第三章电磁兼容屏蔽技术

EE0exejx
2
第三种机理，称为多次反射修正因子：
e t( 1 m a ) ( 1 a m ) e 3 tm a 2 ( 1 a m ) ( 1 m a ) L
三次反射(吸收过程)
五次反射(吸收过程)
5
3.4
电磁屏蔽
实心材料屏蔽效能
入射
A R1
R2
反射
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B
设各泄漏因素的屏蔽效能为 SEi(i1,2,K,n)，即
SEi
20log(E0 ) Ei
Ei E010SEi/20
n
n
总泄漏场 E Ei E0 10SEi/20
i1
i1
故
SE20log(E0)20log(n10SE i/20)
E
i1
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
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。
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
当 g0.5mm,
SEp 27.3
S E 2 0 l g ( 1 0 5 4 .8 3 /2 0 1 0 2 7 .3 /2 0 ) 2 7 .2 d B
＝ R＋ A＋B
透射
R－ 反射损耗
A－吸收损耗
场强
B－多次反射修正因子
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：
a. 远场： Zw
0 120377Ω 0
b. 近场（以电场为主）：Zwe
1
2 f 0r
故： B20lg1(ZmZw)2100.1Aej0.23A ZmZw
当 Zw
Zm
时， ( Zm Zm
Zw )2 Zw
1
则 B20lg1100.1Aej0.23A
1K Zm Zw 1K Zm Zw
10lg[12100.1Acos(0.23A)100.2A]
当 A10dB时，通常可忽略B。
3.4 电磁屏蔽 小结
76.6(dB)
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
2、 缝隙的电磁泄漏
t
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 g 电场为 E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中 的场为Ep ，当g < 10δ/3 时，有
Ep E0eπt/g
故 S E p2 0lo g (E E 0பைடு நூலகம்p)2 0 πg tlo ge2 7 .3g t(d B )
故 S E R m + A + B 4 9 . 4 + 7 . 2 4 1 . 8 1 5 4 . 8 3 d B
3.4 电磁屏蔽 2. 双层屏蔽体的屏蔽效能 总吸收损耗
1
2
SEA+R+B2
x
总反射损耗
多次反射修正
式中：AA 1A2
t1 d t2
0.131t1 fr1r10.131t2 f r2 r2
反射损耗 R 109 79 109 79 109 79
修正因子B -47 -17 -25 -0.6 -3.5 0 屏蔽效能
62 62 83 84 108 171 SE
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
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
R 2 0 lg(1 K )2 2 0 lg(Z w Z m )2 2 0 lgZ w
多次反射修正： B20lg1(ZmZw)2100.1Aej0.23A ZmZw
10lg[12100.1Acos(0.23A)100.2A] （ 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 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。
基于场的计算方法
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
屏蔽机理
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。
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。
3.4 电磁屏蔽
铜薄膜屏蔽层屏蔽效能
屏蔽层厚度 105nm
1250nm
21960nm
频率 1MHz 1GHz 1MHz 1GHz 1MHz 1GHz
吸收损耗A 0.014 0.44 0.16 5.2 2.9 92
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
的第三种机理，称为多次反射修正因子，用B表示。
4
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
Zs ZW
Zs ZW
Z W ——辐射场的波阻抗 Z s ——金属板的波阻抗
吸收损耗
于波导的最低截止频
截止频率：（a、D、W 的单位为：cm） 矩形波导：fc10 = 15×10 9/ a （Hz）
率，因而产生很大的
圆形波导：fc11 =17.6×10 9/ D（Hz）
衰减。
六角波导：fc10 =15×10 9/ W （Hz）
.
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
屏蔽效能（l 的单位为：cm）
屏蔽效能： SERA B (dB )
吸收损耗： A 8 .9 8 t0 .1 3 1 t frr(d B )
反射损耗：远场平面波源 R w 1 6 8 .1 1 0 lg (rf/ r)
电场源
R e 3 2 1 .7 1 0 lg (rr2f3/ r)
磁场源 R m 1 4 .5 6 1 0 lg (rr2f/ r)
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。
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。
RR1R2
20lg(1k1)2 20lg(1k2)2
4k1
4k2
3.4 电磁屏蔽
B 220lg1N 1e(1j)0.23A 1
①的多次反射
20lg1N 2e(1j)0.23A 2 20lg1N 0ej20d
②的多次反射
空气层中的多次反射
N11 1 K K1 12, N21 1 K K2 22,
K1
频率升高，反射损耗增加
Rm14.5610lg(rr r2f)
3.4 电磁屏蔽
③ 多次反射修正 B（dB）
e 2 t e 2 1 j t e 2 te j2 t
而 e2t 100.1A (A 2 0 lg e t e t 1 0 A /2 0)
2t ln 1 0 0 .1 A 0 .2 3 A e 2 t 1 0 0 .1A ej0 .2 3A
解： 屏蔽体处于哪个场区： c 1.5104m —— 近场
f
大功率线圈—— 强磁场，主要为磁屏蔽.
