电磁屏蔽技术屏蔽效能矩形波导.docx

电磁干扰抑制的屏蔽技术
概述电屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽
孔缝对屏蔽效能的影响
电磁密封处理
屏蔽设计要点
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。

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
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）
5・屏蔽效能
（SE）
屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。

定义：
S选或［磁屏薇敛能」
、SE七或
SE(dB) = 201og 如
E\
5F（dB） = 201og—
未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场;
E- H.—加屏蔽后空间中该点的电（磁）场;
电磁屏蔽技术
E减量与屏蔽效能的关系
无屏蔽场强有屏蔽场强屏蔽效能SE (dB) 10120
100140
1000160
10000180 1000001100 10000001120
电戏屏蔽技术
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
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
u = c SRO U s
C SRO +G l + C R / C SRO
5
u =
(2)加屏蔽(忽略C SQ 的影响)
C\Us
q+q+qc./cq+cj
CJJp
未加屏蔽的耦合
电戏屏蔽技术
讨论：(1)屏蔽体不接地，若c3« c P c2c R/(c2+c R)«q C\Us
Up q+Q+qc./CQ+cj
c2u P u P
5 q+c, 1+C/C2
(2)屏蔽体接地二U p=u s
s
（3）屏蔽体接地时，C SRI的影响
C SR2 S Q C SR U S G + q + C SRl C2 + C R
C SR J IN
丄11r
UsQ c2
二
一C R一_ U NP
等效电路
屏蔽效能：SE(dB) = 20 lg
・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
磁场屏蔽
1.原理
・低频磁场屏蔽(/< 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。

・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。

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：长为八横截面为S的一段屏蔽材料，则其磁阻为
磁压降：U m = Hl
(^ = BS = JLL HS
磁阻：心号哙
电戏屏蔽技术
(1)圆柱形腔的磁屏蔽效能
内半径为a 、外半径为6磁导率为“，外加均匀磁场 方法：磁标位人 “亠卄t 1 d z dU 、 1 d 2
U 小
人的方程
+ = 外磁场凡的磁标位 % = - Ho 厂cos 。

r<a r>b
a< r <b 、1 d 2U m \ I
电戏屏蔽技术
边界条件:
解得：A =
B2 =
故 5 =
心。

时，人严％
"时，血二际
戻(上件 + l)2一 / (". -
l)2
2(ju r -
l)a2b2H0
戻(上你 +1)2—a2(“. —
I)2
dr
dU 9 dU .
/ / in — / / m3
“ ~Z _ “0dr
_ 2(“. +1)戾
2 b?(上你 +1)2—a2 (耳—l)2
(^r2-l)(a2-b2)b2H0
B ——
3戾(“+1)—2
4叨％
(“ —1)2
K P0Q f)—
b2 3 + I)2-夕(仏 - l)2"戻(“.+ 1)2 _ / g _ 1)2
02 ©+1)2 “2© _ 护之曰
屏蔽效能
SE = 201g 鱼=201g（心1）（_ H 3 + 1）
H x A LL p
若仏》1,则
SE = 201g &丄应巴=201g 〃，（1一1仃）+ 2（1 + 1仃）
4/7 4
令t = b-a、R = @ + b）/2，若（~0,即a2 ^b1K R2
・球形腔体的屏蔽效能
SEe201g(l +
•非球形腔体的屏蔽效能
SEu201g(l +
等效半径：R = 3/— «O.62^/V (V-屏蔽体的体积）
电磁屏蔽技术
例：长方体屏蔽盒尺寸为：150x200x200mm\壁厚t = 2mm o 试计算用钢板(A H = 1000)和坡莫合金(“2 = 10000)作屏蔽材料时的SE o
解：R = 0.62^/150 x 200x 200 = 112.66mm
钢：SE = 201g（l + 纽11）q 22.17dB
3R C
合金：SE = 201g（l + q 41.54dB
3&
电磁屏蔽技术
磁路计算：(t «a.t«b) 对于磁路Cs ：
从Pi 到0:磁阻为凡si = ① sl2 =
WsHs
R ①
匕S2 =
= H s b
磁通为，①s 冬=2^習云压
降% 从0 到 02： RmS2 =
%①S
2
b_2t b
------------------------- 2 --------------------------
b-2t b
----------------------------------------------- u ----------------------------
//O (6Z -20 /j Q a
= H 、b
a/4
对于磁路Cl ：
2 岀二幼HISHCH]
电磁屏蔽技术
2b 由于
U^=U m i=(2b + a)Hs=2bH\=Hs = 2bt
莎花比+ Ms …恢=包+41 鱼=4gt +i
H x a(2b^a)
若 a«
b [=> SE = 201g[l + ^^]
H 、 2b + a
于是有：da = 2/J 0/J r
讨论:
若 a»b E => SE = 201g[l
I 4从4
a 2
・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
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
电磁屏蔽技术
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/） 屏蔽效能：SE = R + A + B （dB ）
传播常数：y = oc + j0 = jco =枷“ 3 + 加£ ) 良导
体:y = a + j/3^ JjcDg = (1 + j)^jn (yf
媒质的本征阻抗：Z =
j 仲
A I
，
V CF + ]CD£
\S c=S+
— \
良导体（b »
: z m
斗1+力
如=120〃= 377Q
$0 b•近场（以电场为主）:
c•近场（以磁场为主）: 反射系数：p12=l^l
透射系数：厂］2=1+门2 Z啄=2兀仏r
♦波阻抗：
a•远场：Z vv ,=
★屏蔽效能计算（设入射波场强=1 ）
一次透射：兀=0面上：
7 一
7
反射波：P 12 =右才 透射波:厂、2 = 1+门2
X = t 面上：
反射波：°21（厂12尹），透射波:厂2303"） 反射波：P21K/?237^2e ~Zr ）e ~Zr
l =卩2\卩23 厂捕帀 X = t 面上：
反射波：Pl^p2XP13r
1" 0" 1 =。

