第三章_电磁兼容 屏蔽技术2
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电磁兼容设计
电磁屏蔽2
物理电子学 路书祥
上节回顾
人为：核电磁脉冲； 电源质量；网络结构 参数变化；静电等 电磁骚扰源
自然：雷电；太 阳风暴；辐射等
电磁辐射
传播途径
传导耦合
电磁兼容设计
接地
滤波 PCB中EMC 设计
电磁屏 蔽 电磁干扰防 护 保护设备 基于路径的方法 基于场的计算方法 电磁干扰分析 电磁干扰测 试 测试标准
频率升高，反射损耗增加
c.近场：磁场源
Zwm 2 f 0r
r 2 Rm 14.56 10 lg( r f ) r
3.4 电磁屏蔽
③ 多次反射修正 B（dB） 而
e2 t e21 j t e2t e j 2t
e
2 t
10
0.1 A
( A 20lget et 10A/ 20 )
Z m Z w 2 0.1 A j 0.23 A ) 10 e 多次反射修正： B 20 lg 1 ( Zm Zw 10 lg[1 2 100.1 A cos(0.23 A) 10 0.2 A ]
（ Zw Zm ）
3.4 电磁屏蔽
例1 有一个大功率线圈的工作频率为20kHz ，在离线圈0.5m处
故
SE Rm +A+B 49.4+7.24 1.81 54.83dB
3.4 电磁屏蔽
SE A+R+B2
总反射损耗
2. 双层屏蔽体的屏蔽效能
总吸收损耗
1
2
x
多次反射修正
t1 式中：A A1 A2
d
t2
0.131t1 f r1 r1 0.131t2 f r 2 r 2
置一铝板( r 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。
c 4 解： 屏蔽体处于哪个场区： 1.5 10 m —— 近场 f
大功率线圈—— 强磁场，主要为磁屏蔽.
r 1 , r 0.61, 故 r 2 Rm 14.56 10lg( r f ) 14.56 34.84 49.4(dB) r
Z 2－Z1 Z 2＋Z1
1
2
＋12 透射系数： 12 1
3.4 电磁屏蔽
① 吸收损耗 A (dB)
A 20 lg e
rt
20 lg e
t
良导体
20 t lg e 8.98 t 0.131t f r r (dB)
r ——相对于铜的电导率，铜： 5.82 107 S/m r —— 相对磁导率； t —— 厚度（mm）。
B 20 lg 1 100.1 A e j 0.23 A
1 K Zm Zw 1 K Zm Zw
10 lg[1 2 100.1 A cos(0.23 A) 100.2 A ]
当 A 10dB 时，通常可忽略B。
3.4 电磁屏蔽
小结
屏蔽效能： SE R A B(dB)
20lg(0.32 105 0.89 105 2.51105 3.98 105 7.08 105 )
20[5 lg(0.32 0.89 2.51 3.98 7.08)]
76.6(dB)
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
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t ，入射波 电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中 的场为Ep ，当g < 10δ/3 时，有 g t
et (1 ma )(1 am ) e3t ma 2 (1 am )(1 ma )
三次反射(吸收过程) 五次反射(吸收过程)
5
3.4 电磁屏蔽
入射
实心材料屏蔽效能
A
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B
透射
R1
反射
R2
R－ 反射损耗
A－吸收损耗 B－多次反射修正因子
吸收损耗： A 8.98 t 0.131t 远场平面波源 反射损耗：
f r r (dB)
Rw 168.1 10lg(r f / r )
电场源 磁场源
Re 321.7 10lg(r r 2 f 3 / r )
Rm 14.56 10lg( r r 2 f / r )
A 0.131t f r r 7.24(dB)
3.4 电磁屏蔽
又
Zm 3.69 107 r f / r 6.68 105 Ω
Zwm 2π0 fr 0.08Ω Zm
0.1 A 0.2 A B 10 lg 1 2 10 cos(0.23 A ) 10 1.81dB
测试方法 测试系统
•网格法 •特征线法 •频域法
•案例分析
•有限元边界元法 •差分法 •模拟电荷法