r1, r0.61, 故
R m 1 4 .5 6 1 0 lg (rr 2 f) 1 4 .5 6 3 4 .8 4 4 9 .4 (d B ) r
A0.131 t frr7.24(dB )
c. 近场（以磁场为主）： Zwm 2f0r
反射系数：12
Z
－
2
Z1
Z
＋
2
Z1
透射系数：12 1＋12
1
2
3.4 电磁屏蔽 ① 吸收损耗 A (dB) A20lgert 20lget 良导体 2 0tlg e 8 .9 8t 0 .1 3 1 t frr(d B ) r ——相对于铜的电导率，铜：5.82107S/m r —— 相对磁导率； t —— 厚度（mm）。
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3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
截止波导屏蔽效能
截止波导管 屏蔽效能
反射损耗：
= + 远场区计算公式, 近场区计算公式
吸收损耗：与 截止频率有关
孔洞计算屏蔽效能公式， 前述
波导壁面吸收损失 屏蔽效能明显
.
26
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
截止波导式通风孔 的屏蔽效能
l
l
l
a
D
W
原理： 电磁波频率远低
(2/c)fc 1(f/fc)2
SE20lgel l20lge8.69l
1.823109lfc 1(f/fc)2dB
当 f << fc 时：
矩形波导：SE27.3l dB a
圆形波导：SE32.0 l dB D
Zw Zm1
,
K2
Zw Zm2
,
N0Z Zw w Z Zm m1 2Z Zw w Z Z((d d))
1
2
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
B 220lg1N 0ej20d
当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，
A2A 10.262t frr
R2R1
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
3.5 孔缝对屏蔽效能的影响
3.截止波导
损 耗
截止区
截止频率
fc
频率
频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损 耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。
40log
(1K)2 4K
B220lg1N 0ej20d
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。
3.4 电磁屏蔽
又 Z m 3 .6 9 1 0 7 rf/r 6 .6 8 1 0 5Ω
Z w m 2 π0 fr 0 .0 8 Ω Z m
B 1 0 l g 1 2 1 0 0 . 1 A c o s ( 0 . 2 3 A ) 1 0 0 . 2 A 1 . 8 1 d B
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
电磁辐射
电磁骚扰源 传播途径
自然：雷电；太 阳风暴；辐射等
传导耦合
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
电磁兼容设计
电磁干扰分 析
电磁干扰测 试
测试标 准
4 K
4 Z w Z m
4Z m
良导体：Z m 2f / 3 .6 9 1 0 7 rf/r
媒质本 征阻抗
a. 远场： Zw120π377Ω
R w 1 6 8 .1 1 0 lg (rf/r)
b.近场：电场源
频率升高，反射损耗减小
Z we
1
2 f 0r
c.近场：磁场源
Zwm 2f0r
Re321.710lg(rr r2f3)
解： S E 2 0 l g ( 1 0 1 1 0 / 2 0 1 0 1 0 1 / 2 0 1 0 9 2 / 2 0 1 0 8 8 / 2 0 1 0 8 3 / 2 0 )
20lg(0.321050.89105 2.511053.981057.08105)
2 0 [ 5 l g ( 0 . 3 2 0 . 8 9 2 . 5 1 3 . 9 8 7 . 0 8 ) ]
当 g0.25mm, SEp 54.6
S E 2 0 l g ( 1 0 5 4 .8 3 /2 0 1 0 5 4 .6 /2 0 ) 4 8 .8 d B
当 g0.1mm,
SEp 136.5
S E 2 0 l g ( 1 0 5 4 .8 3 /2 0 1 0 1 3 6 .5 /2 0 ) 5 4 .8 d B