电磁屏蔽的几大技术解析.pdf

电磁屏蔽的几大技术解析 1.电磁屏蔽的目的 电磁波是电磁能量传播的主要方式，高频电路工作时，会向外辐射电磁波， 对邻近的其它设备产生干扰。另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中， 对电路造成干扰。电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，从而消除干扰。在 解决电磁干扰问题的诸多手段中，电磁屏蔽是最基本和有效的。用电磁屏蔽的方 法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电 路做任何修改。 2.区分不同的电磁波 同一个屏蔽体对于不同性质的电磁波，其屏蔽性能不同。因此，在考虑电磁 屏蔽性能时，要对电磁波的种类有基本认识。电磁波有很多分类的方法，但是在 设计屏蔽时，将电磁波按照其波阻抗分为电场波、磁场波、和平面波。 电磁波的波阻抗ZW 定义为：电磁波中的电场分量E 与磁场分量H 的比 值:ZW=E/H 电磁波的波阻抗电磁波的辐射源性质、观测点到辐射源的距离以及电磁波所 处的传播介质有关。 距离辐射源较近时，波阻抗取决于辐射源特性。若辐射源为大电流、低电压 （辐射源的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为磁场波。若辐 射源为高电压、小电流（辐射源的阻抗较高），则产生的电磁波的波阻抗大于 377，称为电场波。 距离辐射源较远时，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特 性阻抗，空气为377Ω。 电场波的波阻抗随着传播距离的增加降低，磁场波的波阻抗随着传播距离的 增加升高。 注意:近场区和远场区的分界面随频率不同而不同，不是一个定数，这在分 析问题时要注意。例如，在考虑机箱屏蔽时，机箱相对于线路板上的高速时钟 号而言，可能处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能处于近场 区。在近场区设计屏蔽时，要分别电场屏蔽和磁场屏蔽。 3.度量屏蔽性能的物理量——屏蔽效能 屏蔽体的有效性用屏蔽效能（SE）来度量。屏蔽效能的定义如下： SE=20lg(E1/E2)(dB) 式中：E1=没有屏蔽时的场强E2=有屏蔽时的场强 如果屏蔽效能计算中使用的是磁场强度，则称为磁场屏蔽效能，如果屏蔽效 能计算中使用的是电场强度，则称为电场屏蔽效能。屏蔽效能的单位是分贝(dB)， 下表是衰减量与分贝的对应关系： 屏蔽前 屏蔽后 衰减量 屏蔽效能 一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB 以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般 要达到60dB，TEMPEST 设备的屏蔽机箱屏蔽效能要达到80dB 以上。屏蔽室或屏 蔽舱等往往要达到100dB。100dB 以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。 4.屏蔽材料的屏蔽效能估算 电磁波在穿过屏蔽体是发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分成两 个部分：反射损耗和吸收损耗。 反射损耗：当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界 面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗，用字母 R 表示。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，要发生两次反射。因此， 电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。反射损耗的计 算公式如下： R=20lg(ZW/ZS)(dB)式中:ZW=入射电磁波的波阻抗，ZS=屏蔽材料的特性阻抗 |ZS|=3.68×10-7 （fμ rσ r）1/2 式中:f=入射电磁波的频率，μ r=相对磁 导率，σ r=相对电导率 吸收损耗：电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致 电磁能量损失，损失的这部分能量成为屏蔽材料的吸收损耗，用字母A 表示，计 算公式如下： A=3.34t （fμ rσ r）1/2(dB) 多次反射修正因子:电磁波在屏蔽体的第二个界面（穿出屏蔽体的界面）发 生反射后，会再次传输到第一个界面，在第一个界面发射再次反射，而再次到达 第二个界面，在这个界面会有一部分能量穿透界面，泄漏到空间。这部分是额外 泄漏的。应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子，用字母B 表示， 大部分场合，B 都可以忽略。 SE=R+A+B 5 影响屏蔽材料的屏蔽效能的因素 从上面给出的屏蔽效能计算公式可以得出一些对工程有实际指导意义的结 论，根据这些结论，我们可以决定使用什么屏蔽材料，注意什么问题。下面给出 的结论，出步一看，会感到杂乱无章，无从应用，但是结合上