电磁屏蔽技术原理概述

电磁屏蔽技术原理概述摘要：讨论了电磁屏蔽技术，包括电磁屏蔽的技术原理、屏蔽资料的功用和运用场所、屏蔽技术的本卷须知、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施。

关键词：电磁屏蔽；屏蔽资料；屏蔽效能引言近几年来，随着电磁兼容任务的展开，电磁屏蔽技术运用得越来越普遍。

为了对电磁屏蔽技术有更深化的了解，应当对屏蔽资料的功用和运用场所、屏蔽技术的本卷须知、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施等停止更深化的讨论。

1 电磁屏蔽的技术原理电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。

即用金属屏蔽资料将电磁搅扰源封锁起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施；或用金属屏蔽资料将电磁敏感电路封锁起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施。

1.1 静电屏蔽用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，假设将金属屏蔽体接地，那么外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。

1.2 交变电场屏蔽为降低交变电场对敏感电路的耦合搅扰电压，可以在搅扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。

交变电场对敏感电路的耦合搅扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。

只需设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合搅扰电压变得很小。

电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不用过大，而以结构强度为主要思索要素。

1.3 交变磁场屏蔽交变磁场屏蔽有高频和低频之分。

低频磁场屏蔽是应用高磁导率的资料构成低磁阻通路，使大局部磁场被集中在屏蔽体内。

屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好。

当然要与设备的重量相协调。

高频磁场的屏蔽是应用高电导率的资料发生的涡流的反向磁场来抵消搅扰磁场而完成的。

1.4 交变电磁场屏蔽普通采用电导率高的资料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。

它是应用屏蔽体在高频磁场的作用下发生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的搅扰，又因屏蔽体接地而完成电场屏蔽。

屏蔽体的厚度不用过大，而以趋肤深度和结构强度为主要思索要素。

2 屏蔽效能计算屏蔽效能〔SE〕的定义是：在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比。

常用分贝数(dB)表示。

SE=A＋R＋B 〔1〕式中：A为吸收损耗；R为反射损耗；B为屡次反射损耗。

2.1 电磁波反射损耗由于空气和屏蔽金属的电磁波阻抗不同，使入射电磁波发生反射作用。

而空气的电磁波阻抗在不同场源和场区中是不一样的，区分计算如下。

磁场源近场中的反射损耗R(dB)为式中：μr为相对磁导率；σr为相对电导率；f为电磁波频率〔Hz〕；D为辐射源到屏蔽体的距离〔cm〕。

电场源近场中的反射损耗R(dB)为电磁场源远场中的反射损耗R(dB)为R=168－10log10(μrf/σr) 〔4〕2.2 电磁波吸收损耗当进入金属屏蔽内的电磁波在屏蔽金属内传达时，由于衰减而发生吸收作用。

吸收损耗A(dB)为式中：d为屏蔽资料厚度〔mm〕。

2.3 屡次反射损耗电磁波在屏蔽层间的屡次反射损耗B(dB)为式中：Zm为屏蔽金属的电磁波阻抗；Zw为空气的电磁波阻抗。

当A>10dB时，普通可以不计屡次反射损耗。

2.4 屏蔽效能计算实例场源距离不同资料的屏蔽体〔厚度0.254mm〕30cm远的屏蔽效能〔dB〕计算结果见表1。

表1中近场和远场的分界点为λ/2π，λ为电磁场的波长。

表1 场源距离不同资料的屏蔽体〔厚度0.254mm〕30cm远的屏蔽效能dB铜铁铝频率/Hz磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场60 3.46 空空 3.22 空空空空空1k 24.89 空空14.66 空空空空空10k 44.92 212.73 128.73 51.50 217.50 134.00 空空空150k 69.40 190.20 130.40 188.0 308.0 248.00 空空空1M 97.60 185.40 141.60 391.0 479.0 435.00 88.00 176.0 - 15M 205.0 245.0 225.0 1102.0 1143.0 1123.0 174.0 215.0 - 100M 418.0 426.0 422.0 1425.0 1434.0 1430.0 342.0 350.0 -3 屏蔽的本卷须知3.1 屏蔽的完整性假设屏蔽体不完整，将招致电磁场走漏。

