第3章+电磁干扰抑制的屏蔽技术090216

St

St
S / 2 tS HS
UmS 2

RmS 2S
2
HSb
故
U mS
UmS 2 2UmS1
a HS (b 2)
对于磁路C1：
Rm1

b 2t
0 (a 2t)

b
0a
Um1 1Rm1 H1b
1 0aH1
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
H0
外磁场 H0 ；屏蔽体内 HS ；腔内 H1
t
流经屏蔽体的磁通：S S HS 2t
b
流经空腔的磁通： 1 0H1(a 2t)
a
总磁通：0 0H0a ，则
0 s 1 0H0a 2S HSt 0H1(a 2t)
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
n 次透射： n 12 23 2123 e n1 2n1 t
……
总
透
T
12 23et


12
23
21
e3
23
t

12 23 (2123 )n1e(2n1)t
射
场 强
12 23e t [1 2123e2 t (2123e2 t )n1 ]
2. 目的： • 限制内部能量泄漏出内部区域 （主动屏蔽） • 防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）
3. 原理： • 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
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
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）


j
良导体 ( ) ：Zm
j (1 j) f


传播常数： j j c j j
良导体： j j (1 j) f
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
波阻抗：
a. 远场： Zw
S US ～
CSR0 R
CR
UN0
未加屏蔽的耦合
CSR1
C1 S
C2 R
US ～ Up
CR C3
加屏蔽的耦合
（2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响）
UN1
Up

C1
C3
C1U S C2CR /(C2
CR )
U N1

C2U P C2 CR
UP 1 CR / C2
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
SE(dB) 20 log E0 E1
SE(dB) 20 log H0 H1
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；
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
衰减量与屏蔽效能的关系
无屏蔽场强 10 100
1000 10000 100000 1000000
（2）屏蔽体接地
C3
UN1 0
C1 S US ～
CSR1
C2 R
CR
UN1
屏蔽体接地
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
（3）屏蔽体接地时，CSR1的影响
U N1

C2
CSR1U S CR CSR1

CSR1U S C2 CR
US ～
CSR C2 CR
UNP
等效电路Байду номын сангаас
• 屏蔽效能: SE(dB) 20 lg UN 0 UN1
0 120 377Ω 0
b. 近场（以电场为主）：Zwe

1
2 f 0r
c. 近场（以磁场为主）： Zwm 2 f 0r
反射系数： 12

Z2－Z1 Z2＋Z1
透射系数： 12 1＋12
1
2
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
★ 屏蔽效能计算（设入射波场强 E0 1 ）
耦合干扰 • 分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽 1. 静电屏蔽 • 原理：静电平衡 • 要求：完整的屏蔽导体和良好接地
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
2. 低频交变电场屏蔽 目的：抑制低频电容性耦合干扰 分析方法：应用电路理论分析
（1）未加屏蔽
UN0

CSR0U S CSR0 CR

US
1 CR / CSR0
一次透射：x = 0 面上：
12 3
反射波：12

Z2－Z1 Z2＋Z1
透射波： 12 1＋12
x = t 面上：反射波： 23 ( 12et ),
透射波： 1 23 ( 12e t )
x t
二次透射：x = 0 面上：
反射波：21[(23 12e t
讨论:（1）屏蔽体不接地，若 C3 C1、 C2CR /(C2 CR ) C1
Up

C1
C3
C1U S C2CR /(C2
CR )
Up US
U N1

C2U P C2 CR
UP 1 CR / C2
U N1

C2U S C2 CR
1 1 CR
/ C2 US
• 高频磁场屏蔽
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。
反磁场 高频磁场
涡流 金属板
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
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
磁压降： U m Hl
1)2

ex H1
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
屏蔽效能
SE 20lg H0 20lg (r2 1)( p 1) 2r ( p 1)
H1
4r p
p b2 / a2
若 r 1 ，则
SE 20lg r ( p 1) 2( p 1) 20lg r (11/ p) 2(11/ p)
讨论：
若 a b
若 a b
SE