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
3.4 电磁屏蔽
设金属平板左右两侧均为空气，因而在左右两个界面上出 现波阻抗突变，入射电磁波在界面上就产生反射和透射。 电磁能（波）的反射，是屏蔽体对电磁波衰减的第一种机 理，称为反射损耗，用R表示。
2 t ln100.1A 0.23 A
故： B 20 lg 1 ( 当 Zw Zm 则
e2 t 100.1A e j 0.23 A
Z m Z w 2 0.1 A j 0.23 A ) 10 e Zm Zw Zm Zw 2 ) 1 时， ( Zm Zw
R R1 R2 (1 k1 ) 2 (1 k2 ) 2 20 lg 20 lg 4k1 4k 2
3.4 电磁屏蔽
B2 20lg 1 N1e(1 j )0.23 A1
①的多次反射
20lg 1 N2e(1 j )0.23 A2 20lg 1 N0e j 2 0d
3.4 电磁屏蔽
（3）薄膜屏蔽： 工程塑料机箱具有造型美观、加工方便、质量轻等优点。 如何使机箱具有屏蔽作用？ 通过喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电 薄膜。 设薄膜厚度为t，电磁波在薄膜中的波长为 t ，当 t t 4 ， 称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。 由于薄膜屏蔽导电层很薄，吸收损耗可以忽略，屏蔽效能 主要由反射损耗和多次反射修正因子确定，可以按金属平 板屏蔽的相关公式进行计算。
结论： • • 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； 磁导率越高，吸收损耗越大；
• 电导率越高，吸收损耗越大；
• 频率越高，吸收损耗越大。
3.4 电磁屏蔽
② 反射损耗 R (dB)
Zw Zm
波阻抗
Zw ( Z w Z m )2 (1 K ) 2 R 20 lg 20 lg 20 lg 4K 4Z w Z m 4 Zm
当 g 0.5mm ,
SEp 27.3
SE 20lg(1054.83/ 20 1027.3/ 20 ) 27.2dB 当 g 0.25mm , SEp 54.6 SE 20lg(1054.83/ 20 1054.6/ 20 ) 48.8dB
当 g 0.1mm ,
3.4 电磁屏蔽
铜薄膜屏蔽层屏蔽效能 屏蔽层厚 度 频率
105nm
1250nm
21960nm
1MHz 1GHz 1MHz 1GHz 1MHz 1GHz 0.44 79 -17 62 0.16 109 -25 83 5.2 79 -0.6 84 2.9 109 -3.5 108 92 79 0 171
3.4 电磁屏蔽
屏蔽效能的第一种机理－电磁能的反射是因为空气－金
属界面上阻抗不匹配而发生的。反射系数为
Z s ZW Z s ZW
吸收损耗
ZW Zs
——辐射场的波阻抗 ——金属板的波阻抗
E E0e e
x j x
2
第三种机理，称为多次反射修正因子：
Ep E0e
πt / g
E0 t t 故 SE p 20log( ) 20π log e 27.3 (dB) Ep g g
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
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
例2 设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB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：
101dB ；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接 缝泄漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。 解： SE 20lg(10110/ 20 10101/ 20 1092/ 20 1088/ 20 1083/ 20 )
SEp 136.5
SE 20lg(1054.83/ 20 10136.5/ 20 ) 54.8dB
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
缝隙的处理
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
吸收损耗A 0.014 反射损耗 R 修正因子B 屏蔽效能 SE 109 -47 62