特别是电磁场屏蔽，它应用屏蔽体在高频磁场的作用下发生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场搅扰。

假设屏蔽体不完整，涡流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣。

3.2 屏蔽资料的屏蔽效能和运用场所电磁屏蔽技术的停顿，促使屏蔽资料的方式不时开展，而不再局限于单层金属平板形式，屏蔽效能也不时提高。

运用时要特别留意不同的屏蔽资料具有不同的屏蔽效能和运用场所。

3.2.1 金属平板电子设备采用金属平板做机箱，既稳固耐用，又具有电磁屏蔽作用。

其电磁屏蔽效能与金属平板资料性质、电磁场源性质、电磁场源与金属平板的距离、屏蔽体接地状况等参数有关。

各种金属屏蔽资料的功用见表2。

表2 各种金属屏蔽资料的功用3.2.2 屏蔽薄膜当今许多电子设备采用工程塑料做机箱，由于工程塑料的加工工艺功用好，使机箱既外型美观，又本钱低、质量轻。

但工程塑料无电磁防护功用。

屏蔽薄膜是采用喷涂、真空堆积、电镀和粘贴等工艺技术，在工程塑料和无机介质的外表掩盖一层导电膜，从而起到平板屏蔽的作用。

普通导电膜的厚度小于电磁波在其外部传达波长的1/4。

几种喷涂工艺到达的屏蔽效能见表3。

表3 几种喷涂工艺到达的屏蔽效能不同厚度的铜薄膜的屏蔽效能见表4。

表4 铜薄膜的屏蔽效能表头或显示器的屏蔽，可在表头或显示器的正面设置透光导电资料来完成。

透光导电资料是在无机介质或玻璃的外表掩盖一层导电膜，使其既透光，又具有一定的屏蔽效能。

不同透光率导电玻璃的屏蔽效能见表5。

表5 不同透光率导电玻璃的屏蔽效能3.2.3 金属丝网当有通风、透光、加水、测量等需求时，要在设备外壳上开孔，为提高设备的电磁屏蔽效果，应采用金属丝网的孔眼屏蔽。

或用于电子设备壳体的接缝处，提供有效的电磁屏蔽。

孔眼的屏蔽效能SE〔dB〕与电磁波的频率、孔眼的尺寸和数量等参数有关。

为提高孔眼的屏蔽效能可采取以下措施：1〕在大口径孔眼上掩盖金属丝网，要使丝网与屏蔽体接触良好；2〕将大孔改为小孔；3〕采用波导衰减器式通风口；4〕在透光和测量孔上掩盖有金属丝网的屏蔽玻璃；5〕在需求水、气密封的孔上垫含有橡胶等资料的金属丝网。

下面引见几种常用的金属丝网屏蔽资料。

3.2.3.1 全金属丝网衬垫全金属丝网衬垫是一种弹性的、导电的编织型金属衬垫丝网条，用于电子设备壳体的接缝处，提供有效的电磁屏蔽。

运用时，铸造或机加工的壳体选用矩形截面的全金属丝网衬垫，板金壳体选用圆形截面的全金属丝网衬垫，紧缩量为原高度的25％左右。

全金属丝网衬垫的屏蔽效能见表6。

表6 全金属丝网衬垫的屏蔽效能dB3.2.3.2 环境密封金属丝网衬垫环境密封金属丝网衬垫是由编织金属丝网和橡胶结合而成，环境密封金属丝网衬垫除能提供有效的电磁屏蔽外，还可以提供有效的环境密封。

可用于电子设备壳体的固定接缝处或许活动接缝处，例如门缝等。

普通紧缩量为原高度的25％左右。

其中带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能见表7。

表7 带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能dB3.2.3.3 金属丝网屏蔽玻璃金属丝网屏蔽玻璃是将金属丝网压在两层玻璃之间，不只能提供有效的电磁屏蔽，还可以提供有效的透光。