21 厂 2。

；3「"
二次透射: x = 0面上:
透射波:
厂23KD21Q23 厂12严'）尹］=厂12 厂23。

21。

23「"
电磁屏蔽技术
I 厂厂厂 12厂23戶+G 厂23门屁戶+…+厂】2厂23（。

2屁严严讪+… \ =厂12厂 3e ~/f
[1 + 卩朋店引 + ・• • +(021023厂"+ …] I
I I
1
I 話2厂歹• ----------- 丽
1 Pz\P 皆
5E = 201g-t I ，T
n 次透射:
e_(2n-i )*
总透射场强
= 201g-J — + 201g|e^| + 201g r 12/ 23
1 —/9]2。

23© 7
即:R = -201g|GG| = -201g
4K (i+^)
B = 20 lg 1-(
l_K )2e —2”
1 + K
A = 201g
\K = Z 2/Z\
“ /良导体
=201ge / J
/
/ .
=20at lge = 8.9Sat «0.13(dB)
6—相对于铜的电导率，铜：cr = 5.82xlO 7
S/m
相对磁导率；t --------- 厚度(mm)。

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，
①吸收损耗A (dB)
J
A = 201g
④频率越高，吸收损耗越大。

R = 20 lg
良导体:
a.远场:
方•近场:
= 201g
Nw »乙」 ，丿波阻抗[
L
-------------------- r --------------------------
丿
/ L ____________________________ J
乙+乙)
2
UoigM
8
4引
、、、、、
【旗质皋i 丨征阻抗=
4乙Z”
=』2兀/〃 / cr = 3.69 x 10"7
^/n r f / a
Z w =12(k«377Q = 心=168.1—lOlg©//?.)
X
「唳率弄京…反嘉损宛漏不…厂’
I
1
、
we
电场源
]
2兀 f
c.近场：磁场源
=> ^=321.7-101g(^r 2/3
)
\姦率弄高，反廃质親增加i
^wm
fT o ►
=2兀f/nj =＞凡=14.56 + 10仗(丄产门
电磁屏蔽技术
当A 〉10dB 时，通常可忽略B 。

③多次反射修正B (dB)
e -2^ Q 0—2(1+
丿)必=e -2^e -J2^
而 严 q 10-°1A
(A = 201ge ar
=>
= 10A/2
°)
n 2at = lnlO
O M
« 0.23A 七 严 沁 io
_O M e _7
°-
23A
Z m - Z 2]0_0.14「0.234 z +z ■ m w 、
7 _7
当久》I 乙I 时，(歸")*1
-0.14「0234 =201g[l-2xl0-°1A
COS (0.23A)+10
_02A
]
故：B = 201g 1-( ^\l-K Z m -Z w \ 壮+K 乙
+Zj
B = 201g 1-10
电磁屏蔽技术
屏蔽效能：SE = R + A + B(dB) 吸收损耗：4二8.98〃e0.13"J/X H (dB) ^.=168.1-101^.//^)
=201g[l-2x 10_0M
cos(0.23A) + 10
_O2A
]
(Zw » z 冲)
反射损耗：平面波源 电场源 ©=321・7 —101g(“”f/q)
磁场源
心=14・56+101g(bXf/“)
多次反射修正：B = 201gl-(
Z/力-Z 2 ] 0—0」A )0.23 A
乙+ Zw
电磁屏蔽技术
屏蔽效能的频率特性
电磁屏蔽技术
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^.=0.61）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。