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
实际机箱上有许多泄漏源: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。
1、 综合屏蔽效能的计算公式
设各泄漏因素的屏蔽效能为 SEi (i 1, 2,
, n) ，即
x t1 d t2
3.4 电磁屏蔽
通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则
B2 20 lg 1 N 0 e
j 2 0 d
当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，
A 2 A1 0.262t
f r r
(1 K ) 2 R 2 R1 40 log 4K
B2 20 lg 1 N 0 e j 2 0 d
屏蔽机理
透射入金属板内继续传播，其场量 振幅要按指数规律衰减。场量的衰 减反映了金属板对透射入的电磁能 量的吸收，电磁波衰减的第二种机 理．称为吸收损耗，用A表示
在金属板内尚未衰减掉的剩余能量达到金属右边界面上时，
又要发生反射，并在金属板的两个界面之间来回多次反射。 只有剩余的一小部分电磁能量透过屏蔽的空间。电磁波衷减 4 的第三种机理，称为多次反射修正因子，用B表示。
②的多次反射
空气层中的多次反射
2
1 K1 N1 , 1 K1
1 K2 N2 , 1 K2
2
1
2
Zw Zw K1 , K2 , Z m1 Zm2
Z w Zm1 Z w Z (d ) N0 Zw Zm2 Zw Z (d )
场强
B
吸收损耗A R1 R2 泄漏
距离
实心材料对电磁波的反射和吸收损耗使电磁能量被大大衰减，将电
场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。
6
3.4 电磁屏蔽
• 波阻抗：
wenku.baidu.com
0 a. 远场： Z w 120 377Ω 0
b. 近场（以电场为主）：Z we
1 2 f 0 r
c. 近场（以磁场为主）： Zwm 2 f 0r 反射系数：12
良导体：Zm 2 f / 3.69 10
a. 远场： Zw 120π 377Ω b.近场：电场源
7
r f / r
媒质本 征阻抗
Rw 168.1 10lg(r f / r )
频率升高，反射损耗减小
Z we
1 2 f 0 r
r 2 3 Re 321.7 10lg( r f ) r
E0 SEi 20 log( ) Ei E010 SEi / 20 Ei
总泄漏场 E Ei E0 10 SEi / 20
i 1 i 1 n n
故
n E0 SE 20log( ) 20log(10 SEi / 20 ) E i 1
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
电磁屏蔽2
物理电子学 路书祥
上节回顾
人为：核电磁脉冲； 电源质量；网络结构 参数变化；静电等 电磁骚扰源
自然：雷电；太 阳风暴；辐射等
电磁辐射
传播途径
传导耦合
电磁兼容设计
接地
滤波 PCB中EMC 设计
电磁屏 蔽 电磁干扰防 护 保护设备 基于路径的方法 基于场的计算方法 电磁干扰分析 电磁干扰测 试 测试标准
频率升高，反射损耗增加
c.近场：磁场源
Zwm 2 f 0r
r 2 Rm 14.56 10 lg( r f ) r
3.4 电磁屏蔽
③ 多次反射修正 B（dB） 而
e2 t e21 j t e2t e j 2t
e
2 t
10
0.1 A
( A 20lget et 10A/ 20 )
Z m Z w 2 0.1 A j 0.23 A ) 10 e 多次反射修正： B 20 lg 1 ( Zm Zw 10 lg[1 2 100.1 A cos(0.23 A) 10 0.2 A ]
（ Zw Zm ）
3.4 电磁屏蔽
例1 有一个大功率线圈的工作频率为20kHz ，在离线圈0.5m处
故
SE Rm +A+B 49.4+7.24 1.81 54.83dB
3.4 电磁屏蔽
SE A+R+B2
总反射损耗
2. 双层屏蔽体的屏蔽效能
总吸收损耗
1
2
x
多次反射修正
t1 式中：A A1 A2
d
t2
0.131t1 f r1 r1 0.131t2 f r 2 r 2
置一铝板( r 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。
c 4 解： 屏蔽体处于哪个场区： 1.5 10 m —— 近场 f
大功率线圈—— 强磁场，主要为磁屏蔽.
