第4章(2)-电磁屏蔽技术分析

现代电磁屏蔽设计技术电磁屏蔽技术是电磁兼容技术的一个重要组成部分，是抑制辐射干扰的最有效手段。

在当前电磁频谱日趋密集，单位体积内电磁功率密度急剧增加，高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致系统电磁环境日益恶化的情况下，其重要性就显得更为突出。

本章将从工程设计人员的角度出发，本着“设备所要满足的标准→屏蔽设计所要达到的屏效指标→屏蔽原理及分类→屏蔽要素及控制→屏效指标确定→屏蔽设计方法→屏蔽材料特性及应用→工程屏蔽设计”的思路，并尽量结合工程实例，来讲述现代电磁屏蔽设计技术。

1、电磁辐射相关标准与所要求的屏效1.1 军用标准及所要求的屏效衡量设备是否达到电磁兼容的要求，其主要手段是确定设备是否满足相应的电磁兼容标准。

与电磁辐射发射与敏感度相关的军用电磁兼容标准为：GJB151A(151)/152A(152)—97(86) 军用分系统或设备电磁发射与敏感度要求（测试方法）。

根据军方的要求，98年以后新签的装备按GJB151A/152A执行，98以前签订的装备按GJB151/152执行。

GJB151A/152A在GJB151/152的基础上，等效采用了MIL—STD—461D/462D，与GJB151/152相比，在测试项目、频率范围、测试环境、测试方法等方面均发生了较大的变化。

表1.1给出了GJB151A/152A与GJB151/152的比较。

两个标准中，与屏蔽有直接关系的测试项目如表1.2所示，表1.3给出的GJB151A的测试要求。

表1.1 GJB 151A,152A与GJB151，152之比较从表1.3中可以看出，RE102和RS103是各类设备必做的测试项目，(RE02和RS03也是GJB151所要求必做的测试项目)。

在实际工程中，RE02(RE102)是最难通过的项目，我们以要求最高的陆军用设备的RE02(RE102)为例子说明其屏效的指标要求。

表中，A表示该要求适用；L表示该项要求应按标准相应条款加以限制；S表示由订购单位在订购规范中对适用性和极限要求作详细规定；空白栏表示该项要求不适用。

无线电通信设备的电磁屏蔽技术分析摘要：本文着重分析电磁屏蔽的原理并探讨无线电通信设备的电磁屏蔽技术应用。

关键词：无线电；通信设备；电磁屏蔽；技术1电磁屏蔽的原理分析对无线电通信设备进行电磁屏蔽的实质是将干扰因素与无线电通信设备隔开来。

这一实质是通过在无线电通信设备与干扰来源即电磁之间设置导体而实现的。

通过设置这一导体，并实现这一导体接地的有效性，从而能够阻挡干扰来源所发出的电力线与信号。

这样一来，干扰来源所发出来的电力线便无法到达无线电通信设备，进而也就无法对其实施干扰与影响了。

2无线电通信设备的电磁屏蔽技术分析2.1电磁场屏蔽要实现对无线电通信设备的电磁屏蔽，其原理简单来说就是利用屏蔽体材料切断电磁对该通信设备的干扰与影响，使得电磁无法在相应的空间内进行传播，从而保证该通信设备的良好运行。

