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屏蔽效能分析

【导读】屏蔽效能表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至万分之一, 因此通常用分贝(dB)来表述。一般的屏蔽体的屏蔽效能可达40 dB, 军用设备的屏蔽体的屏蔽效能可达60 dB, TEMPEST设备的屏蔽体的屏蔽效能可达80 dB以上。

一、屏蔽效能的计算:

屏蔽有两个目的: 一是限制屏蔽体内部的电磁骚扰越出某一区域; 二是防止外来的电磁干扰(骚扰)进入屏蔽体内的某一区域。屏蔽体一般有实芯型、 非实芯型(例如, 金属网)和金属编织带等几种类型, 后者主要用作电缆的屏蔽。各种屏蔽体的屏蔽效果均用该屏蔽体的屏蔽效能来表示。

屏蔽效能表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至万分之一, 因此通常用分贝(dB)来表述。一般的屏蔽体的屏蔽效能可达40 dB, 军用设备的屏蔽体的屏蔽效能可达60 dB, TEMPEST设备的屏蔽体的屏蔽效能可达80 dB以上。

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对于屏蔽作用的评价可以用屏蔽效能来表示:

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屏蔽效能SE越大,表示屏蔽效果越好。

另外, 还可以用传输系数(或透射系数)TE表示屏蔽效果, TE是指存在屏蔽体时某处的电场强度ES与不存在屏蔽体时同一处的电场强度E0之比; 或者是指存在屏蔽体时某处的磁场强度HS与不存在屏蔽体时同一处的磁场强度H0之比, 即:

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传输系数(或透射系数)与屏蔽效能互为倒数关系, 即

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二、完整屏蔽体的屏蔽效能:

完整屏蔽体是指一个完全封闭的屏蔽结构,电磁场只有穿过屏蔽体壁才能出入该封闭结构。

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1.电磁波的反射损耗

电磁波传播到不同介质分界面发生反射与透射

电磁波穿过屏蔽体时的反射与透射:

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2.电磁波的吸收损耗

电磁波到达屏蔽体的穿出面时

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从上式可以看出, 在频率f 较高时, 吸收损耗是相当大的,表2-1 给出几种常用金属材料在吸收损耗分别为A=8.68 dB、20 dB、40 dB时所需的屏蔽平板厚度t。

表2-1 几种金属的电导率σ、 磁导率μ及所需屏蔽厚度t。

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由表2-1可以看出:

① 当f ≥1 MHz时, 用0.5 mm厚的任何一种金属板制成的屏蔽体, 能将场强减弱为原场强的1/100左右。因此, 在选择材料与厚度时, 应着重考虑材料的机械强度、刚度、工艺性及防潮、防腐等因素。

② 当f ≥10 MHz时, 用0.1 mm厚的铜皮制成的屏蔽体能将场强减弱为原场强的1/100甚至更低。因此, 这时的屏蔽体可用表面贴有铜箔的绝缘材料制成。·

③当f ≥100 MHz时, 可在塑料壳体上镀或喷以铜层或银层制成屏蔽体。

表2-2列出了常用金属材料对铜的相对电导率和相对磁导率。根据要求的吸收衰减量可求出屏蔽体的厚度, 由式

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表2-2常用金属材料对铜的相对电导率和相对磁导率

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3.电磁波的多次反射损耗

电磁波穿出屏蔽体时,在穿出面发生反射,该反射波返回进入面时再次被反射,如此反复,直到其能量被吸收至可以忽略为止。

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三、屏蔽体不完整对屏蔽效果的影响:

屏蔽体上总会有门、盖、仪表、开关等各种孔缝隙,以及连线穿透,这些都不同程度地破坏了屏蔽的完整性。

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影响因素:开孔的最大线性尺寸(并非面积)、波阻抗、电磁波的频率等。

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实际的缝隙泄漏不仅与缝宽、板厚有关,而且与其直线尺寸、缝隙数量、频率等都有关。

应当尽量减少屏蔽体上缝隙的存在,并且缝隙的长度尽量控制在电磁波波长的1/20以下。

2.开孔的影响

为安装开关、按钮、电位器等,往往需要在屏蔽面板上开设圆形、方形或矩形的孔洞。

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4.金属丝网的影响

应用于需要自然通风或向内窥视的屏蔽体。

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一般,在1~100MHz内,金属屏蔽网SE=60~100dB,玻璃夹层金属屏蔽网SE=50~90dB。

用金属丝网作窥视窗时其透明度较差。

5.薄膜及导电玻璃的影响

在玻璃或有机介质薄膜上真空蒸发或喷涂一层导电薄膜作为电磁屏蔽体,可用来代替玻璃夹层的金属丝网结构。

透光性好,对电磁场中电场分量的屏蔽有效,而对磁场分量的屏蔽则比较微弱。

6.屏蔽电缆的影响

屏蔽线和屏蔽电缆是电子设备中用于连接两个屏蔽体时最常用的导线。为保证柔软、易于弯曲,其外层屏蔽体常用多股金属丝编织而成。

屏蔽效能与编织屏蔽体的材料、密度等直接相关,一般单层编织屏蔽的屏蔽效能大约在50~60dB之间,双层编织屏蔽则可达80~90dB。

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