r 1 , r 0.61, 故 r 2 Rm 14.56 10lg( r f ) 14.56 34.84 49.4(dB) r
Z 2－Z1 Z 2＋Z1
1
2
＋12 透射系数： 12 1
3.4 电磁屏蔽
① 吸收损耗 A (dB)
A 20 lg e
rt
20 lg e
t
良导体
20 t lg e 8.98 t 0.131t f r r (dB)
r ——相对于铜的电导率，铜： 5.82 107 S/m r —— 相对磁导率； t —— 厚度（mm）。
B 20 lg 1 100.1 A e j 0.23 A
1 K Zm Zw 1 K Zm Zw
10 lg[1 2 100.1 A cos(0.23 A) 100.2 A ]
当 A 10dB 时，通常可忽略B。
3.4 电磁屏蔽
小结
屏蔽效能： SE R A B(dB)
20lg(0.32 105 0.89 105 2.51105 3.98 105 7.08 105 )
20[5 lg(0.32 0.89 2.51 3.98 7.08)]
76.6(dB)
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
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t ，入射波 电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中 的场为Ep ，当g < 10δ/3 时，有 g t
et (1 ma )(1 am ) e3t ma 2 (1 am )(1 ma )
三次反射(吸收过程) 五次反射(吸收过程)
5
3.4 电磁屏蔽
入射
实心材料屏蔽效能
A
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B
透射
R1
反射
R2
R－ 反射损耗
A－吸收损耗 B－多次反射修正因子
吸收损耗： A 8.98 t 0.131t 远场平面波源 反射损耗：
f r r (dB)
Rw 168.1 10lg(r f / r )
电场源 磁场源
Re 321.7 10lg(r r 2 f 3 / r )
Rm 14.56 10lg( r r 2 f / r )
A 0.131t f r r 7.24(dB)
3.4 电磁屏蔽
又
Zm 3.69 107 r f / r 6.68 105 Ω
Zwm 2π0 fr 0.08Ω Zm
0.1 A 0.2 A B 10 lg 1 2 10 cos(0.23 A ) 10 1.81dB
测试方法 测试系统
•网格法 •特征线法 •频域法
•案例分析
•有限元边界元法 •差分法 •模拟电荷法
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
3.4 电磁屏蔽
设金属平板左右两侧均为空气，因而在左右两个界面上出 现波阻抗突变，入射电磁波在界面上就产生反射和透射。 电磁能（波）的反射，是屏蔽体对电磁波衰减的第一种机 理，称为反射损耗，用R表示。
2 t ln100.1A 0.23 A
故： B 20 lg 1 ( 当 Zw Zm 则
e2 t 100.1A e j 0.23 A
Z m Z w 2 0.1 A j 0.23 A ) 10 e Zm Zw Zm Zw 2 ) 1 时， ( Zm Zw
R R1 R2 (1 k1 ) 2 (1 k2 ) 2 20 lg 20 lg 4k1 4k 2
3.4 电磁屏蔽
B2 20lg 1 N1e(1 j )0.23 A1
①的多次反射
20lg 1 N2e(1 j )0.23 A2 20lg 1 N0e j 2 0d
3.4 电磁屏蔽
（3）薄膜屏蔽： 工程塑料机箱具有造型美观、加工方便、质量轻等优点。 如何使机箱具有屏蔽作用？ 通过喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电 薄膜。 设薄膜厚度为t，电磁波在薄膜中的波长为 t ，当 t t 4 ， 称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。 由于薄膜屏蔽导电层很薄，吸收损耗可以忽略，屏蔽效能 主要由反射损耗和多次反射修正因子确定，可以按金属平 板屏蔽的相关公式进行计算。
结论： • • 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； 磁导率越高，吸收损耗越大；
• 电导率越高，吸收损耗越大；
• 频率越高，吸收损耗越大。
3.4 电磁屏蔽
② 反射损耗 R (dB)
Zw Zm
波阻抗
Zw ( Z w Z m )2 (1 K ) 2 R 20 lg 20 lg 20 lg 4K 4Z w Z m 4 Zm
当 g 0.5mm ,
SEp 27.3
SE 20lg(1054.83/ 20 1027.3/ 20 ) 27.2dB 当 g 0.25mm , SEp 54.6 SE 20lg(1054.83/ 20 1054.6/ 20 ) 48.8dB
当 g 0.1mm ,
3.4 电磁屏蔽