综合当前已有的研究与应用，对电磁场的屏蔽技术可以概括为以下几类。

首先是吸收。

吸收这一方法并不代表着屏蔽掉所有的电磁信号，而是当电磁通过屏蔽体材料时会被其吸收掉大部分，而剩余的一些能量可以通过屏蔽体的表面进入到屏蔽体材料的内部。

在这个吸收的过程中，屏蔽体材料的表面和内部都对电磁进行了很大程度的阻拦和屏蔽，吸收了相应的电磁信号，减弱了电磁场对无线电通信设备的干扰，实现了屏蔽的目的。

其次是反射。

反射这一技术的应用适用在当屏蔽体材料是由金属构成的情况下。

由于金属与其他空间的交界面具有不可连续的属性。

而当电磁波经过该屏蔽体时，电磁波信号就会被反射，从而无法进入通信设备，同样能够实现屏蔽的效果与目的。

2.2磁场屏蔽根据不同的分类标准，磁场可以被划分为不同的种类。

而磁场屏蔽这一技术主要针对的是低频磁场与直流磁场这两类磁场。

当然，与电磁场屏蔽技术相比，磁场屏蔽技术的屏蔽水平并不是特别高。

其原理简单来说就是充分利用屏蔽体材料的分路作用，衰减经过或进入屏蔽体材料的电磁信号。

在使用磁场屏蔽这一技术进行无线电通信设备的电磁屏蔽时，工作人员要注意合理安排屏蔽体与设备之间的距离。

电磁屏蔽技术和电磁场屏蔽分析-电场屏蔽-磁场屏蔽电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一.大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决.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.1 选择屏蔽材料屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量.屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位臵的场强E1与有屏蔽时该位臵的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度.用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一,因此通常用分贝来表述屏蔽效能,这时屏蔽效能的定义公式为:SE = 20 lg ( E1/ E2 ) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能,而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体.要确定使用什么材料制造屏蔽体,需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关.工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为:SE = A + R (dB)式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗,是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的,计算公式为: A=3.34t(fμrσr) (dB)t = 材料的厚度,μr = 材料的磁导率,σr = 材料的电导率,对于特定的材料,这些都是已知的.f = 被屏蔽电磁波的频率.式中的R称为屏蔽材料的反射损耗,是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的,计算公式为:R=20lg(ZW/ZS)(dB)式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗.电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H.在距离辐射源较近(<λ/2π,称为近场区)时,波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等.若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低),则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为低阻抗波,或磁场波.若辐射源为高电压,小电流(辐射源电路的阻抗较高),则波阻抗大于377,称为高阻抗波或电场波.关于近场区内波阻抗的具体计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以参考有关电磁场方面的参考书.当距离辐射源较远(>λ/2π,称为远场区)时,波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.屏蔽材料的阻抗计算方法为:|ZS|=3.68×10-7(fμr/σr) (Ω)f=入射电磁波的频率(Hz),μr=相对磁导率,σr=相对电导率从上面几个公式,就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了,为了方便设计,下面给出一些定性的结论.●在近场区设计屏蔽时,要分别考虑电场波和磁场波的情况;●屏蔽电场波时,使用导电性好的材料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的材料;●同一种屏蔽材料,对于不同的电磁波,屏蔽效能使不同的,对电场波的屏蔽效能最高,对磁场波的屏蔽效能最低,也就是说,电场波最容易屏蔽,磁场波最难屏蔽;●一般情况下,材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高;●屏蔽电场波时,屏蔽体尽量靠近辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽量远离磁场源;有一种情况需要特别注意,这就是1kHz以下的磁场波.这种磁场波一般由大电流辐射源产生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等.对于这种频率很低的磁场,只能采用高导磁率的材料进行屏蔽,常用的材料是含镍80%左右的坡莫合金.2 孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策一般除了低频磁场外,大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能.但在实际中,常见的情况是金属做成的屏蔽体,并没有这么高的屏蔽效能,甚至几乎没有屏蔽效能.这是因为许多设计人员没有了解电磁屏蔽的关键.首先,需要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系.这与静电场的屏蔽不同,在静电中,只要将屏蔽体接地,就能够有效地屏蔽静电场.而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关,这是必须明确的.电磁屏蔽的关键点有两个,一个是保证屏蔽体的导电连续性,即整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体.另一点是不能有穿过机箱的导体.对于一个实际的机箱,这两点实现起来都非常困难.