rrdB131.0ftA6.5 薄膜屏蔽薄膜屏蔽屏蔽层厚度屏蔽层厚度/nm1051250219621960频率频率/MHz11000110001100011000吸收损耗吸收损耗 A0.0140.440.165.20.299.22.992反射损耗反射损耗 R10979109791097910979多次反射修正系数多次反射修正系数 B4717260.6210.63.50屏蔽效能屏蔽效能 SE626283848890108171 铜薄膜屏蔽层的屏蔽效能计算值铜薄膜屏蔽层的屏蔽效能计算值 dB薄膜的屏蔽效能几乎与频率无关。薄膜的屏蔽效能几乎与频率无关。多次反射修正系数将为一较大的负值，起
18、着减少界面多次反射修正系数将为一较大的负值，起着减少界面反射损耗的作用。反射损耗的作用。只有当屏蔽层厚度大于只有当屏蔽层厚度大于 t/4时，由于吸收损耗增加，时，由于吸收损耗增加，多次反射修正系数趋于零，屏蔽效能才随频率升高而增多次反射修正系数趋于零，屏蔽效能才随频率升高而增加。加。6.5 薄膜屏蔽薄膜屏蔽不同厚度的铝、铜、金、银、等薄膜的不同厚度的铝、铜、金、银、等薄膜的屏蔽效能与频率的关系曲线屏蔽效能与频率的关系曲线6.5 薄膜屏蔽薄膜屏蔽微机塑料机壳导电喷涂层屏蔽效能的实测值微机塑料机壳导电喷涂层屏蔽效能的实测值 dB dB频频 率率/MHz屏屏 蔽蔽 效效 能能频频 率率/MHz屏屏 蔽蔽 效效 能能磁场磁场电场电场磁场磁场电场电场0.151.0908.0012.7610.503.08212.0013.9580.753.68118.017.9541.005.07624.018.42.007.07130.020.8494.006.764-习题习题6.1 电屏蔽的实质是什么？电屏蔽的实质是什么？6.2 一个用一个用0.8mm薄铝板制成的完整屏蔽体，求薄铝板制成的完整屏蔽体，求该屏蔽体对频率为该屏蔽体对频率为1MHz平面波场的屏蔽效能。平面波场的屏蔽效能。