可用于电子设备的观察窗口，例如表头、数字或图象显示器等。

金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能见表8。

表8 金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能dB3.2.3.4 铝制蜂窝通风板铝制蜂窝通风板是由铝框中的铝制蜂窝构成。

波导型的蜂窝不只具有电磁屏蔽效能，而且具有高的空气流通性。

可用于电子设备的通风窗口。

铝制蜂窝通风板的屏蔽效能见表9。

表9 铝制蜂窝通风板的屏蔽效能dB3.2.4 导电纤维导电纤维分为以下5种。

1〕在化纤织物上镀铜或镍后制成导电布，可对高频和微波具有灵敏的屏蔽功用。

2〕将导电布和树脂复合制成吸收导电布，由于选用能吸收电磁波的树脂，因此屏蔽功用更好。

〔3〕用导电良好的金属或碳黑纤维和化纤混合制成导电布。

以上3种导电织物可以做防静电和防电磁辐射的任务服，做屏蔽窗帘、帐篷、维护罩，其屏蔽效能普通在50～60dB。

4〕用导电纤维和木浆混合制成导电纸，可以做敏感集成电路的屏蔽包装，其屏蔽效能普通在30～40dB。

5〕由许多独立的金属丝分解到硅橡胶中制成的定向金属丝填充硅橡胶，能提供有效的电磁屏蔽和环境密封，常用于非固定缝隙，例如法兰的衔接，其屏蔽效能见表10。

表10 定向金属丝填充硅实芯橡胶的屏蔽效能dB3.2.5 导电颗粒导电颗粒屏蔽资料是将镀银的玻璃粒子、纯银粒子、碳黑粒子、铜镀银粒子、镍镀银粒子、铝镀银粒子、石墨镀镍粒子区分掺在硅或氟硅橡胶，可以挤出各种外形，用于电磁和水汽密封。

它们的屏蔽效能见表11。

表11 导电颗粒屏蔽资料的屏蔽效能dB3.2.6 导电胶导电胶是在硅、环氧树脂胶中掺入纯金属粒子，例如银、镍、铜镀银、铝镀银等，运用在各种屏蔽资料之间，起到粘结、屏蔽和密封的作用。

3.2.7 导电涂料导电涂料是在聚丙烯和聚氨脂中掺入纯银粒子，可运用于塑料机壳屏蔽和需求柔性屏蔽的设备上。

3.2.8 导电箔带导电箔带是由单面背敷导电聚丙烯胶的铜带或铝带组成，可用于电子设备接缝的屏蔽密封、缠绕电缆屏蔽等。

其屏蔽效能普通在55～60dB。

3.2.9 铍铜簧片铍铜簧片是具有弹性的屏蔽资料，可用于电子设备活动接缝的屏蔽，例如门、窗等。

其屏蔽效能见表12。

表12 铍铜簧片的屏蔽效能dB3.2.10 屏蔽复合板屏蔽复合板是由金属箔、绝缘基片和压敏胶组成，可用于印刷电路、电子设备的屏蔽。

其屏蔽效能普通在40～45dB。

3.2.11 纯棉涤电磁资料纯棉涤电磁资料是将铜原子平均地散布于棉涤资料中，构成既透明又具有电磁屏蔽功用的资料，可运用于视屏射线辐射维护、手机微波辐射防护等。

其屏蔽效能>50dB。

3.3 屏蔽体良好接地金属屏蔽体良好接地，对静电屏蔽而言，将使屏蔽体外侧的感应电荷流入大地，而不会有感应电场存在。

对交变电场屏蔽而言，由于交变电场对敏感电路的耦合搅扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积，只需设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合搅扰电压变得很小。

因此，金属屏蔽体的接地不好，将会降低屏蔽效果。

3.4 特殊部位的特殊屏蔽措施3.4.1 接缝处置在屏蔽体的接缝处，由于结合外表不平、不洁净、焊接质量不好、紧固螺钉之间存在空隙等缘由，在接缝处形成缝隙，致使屏蔽体的屏蔽效果降低。