首先,一个实用的机箱上会有很多孔洞和孔缝:通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分结合的缝隙等.屏蔽设计的主要内容就是如何妥善处理这些孔缝,同时不会影响机箱的其他性能(美观、可维性、可靠性).其次,机箱上总是会有电缆穿出(入),至少会有一条电源电缆.这些电缆会极大地危害屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝.妥善处理这些电缆是屏蔽设计中的重要内容之一(穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大).当电磁波入射到一个孔洞时,其作用相当于一个偶极天线(图1),当孔洞的长度达到λ/2时,其辐射效率最高(与孔洞的宽度无关),也就是说,它可以将激励孔洞的全部能量辐射出去.对于一个厚度为0材料上的孔洞,在远场区中,最坏情况下(造成最大泄漏的极化方向)的屏蔽效能(实际情况下屏蔽效能可能会更大一些)计算公式为:SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)若 L ≥λ/2,SE = 0 (dB)式中各量:L = 缝隙的长度(mm),H = 缝隙的宽度(mm),f = 入射电磁波的频率(MHz).在近场区,孔洞的泄漏还与辐射源的特性有关.当辐射源是电场源时,孔洞的泄漏比远场时小(屏蔽效能高),而当辐射源是磁场源时,孔洞的泄漏比远场时要大(屏蔽效能低).近场区,孔洞的电磁屏蔽计算公式为:若ZC >(7.9/D·f):SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]若Zc<(7.9/D·f):SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]式中:Zc=辐射源电路的阻抗(Ω),D = 孔洞到辐射源的距离(m),L、H = 孔洞长、宽(mm),f = 电磁波的频率(MHz)说明:●在第二个公式中,屏蔽效能与电磁波的频率没有关系.●大多数情况下,电路满足第一个公式的条件,这时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能.●第二个条件中,假设辐射源是纯磁场源,因此可以认为是一种在最坏条件下,对屏蔽效能的保守计算.●对于磁场源,屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关,距离越近,则泄漏越大.这点在设计时一定要注意,磁场辐射源一定要尽量远离孔洞.多个孔洞的情况当N个尺寸相同的孔洞排列在一起,并且相距很近(距离小于λ/2)时,造成的屏蔽效能下降为20lgN1/2.在不同面上的孔洞不会增加泄漏,因为其辐射方向不同,这个特点可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强.除了使孔洞的尺寸远小于电磁波的波长,用辐射源尽量远离孔洞等方法减小孔洞泄漏以外,增加孔洞的深度也可以减小孔洞的泄漏,这就是截止波导的原理.一般情况下,屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触,只能在某些点接触上,这构成了一个孔洞阵列.缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一.减小缝隙泄漏的方法有:●增加导电接触点、减小缝隙的宽度,例如使用机械加工的手段(如用铣床加工接触表面)来增加接触面的平整度,增加紧固件(螺钉、铆钉)的密度;●加大两块金属板之间的重叠面积;●使用电磁密封衬垫,电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料.如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫,那么,对于电磁波而言,就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样,不会发生电磁波的泄漏.3 穿过屏蔽体的导体的处理造成屏蔽体失效的另一个主要原因是穿过屏蔽体的导体.在实际中,很多结构上很严密的屏蔽机箱(机柜)就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败,这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一.判断这种问题的方法是将设备上在试验中没有必要连接的电缆拔下,如果电磁兼容问题消失,说明电缆是导致问题的因素.解决这个问题有两个方法:●对于传输频率较低的信号的电缆,在电缆的端口处使用低通滤波器,滤除电缆上不必要的高频频率成分,减小电缆产生的电磁辐射(因为高频电流最容易辐射).这同样也能防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内的电路.●对于传输频率较高的信号的电缆,低通滤波器可能会导致信号失真,这时只能采用屏蔽的方法.但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°搭接,这往往是很难的.在电缆端口安装低通滤波器有两个方法●安装在线路板上,这种方法的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳.显然,这个缺点对于这种用途的滤波器是十分致命的,因为,我们使用滤波器的目的就是滤除容易导致辐射的高频信号,或者空间的高频电磁波在电缆上感应的电流.●安装在面板上,这种滤波器直接安装在屏蔽机箱的金属面板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波连接器等.由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入、输出之间完全隔离,接地良好,导线上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果十分理想.缺点是安装需要一定的结构配合,这必须在设计初期进行考虑.由于现代电子设备的工作频率越来越高,对付的电磁干扰频率也越来越高,因此在面板上安装干扰滤波器成为一种趋势.一种使用十分方便、性能十分优越的器件就是滤波连接器.滤波连接器的外形与普通连接器的外形完全相同,可以直接替换.它的每根插针或孔上有一个低通滤波器.低通滤波器可以是简单的单电容电路,也可以是较复杂的电路.解决电缆上干扰的一个十分简单的方法是在电缆上套一个铁氧体磁环,这个方法虽然往往有效,但是有一些条件.许多人对铁氧体寄予了过高期望,只要一遇到电缆辐射的问题,就在电缆上套铁氧体,往往会失望.铁氧体磁环的效果预测公式为:共模辐射改善 =20lg(加磁环后的共模环路阻抗/加磁环前的共模环路阻抗)例如,如果没加铁氧体时的共模环路阻抗为100Ω,加了铁氧体以后为1000Ω,则共模辐射改善为20DB.说明:有时套上铁氧体后,电磁辐射并没有明显的改善,这并不一定是铁氧体没有起作用,而可能是除了这根电缆以外,还有其他辐射源.在电缆上使用铁氧体磁环时,要注意下列一些问题:●磁环的内径尽量小●磁环的壁尽量厚●磁环尽量长●磁环尽量安装在电缆的端头处。