20
lg[1
4rbt
a2
]
SE 20 lg[1 2rt ]
a
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
磁场屏蔽的设计要点
• 屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和 • 尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度） • 被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上 • 注意屏蔽体的结构设计，缝隙或长条通风孔循着磁场
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
3.1 概述 3.2 电屏蔽 3.3 磁屏蔽 3.4 电磁屏蔽 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响 3.6 电磁密封处理 3.7 屏蔽设计要点
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
3.1 概述 1. 屏蔽的含义：
• 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。
电子设备
• 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）
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
5. 屏蔽效能( SE )
屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。
定义：
电屏蔽效能
SE E0 或
磁屏蔽效能
E1
SE H0 或 H1
磁通： BS HS
磁阻：
Rm
Um


l
S
Um
H

第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
(1) 圆柱形腔的磁屏蔽效能
内半径为a 、外半径为b，磁导率为 ，外加均匀磁场 H0
方法：磁标位 U m
U m 的方程
2U m

1 r
r
(r
Um ) r
1 r2
2U m
2
3R
• 非球形腔体的屏蔽效能
SE 20 lg(1 2rt )
3Rc
等效半径：
Rc
3
3V
4
0.62 3 V
（V——屏蔽体的体积）
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
例：长方体屏蔽盒尺寸为：150 200 200mm3、壁厚 t 2mm 。
试计算用钢板 (r1 1000) 和坡莫合金 (r2 10000) 作屏蔽
由于 U mS U m1
(2b a)HS 2bH1
于是有：
0 H 0 a

20r
2bt 2b a
H1

0 H1a
H0 4rbt 1
H1 a(2b a)
故
SE 20 lg[1 4rbt ]
a(2b a)
2b HS 2b a H1
0 s 1


U m2 r
r b时，U m2 U m3
解得：A1


b2 (r
4r b2 H 0 1)2 a2 (r
1)2

U m2 r

0
U m3 r
A2


2(r 1)b2H0
b2 (r 1)2 a2 (r
1)2
B2


2(r 1)a2b2H0 b2 (r 1)2 a2 (r 1)2

0
外磁场 H0的磁标位 Um0 H0r cos
r<a
Um1 A1r cos
ar b r b
U m2

( A2r

B2 r
) cos
U m3

(H0r

B3 r
) cos
b
a
H0
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
边界条件：
r a时，U m1 U m2
0
U m1 r
B3


(r2 1)(a2 b2 )b2H0 b2 (r 1)2 a2 (r 1)2
故
Um1

b2 (r
4rb2H0 1)2 a2 (r
1)2
r cos

b2 (r
4rb2Um0 1)2 a2 (r
1)2
H1

Um1
ex
b2 (r
4rb2H0 1)2 a2 (r
材料时的SE 。
解：Rc 0.623 150200 200 112.66mm
钢： SE 20lg(1 2r1t ) 22.17dB
3Rc
合金： SE 20lg(1 2r2t ) 41.54dB
3Rc
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
（2）用磁路方法计算屏蔽效能
矩形截面屏蔽体：a b 、厚度t，(a 2t)
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
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
2. 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）
屏蔽效能： SE R A B(dB)
媒质的本征阻抗： Z j , c j
c
4p
4
令 t b a 、R (a b) / 2 ，若t～0，即 a2 b2 R2
则
SE

20
lg
4

r
(2Rt 4
/
a2
)

20
lg(1
r Rt
2a2
)

20
lg(1
rt
2R
)
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
• 球形腔体的屏蔽效能 SE 20 lg(1 2rt )
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
电场屏蔽的设计要点 • 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 • 屏蔽体要靠近受保护的设备 • 屏蔽体要有良好的接地
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
3.3 磁场屏蔽 1．原理 • 低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
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。
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 • 对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
3.4 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）
t
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
磁路计算：(t a,t b)
H0
对于磁路CS：
a/4 a
从P1到Q1: 磁阻为
RmS1
St

4St
Q1 CS P1
t C1
b
磁通为 S / 2 tS HS
S 2tS HS
磁压降 UmS1
RmS1 S
2

HSa 4
Q2
P2
a
从Q1 到 Q2:
b 2t b
RmS 2
)e t
]

e2 t 21 23 12
x = t 面上：
反射波：
23[(2123
e2 t
12
)e t
]


21
12

e2 3
23
t
透射波：
2


23[(
21
23
e2
12
t
)e
t
]

12 232123e3 t
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
有屏蔽场强 1 1 1 1 1 1
屏蔽效能 SE（dB） 20 40 60 80 100 120
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
屏蔽效能的要求
机箱类型 民用产品 军用设备 TEMPEST设备 屏蔽室、屏蔽舱
屏蔽效能 SE（dB） 40以下 60 80 100以上
第3章:电磁干扰抑制的屏蔽技术
3.2 电场屏蔽 • 电场屏蔽的作用：防止两个设备（元件、部件）间的电容性