屏蔽体处于哪个场区：几= = = 1.5xl04m ------------ 近场解:
大功率线圈一强磁场，主要为磁屏蔽.
“ =1，6 =0.61,故
=14.56 + 101g(^ r2f) = 14.56+34.84 = 49.4(dB)
A = 0・13”J/“Q； = 7.24(dB)
又血二3.69x10—7 血J7亍二6・68xl(r 迪
电磁屏蔽技术
z wm = 2 兀从〃 =0.08C »Z m
.•.B = 101g「1 — 2x10_OM cos(0.23A) +10_O2A l =-1.81dB
MB
故SE = R m +A+B = 49.4+7.24-1.81 = 54.83dB
丿总吸收损耗丨
MM OB *■MM OM «B Mi *■«■■OM OM *■ •■■ OM OHB J
X
SE = A 十
/ 、、
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 一■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
I总反射损耗\ [多次反射修正|
I I I I
I I I I
式中：4二£+4
=0・ 13 比Jf—+0.13 ”2 Jf 比2—
2
R = R、十R°
= 201g (1 + Pj2
4£[
+ 201g
(l + 〃2)2
4&
2.双层屏蔽体的屏蔽效能
12
X
(1d(2
电磁屏蔽技术
-(l+j)O.23A …十①的多次反射 L B 2 = 20 lg 1-^e + 201g 1 —Re / /
/
MB AM AM ■■ M MB OB AM MB «V *■ •* «■■
\②的多次反射i
_ _l
q_K] 丫
“ “ K 、—
y K?—
Z \ z
ml \ N 、= -（1+7）0.23 A 2
+ 201g 1 —"（©以加 「空气层申的多次反IF …I 「7）
‘2= ------------------- 1
U + K2 丿
m2
（Zw-z,J （Zw-z （〃））
（乙-Z,”2）（Zw+Z （〃））
通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则B2 «201g \_N&皿d
当两屏蔽层釆用同一金属材料且相同厚度时,
A = 2Aj = 0・262f Jjf “b；
R = 2R=401ogp^^
B2 «201g 1 —N（）e"恥
电磁屏蔽技术
孔缝对屏蔽效能的影响
信号线的出入口，电流线的出入口，通风散热孔，接缝处的缝隙等。

电磁屏蔽技术
(1)综合屏蔽效能的计算公式
设各泄漏因素的屏蔽效能为SEj(i = 12…小即
F
SEj = 201og（」）=> E = E Q KT苹/2o
E i
总泄漏场E = = E o^10~SEi/2°
i=\ i=\
SE二20 log（如）=-201og（^10~S£//2°）
E j=\
例2设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有llOdB的屏蔽效能, 各泄漏因素造成屏蔽效能为: (1)滤波与连接器面板:
lOldB ；(2)通风孔92dB; (3)门泄漏:；dB; (4)接
缝泄漏: ；3dBo求机箱的总屏蔽效能。

解：SE = -20 lgClO-110/20 +10-101/2° +10乜/20 +10-88/20 +10占/20) = -201g(0.32xl0-5 +0.89x10-5 +
2.51X10-5 +
3.98 xlO-5 +7.08 xl0~5)
=-20[-5 + lg(0.32 + 0.89 + 2.51 + 3.98 + 7.08)]
=76.6(dB)
(2)缝隙的电磁泄漏
设金属屏蔽体上有一缝隙，其间隙
为g,屏蔽板厚度为(，入射波电场为仇，
经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为劣，当
gvl(W3时，有
Ep = E严
故5E, =201og(-^-) = 207i-loge«27.3-(dB) Ep g g
电磁屏蔽技术
例3.在例1中开一缝隙，若其宽度为0.5mm> 0.25mm > 0.1mm , 分别求其屏蔽效能。

解：无缝隙时的屏蔽效能：SE=54.83 dB
当g = 0.5mm, => SEp二27.3
SE = -20lg(10-5483/20 +10一力/20)= 27.2dB 当g = 0.25mm, SE p = 54.6
=> SE二-20 lg(10-54 83/20 +10-546/20)= 48.8dB 当g=0.1mm, SE p = 136.5
=> SE二-20lg(10~5483/20 +I()T36.5/2O)=548D B
（3）截止波导式通风孔的屏蔽效能 原理： 电磁波频率远低 截止频率：（a 、D. W 的单位为：cm ） 于波导的最低截止频 矩形波导：£io = 15XlO9/a (Hz) 率，因而产生很大的 圆形波导：An =17.6X10 9/D (Hz) 111 六角波导：Aio =15X10 9/W (Hz)。