无线电通信设备的电磁屏蔽技术分析
无线电通信设备的电磁屏蔽技术是为了防止设备将自身的电磁辐射影响到周围的电子设备或者被周围环境中的电磁辐射影响而采取的技术措施。

这种技术是通过在设备内部或者外部添加各种屏蔽材料或者电磁屏蔽结构来实现的。

电磁屏蔽技术主要包括以下几种：
1. 金属屏蔽：利用金属材料的导电性和反射性能，将设备内部的电磁辐射阻挡在金属屏蔽的外部，从而防止其对周围环境产生干扰。

金属屏蔽材料通常是铁、铝、铜等，可以用于制作外壳、盖板等。

2. 电磁波吸收材料：通过将电磁波吸收材料覆盖在设备的内部或外部表面，来吸收设备辐射出来的电磁波，并将其转化为热能或者其他形式，从而起到屏蔽的效果。

电磁波吸收材料通常是由有机高分子材料或者陶瓷等制成。

3. 电磁屏蔽结构设计：通过合理的结构设计来增加设备对电磁辐射的屏蔽效果。

在设备的内部设置分隔墙来隔离不同模块之间的电磁辐射互相干扰，或者采用多层结构来增加电磁辐射的屏蔽效果。

4. 瞭望窗设计：在设备的外壳上设置瞭望窗，通过特殊的材料和结构设计来平衡设备内、外部的电磁环境，从而减少电磁辐射对外界环境的影响。

无线电通信设备的电磁屏蔽技术涉及到材料选择、结构设计以及电磁波吸收等多个方面。

随着科技的不断发展和创新，电磁屏蔽技术也在不断进步和提高，以更好地满足人们对于无线电通信设备抗干扰能力的需求。

电路中的电磁屏蔽设计与分析在现代科技发展的背景下，电子设备在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。

然而，随着电子设备的不断普及和发展，电磁干扰问题也逐渐显现出来。

为了解决这一问题，电磁屏蔽技术应运而生。

本文将探讨电路中的电磁屏蔽设计与分析，旨在提供一些有关电磁屏蔽的基本概念和方法。

1. 电磁屏蔽的基本原理电磁屏蔽是一种减少电磁波传播的技术，通过采用屏蔽材料和设计来避免电磁波对电子设备的干扰。

其基本原理是通过反射、吸收和透射来消除或减弱入射电磁波的能量。

屏蔽材料的选择对电磁屏蔽效果起着决定性作用。

2. 电磁屏蔽设计的关键因素在进行电磁屏蔽设计时，需要考虑以下几个关键因素：2.1 屏蔽材料的选择：合适的屏蔽材料应具有高导电性和高穿透率的特点，以有效地阻挡电磁波的传播。