铜薄膜屏蔽层屏蔽效能 屏蔽层厚 度 频率
105nm
1250nm
21960nm
1MHz 1GHz 1MHz 1GHz 1MHz 1GHz 0.44 79 -17 62 0.16 109 -25 83 5.2 79 -0.6 84 2.9 109 -3.5 108 92 79 0 171
3.4 电磁屏蔽
屏蔽效能的第一种机理－电磁能的反射是因为空气－金
属界面上阻抗不匹配而发生的。反射系数为
Z s ZW Z s ZW
吸收损耗
ZW Zs
——辐射场的波阻抗 ——金属板的波阻抗
E E0e e
x j x
2
第三种机理，称为多次反射修正因子：
Ep E0e
πt / g
E0 t t 故 SE p 20log( ) 20π log e 27.3 (dB) Ep g g
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
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
例2 设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB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：
101dB ；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接 缝泄漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。 解： SE 20lg(10110/ 20 10101/ 20 1092/ 20 1088/ 20 1083/ 20 )
SEp 136.5
SE 20lg(1054.83/ 20 10136.5/ 20 ) 54.8dB
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
缝隙的处理
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
吸收损耗A 0.014 反射损耗 R 修正因子B 屏蔽效能 SE 109 -47 62
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
实际机箱上有许多泄漏源: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。
1、 综合屏蔽效能的计算公式
设各泄漏因素的屏蔽效能为 SEi (i 1, 2,
, n) ，即
x t1 d t2
3.4 电磁屏蔽
通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则
B2 20 lg 1 N 0 e
j 2 0 d
当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，
A 2 A1 0.262t
f r r
(1 K ) 2 R 2 R1 40 log 4K
B2 20 lg 1 N 0 e j 2 0 d
屏蔽机理
透射入金属板内继续传播，其场量 振幅要按指数规律衰减。场量的衰 减反映了金属板对透射入的电磁能 量的吸收，电磁波衰减的第二种机 理．称为吸收损耗，用A表示
在金属板内尚未衰减掉的剩余能量达到金属右边界面上时，
又要发生反射，并在金属板的两个界面之间来回多次反射。 只有剩余的一小部分电磁能量透过屏蔽的空间。电磁波衷减 4 的第三种机理，称为多次反射修正因子，用B表示。
②的多次反射
空气层中的多次反射
2
1 K1 N1 , 1 K1
1 K2 N2 , 1 K2
2
1
2
Zw Zw K1 , K2 , Z m1 Zm2
Z w Zm1 Z w Z (d ) N0 Zw Zm2 Zw Z (d )
场强
B
吸收损耗A R1 R2 泄漏
距离
实心材料对电磁波的反射和吸收损耗使电磁能量被大大衰减，将电
场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。
6
3.4 电磁屏蔽
• 波阻抗：
wenku.baidu.com
0 a. 远场： Z w 120 377Ω 0
b. 近场（以电场为主）：Z we
1 2 f 0 r
c. 近场（以磁场为主）： Zwm 2 f 0r 反射系数：12
良导体：Zm 2 f / 3.69 10
a. 远场： Zw 120π 377Ω b.近场：电场源
7
r f / r
媒质本 征阻抗
Rw 168.1 10lg(r f / r )
频率升高，反射损耗减小
Z we
1 2 f 0 r
r 2 3 Re 321.7 10lg( r f ) r
E0 SEi 20 log( ) Ei E010 SEi / 20 Ei
总泄漏场 E Ei E0 10 SEi / 20
i 1 i 1 n n
故
n E0 SE 20log( ) 20log(10 SEi / 20 ) E i 1
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响