电子设备屏蔽与屏蔽效果

电子设备屏蔽与屏蔽效果

用导电或导磁材料制成的用以抑制电场、磁场及电磁场干扰的盒、壳、板和栅、管等措施称为屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄露出该内部区域，二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。根据其抑制功能不同，屏蔽可分为：

电屏蔽即静电场或交变电场的屏蔽，用于防止和抑制寄生的电容耦合，隔离静电或交变电场的干扰。

磁屏蔽即对恒磁场或交变磁扬的屏蔽，用于防止磁感应，抑制寄生电感耦合，隔离磁场的干扰。

电磁屏蔽即电磁场的屏蔽，用于防止和抑制高频交变电磁场(f≥150kHz)的干扰，即隔离电磁耦合和辐射电磁场的干扰。

屏蔽体的屏蔽效果用屏蔽效能SE（Shielding effectiveness）来表示，屏蔽效能的定义为，在同一干扰作用下，无屏蔽体时测得的场强和有屏蔽体时测得的场强之比。即：

1010H H E E SE == （5.1）

如以对数表示则为：

)lg(20)lg(201

010H H E E S B d == （5.2） 式中 SE —屏蔽效能；

B d S —以分贝为计量单位的屏蔽效能，（dB ）；

E 0—无屏蔽体时测得某点的电场强度；E 1—有屏蔽体时测得同一点的电场强度；

H 0—无屏蔽体时测得某点的磁场强度；H 1—有屏蔽体时测得同一点的磁场强度。

屏蔽效能越高，实施的难度越大。民用设备的机箱一般仅需要40dB 左右的屏蔽效能，而军用设备的机箱一般需要60dB 以上的屏蔽效能。

5.2.1电场屏蔽

1. 电场屏蔽的原理

电场的屏蔽原理可用电磁场的理论分析。在干扰源和敏感单元之间设置良好接地的金属屏障，就可抑制干扰源电场对敏感设备的影响。

从场的观点看，电屏蔽的实质是干扰源发出的电力线被终止于屏蔽体，从而切断了干扰源与敏感单元之间电力线的

交连；从电路的观点分析，屏蔽体起着减小干扰源和敏感单元之间分布电容的作用。

2.电屏蔽的设计要点

要减少电场所引起的干扰，可采取以下措施：

⑴屏蔽体必须良好接地。一般要求屏蔽体与地的连接电阻小于2mΩ，在严格的场合下要求连接电阻小于0.5 mΩ。为减少屏蔽体接地导线的直流和交流电阻，可选用横截面和周长较大的导线，如扁铜条和编织线。为减小接地导线的感抗，要尽量减少导线长度。

⑵正确选择接地点。屏蔽体的接地点应靠近被屏蔽的低电平元件的入地点，避免低电平电路的地线流过较大的地电流。

⑶合理设计屏蔽体的形状。用全封闭的盒体最好。

⑷选择导电性能好的导体做屏蔽体。如铜、铝等，高频时，屏蔽体表面镀银。

3．电场屏蔽的结构

⑴单层盖结构。屏蔽体用单层盖的屏蔽盒，为减少盒盖与盒体间的接触电阻，在盒体上安装铍青铜簧片以增加盒盖与盒体间的接触面积。

（2）双层屏蔽盖结构。采用双层屏蔽盖结构可以进一步提高屏蔽的效能。此时盒体的内表面与内屏蔽盖构成一个屏

蔽盒，而盒体的外表面与外层屏蔽盖又构成了另一个屏蔽盒。因此，可以大大提高屏蔽效果。

（3）屏蔽盒的共盖和分盖结构。在有隔板的屏蔽盒体内采用分开的屏蔽盖，以减少其间的寄生耦合电容。

（4）印制导线屏蔽单面印制板，在信号线之间设置接地的印制导线以起屏蔽作用。双面印制板，除在信号线之间设置接地导线之外，其背面铜箔也接地。

（5）变压器的电屏蔽。变压器的初级、次级绕组及铁芯之间存在着较大的分布电容，若在两个绕组间加一个电屏蔽层并接地，可以减少它们的寄生耦合。

5.2.2低频（恒定）磁场的屏蔽

1．屏蔽原理

对恒磁场或低频交变磁扬（ f 100kHz ）的屏蔽，其屏蔽的方法是选用高磁导率的铁磁材料（例如铁、硅钢片、坡莫合金等）进行磁分路。

磁场有磁力线，磁力线所通过的路径称为磁路，如图5.18所示。磁路具有磁阻

R，如果磁路横截面是均匀的，且

m

磁场也是均匀的。则：

S

l

Φ图5.18 磁路与磁阻

S

μ

l R

m

=

式中l—磁路长度（m）

S—磁路截面积（m2）

μ—铁磁性材料的磁导率（H/m）

显然，磁导率μ越大，磁阻

m

R就越小。由于铁磁性材料的

磁导率比空气的磁导率

μ大得多，所以铁磁性材料的磁阻很小。将铁磁性材料置于磁场中时，磁通将主要通过铁磁性材料，而通过空气的磁通将大为减小，从而起到磁场屏蔽作用。

2．低频磁屏蔽的设计要点

要减少低频磁场所引起的干扰，可采取以下措施：

①选择相对磁导率高的材料做屏蔽体。材料的相对磁导率μr等于材料的磁导率与空气磁导率的比值；材料的相对电导率σr等于材料的电导率与空气电导率的比值。

②被屏蔽元件和屏蔽盒之间选择合适的间隙。被屏蔽元件与屏蔽盒之间的间隙l∆增大，有利于提高屏蔽效果。但是，间隙l∆过大，将使得屏蔽盒变大，会使结构安排带来困难，

因此，一般取

l l∆、

D

l∆（圆形）为0.05～0.25。

③选择足够的屏蔽盒壁厚t。增大壁厚t有利于减小磁阻，使得磁分路效果更加明显，但壁厚t的大小还应考虑成本、制造工艺、结构尺寸等因素。

④注意屏蔽盒的安装方向，对于横截面为矩形的屏蔽

d较小，盒，安装时应使其长边平行于磁力线方向，因为这样

l

对提高SE有利。

（3）低频磁场屏蔽的结构

由于磁场屏蔽是通过选用高磁导率材料进行磁分路来实现的，因此，在磁场屏蔽的结构设计时，要围绕减少磁阻工作开展，具体可采取以下措施。

①减小屏蔽盒（罩）接缝的磁阻

②屏蔽盒（罩）接缝位置应平行于磁场

当磁场垂直于屏蔽盒（罩）接缝时，接缝切断磁力线，磁通流经接缝处会遇到较大的磁阻。若磁场平行于接缝，则磁阻较小，不影响磁通流。因此磁屏蔽体的接缝应平行于磁场方向，即平行于磁通流通的磁路。要做到这一点，一是在结构设计时安排好接缝，二是在安装屏蔽盒（罩）时注意其方向，使接缝的位置不影响磁阻或不影响磁路。