電磁屏蔽設(shè)計(jì)因素考量

屏蔽技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電磁干擾防護(hù)的最基本也是最重要的手段之一。 按欲屏敲的電磁場(chǎng)性質(zhì)分類，屏蔽技術(shù)通?？煞譃槿箢?電場(chǎng)屏蔽(靜電場(chǎng)屏蔽及低頻交變電場(chǎng)屏蔽)、磁場(chǎng)屏蔽(直流磁場(chǎng)屏蔽和低頻交流磁場(chǎng)屏蔽)及電磁場(chǎng)屏蔽(同時(shí)存在電場(chǎng)及磁場(chǎng)的高頻輻射電磁場(chǎng)的屏蔽)。 從屏蔽體的結(jié)構(gòu)分類，可以分為完整屏蔽體屏蔽(屏蔽室或屏蔽盒等)、非完整屏蔽體屏蔽(帶有孔洞、金屬網(wǎng)、波導(dǎo)管及蜂窩結(jié)構(gòu)等)以及編織帶屏蔽(屏蔽線、電纜等)。

?

屏蔽原理金屬屏蔽體可以對(duì)電場(chǎng)起到屏蔽作用，但是，屏蔽體的屏蔽必須完善并良好接地，低頻交變電場(chǎng)的屏蔽則與靜電屏蔽的情況完全一樣。磁場(chǎng)屏蔽通常采取下列辦法:①采用高磁導(dǎo)率材料用于屏蔽直流和低頻磁場(chǎng)。②采用反向磁場(chǎng)抵消的辦法，實(shí)現(xiàn)磁屏蔽。在高頻磁場(chǎng)屏蔽的場(chǎng)合，這種金屬屏蔽休應(yīng)為良導(dǎo)體，如銅、鋁或銅鍍銀等。在利用屏蔽電纜實(shí)現(xiàn)磁屏蔽場(chǎng)合，電纜屏蔽層必須在兩端接地，這樣可以將芯線中產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消掉，從而達(dá)到磁場(chǎng)屏敝的目的。 對(duì)干射頻電磁場(chǎng)來說，必須同時(shí)對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)加以屏蔽，故通常稱為“電磁屏蔽”，高頻電磁屏蔽的機(jī)理，則主要是基于電磁波穿過金屬屏蔽體產(chǎn)生波反射和波吸收的機(jī)理，電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí)，之所以會(huì)產(chǎn)生波反射，其主要原因是電磁波的波阻抗與金屬屏蔽體的特征阻抗不相等，兩者數(shù)值相差越大，波反射引起的損耗也越大。波反射還和頻率有關(guān):頻率越低，反射越嚴(yán)重。而電磁波在穿透屏蔽體時(shí)產(chǎn)生的吸收損耗，則主要是由電磁波在屏蔽體中感生的渦流引起的。感生的渦流可產(chǎn)生一個(gè)反磁場(chǎng)抵消原干擾磁場(chǎng)，同時(shí)渦流在屏蔽體內(nèi)流動(dòng)，產(chǎn)生熱損耗。此外，電磁波在穿過屏蔽層時(shí)，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生多次反射。

屏蔽體設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，大到屏蔽室和大型電氣設(shè)備的機(jī)殼:小到各種傳感器的屏蔽殼體、電子部體的屏蔽盒和機(jī)內(nèi)屏蔽線(纜)等。它們的工作環(huán)境不同，對(duì)屏蔽的要求也不同。

?

1.屏蔽體設(shè)計(jì)的一般原則(])首先確定屏蔽設(shè)計(jì)所面臨的電磁環(huán)境。例如:欲屏蔽的主要電磁干擾源是什么?它屬于什么類型?是高阻抗電場(chǎng)、低阻抗磁場(chǎng)還是平面波?場(chǎng)的強(qiáng)度、頻率以及屏蔽體至主要干擾源的距離或被屏蔽的干擾源到被干擾電路的距離等。 (2)確定最易接受干擾電路的敏感度，以決定對(duì)完整屏蔽體的屏蔽要求。 (3)進(jìn)行屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括:①確定屏蔽體上必須的各種開孔、窺視窗以及必要的電纜進(jìn)出口孔。這些開孔均不可避免地使屏蔽完整性遭到破壞。從而造成部分磁場(chǎng)的泄漏，對(duì)此必須要作出估算，從而確定對(duì)實(shí)際屏蔽體的屏蔽要求。②根據(jù)上述屏蔽要求，決定屏蔽層數(shù)(單、雙層)、屏蔽材料、防止屏蔽完整性遭到破壞的各種窗口屏蔽結(jié)構(gòu)等。 (4)進(jìn)行的工藝設(shè)計(jì)。要目是保證前述各種可能出現(xiàn)的非完整屏蔽窗口的屏蔽完整性。