2.2 屏蔽结构的设计：合理的屏蔽结构可以最大限度地减少电磁波的穿透和泄漏。

常用的屏蔽结构包括金属外壳、金属网罩和金属膜等。

2.3 地线设计：良好的地线设计可以有效地消除电磁干扰，提高整个电路的抗干扰能力。

3. 电磁屏蔽性能的分析方法为了评估电磁屏蔽的性能，我们可以采用以下几种方法：3.1 空腔法：通过将待测试的设备放置在一个屏蔽空腔中，利用测量待测设备内部电磁波的衰减程度来评估屏蔽效果。

3.2 射频传递法：该方法通过测量电磁波在屏蔽结构中的传输损耗来分析屏蔽性能。

3.3 屏蔽效能测试：该方法通过测量电磁波在材料或结构中的透射、反射和吸收等参数来评估屏蔽效能。

4. 电磁屏蔽设计的应用领域电磁屏蔽技术在多个领域有着广泛的应用，如通信设备、医疗设备、军事装备等。

其中，通信设备是最常见的应用领域之一。

在通信设备中，电磁屏蔽设计可以有效地减少电磁波对设备性能和信号传输质量的干扰。

5. 电磁屏蔽设计的未来发展趋势随着科技的不断进步，电磁屏蔽技术也在不断演进。

未来，我们可以期待以下几个方面的发展：5.1 新型屏蔽材料的研发：人们正在不断探索和研发具有更高导电性和更好屏蔽性能的新材料，以满足不同领域的需求。

无线电通信设备的电磁屏蔽技术分析无线电通信设备的电磁屏蔽技术是指通过设计和制造合适的屏蔽结构或材料，阻止或减小外部电磁场对设备内部电路的影响，从而保证设备正常工作的技术。

电磁屏蔽技术是保证无线电通信设备正常工作的重要手段，特别是在高频段上的设备，更容易受到外部电磁场的影响。

电磁屏蔽技术主要包括以下几个方面：1. 导体屏蔽：导体屏蔽是通过采用金属材料作为屏蔽结构，将电磁波反射或吸收，来达到屏蔽的目的。

例如，在手机中使用的金属外壳和天线就具有屏蔽作用，可以减少外部电磁干扰和防止电磁辐射。

2. 吸波屏蔽：吸波屏蔽是利用吸波材料来吸收电磁波能量，从而减少电磁波的反射和传输。

吸波材料通常是由导电物质和非导电材料组成，并具有良好的吸波性能和阻抗匹配性。

在无线电通信设备中，常用的吸波材料有碳粉、铁氧体、石墨等。

3. 浪漫屏蔽：浪漫屏蔽是通过设计合适的电磁波导路，将电磁波引导到特定的区域或场合，达到屏蔽效果。

例如，在手机中，天线的射频信号可以采用特殊的波导路线和金属屏蔽，将信号引导到射频模块，从而隔离其他不需要的电路。

4. 磁屏蔽：磁屏蔽是通过设计合适的电磁屏蔽结构，减小外部磁场的干扰，从而保证设备的正常工作。

例如，在大功率变频器中，由于变压器产生的强磁场对电子器件产生的影响很大，因此需要采用磁屏蔽材料对变压器进行包装，有效降低磁场干扰。

5. 地线抗干扰技术：地线抗干扰技术是通过设计合适的接地系统和地线排布方式，减小外部电磁场的影响。

在无线电通信设备中，地线抗干扰技术的主要措施包括采用较低的接地阻抗、增加共模抑制电路等。

总之，电磁屏蔽技术是保证无线电通信设备正常工作的重要手段，随着无线通信技术的发展和对电磁屏蔽技术要求的不断提高，电磁屏蔽技术也在不断地创新和发展。