2.屏蔽層材料的選擇(1)電場(chǎng)及平面波電磁場(chǎng)屏蔽材料的選擇。為了良好地屏藏高阻抗中場(chǎng)及平面波電磁場(chǎng)，屏蔽材料必須具有良好的電導(dǎo)率。屏蔽平面波對(duì)屏蔽材料的要求與屏蔽電場(chǎng)相同，只是要求屏蔽材料有一定的厚度，具體數(shù)值與電磁波的頻率有關(guān)。 (2)磁場(chǎng)(特別是低頻磁場(chǎng))屏薪材料的選擇、對(duì)高頻磁場(chǎng)的屏蔽，屏蔽材料的選擇與屏蔽電場(chǎng)的要求一樣:當(dāng)頻率較低時(shí)，選擇高磁導(dǎo)率材料，不是靠感生渦流產(chǎn)生的反磁場(chǎng)，而是靠屏蔽材料的低磁阻特性。 特別需要指出的是，通常手冊(cè)或產(chǎn)品說明書中給出的磁性材料的磁導(dǎo)率，均是指在直流工作情況下的磁導(dǎo)率。當(dāng)頻率增高時(shí)，磁導(dǎo)率將逐漸下降。 由于磁飽和的關(guān)系，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)，磁導(dǎo)率會(huì)下降，最好采用多層屏蔽的結(jié)構(gòu)，在加工高磁導(dǎo)率材料的過程中，磁性材料因受到敲打、沖擊、鉆孔。彎折等各種原因造成的機(jī)械應(yīng)力，材料的磁導(dǎo)率都會(huì)明顯下降。

3.屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)單層屏蔽結(jié)構(gòu)與多層屏蔽結(jié)構(gòu)。盡量采用單層，完整的屏蔽結(jié)構(gòu)。電子設(shè)備使用塑料外殼的越來越多，為了防止電磁波的輻射或屏藏外界電磁波的干擾，必須采用新的單層屏蔽方法。最常見的是，用金屬箱帶在設(shè)備殼體內(nèi)壁粘貼一層或幾層金屬箔(通常是用銅箔或鋁箔)。為保證其屏蔽的完整性，接縫處必須要用導(dǎo)電黏合劑或混有金屬微粒的黏合劑，同時(shí)，要保證它們良好接地?？刹捎脤?dǎo)電涂料和金屬噴涂(鎳粉涂料或鍍鋅噴涂)等方法制成薄膜屏蔽層。 對(duì)磁場(chǎng)屏蔽而言，特別是對(duì)低頻磁場(chǎng)而言，常常不得不采用多層屏蔽，通常采用雙層屏蔽結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)多層屏蔽結(jié)構(gòu)的原則是: 1)各屏蔽層之間不能有電氣上的連接。 2)應(yīng)根據(jù)所處電磁環(huán)境最大磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況，合理安排各屏蔽層的材料。

?

3)屏蔽罩盡量不要開孔或開縫，不致產(chǎn)生局部磁飽和。 4)第一屏蔽層屏敝高頻電磁場(chǎng)時(shí)，當(dāng)屏蔽罩上必須開孔時(shí)，應(yīng)該注意開孔的方位，以保證渦流能在材料中均勻分布。 (2)屏蔽通風(fēng)孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使屏蔽體上開了若干通風(fēng)孔以后，不但能保證良好的通風(fēng)散熱，而且能保證屏蔽效能不下降。其基本出發(fā)點(diǎn)在于，將每個(gè)通風(fēng)孔設(shè)計(jì)成對(duì)欲屏蔽的電磁波構(gòu)成衰減波導(dǎo)管的形狀。