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      电磁屏蔽技能和电磁场屏蔽阐发
      作者:解决员    宣布于>2019-06-26 22:45:00    文字:【大】【中】【小

       
          电磁屏蔽是处理电磁兼容成就的重要手腕之一.大部分电磁兼容成就都可以或许颠末过程电磁屏蔽来处理.用电磁屏蔽的办法来处理电磁干扰成就的最大好处是不会影响电路的正常工作,因此不必要对电路做任何修改. 
        1 抉择屏蔽资料
            屏蔽体的有用性用屏蔽效能来度量.屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个地位的场强E1与有屏蔽时该地位的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度.用于电磁兼容目标的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到本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资料的屏蔽效能,而无法确定应该应用什么资料做屏蔽体.要确定应用什么资料制作屏蔽体,必要知道资料的屏蔽效能与资料的什么特性参数无关.工程中适用的表征资料屏蔽效能的公式为: 
          SE = A + R         (dB)
          式中的A称为屏蔽资料的接收损耗,是电磁波在屏蔽资料中流传时发生的,计算公式为:
          A=3.34t(fμrσr)   (dB)
          t = 资料的厚度,μr = 资料的磁导率,σr  = 资料的电导率,对付特定的资料,这些都是已知的.f = 被屏蔽电磁波的频率.
          式中的R称为屏蔽资料的反射损耗,是当电磁波入射到分歧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=屏蔽资料的特性阻抗.
            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),则发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.对付近场区内波阻抗的详细计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以或许参考无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流传介质无关,其数值等于介质的特性阻抗,空气为377Ω.
          屏蔽资料的阻抗计算办法为:
          |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,就可以或许计算出各种屏蔽资料的屏蔽效能了,为了便利计划,下面给出一些定性的结论.
          ● 在近场区计划屏蔽时,要分离考虑电场波和磁场波的环境;
          ● 屏蔽电场波时,应用导电性好的资料,屏蔽磁场波时,应用导磁性好的资料;
          ● 同一种屏蔽资料,对付分歧的电磁波,屏蔽效能使分歧的,对电场波的屏蔽效能最高,对磁场波的屏蔽效能最低,也便是说,电场波最容易屏蔽,磁场波最难屏蔽;
          ● 一样平常环境下,资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;
          有一种环境必要分外注意,这便是1kHz如下的磁场波.这种磁场波一样平常由大电流辐射源发生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等.对付这种频率很低的磁场,只能采纳高导磁率的资料停止屏蔽,常用的资料是含镍80%阁下的坡莫合金.
           2 孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策
          一样平常除了低频磁场外,大部分金属资料可以或许供给100dB以上的屏蔽效能.但在实际中,常见的环境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.这是因为很多计划职员没有了解电磁屏蔽的关键. 
          首先,必要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有相干.这与静电场的屏蔽分歧,在静电中,只要将屏蔽体接地,就可以或许有用地屏蔽静电场.而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关,这是必需明白的. 
          电磁屏蔽的关键点有两个,一个是包管屏蔽体的导电连续性,即全体屏蔽体必需是一个完备的、连续的导电体.另外一点是不能有穿过机箱的导体.对付一个实际的机箱,这两点实现起来都非常艰难.
          首先,一个适用的机箱上会有很多孔洞和孔缝:通风口、显示口、装置各种调节杆的开口、分歧部分结合的缝隙等.屏蔽计划的重要内容便是如何妥善处理这些孔缝,同时不会影响机箱的其余机能(美观、可维性、靠得住性).
          其次,机箱上老是会有电缆穿出(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低落数十分贝.妥善处理这些电缆是屏蔽计划中的重要内容之一(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,其感化相当于一个偶极天线(图1),当孔洞的长度到达λ/2时,其辐射效力最高(与孔洞的宽度无关),也便是说,它可以或许将勉励孔洞的全体能量辐射出去.
          对付一个厚度为0资料上的孔洞,在远场区中,最坏环境下(形成最大泄漏的极化偏向)的屏蔽效能(实际环境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无关.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相干.
          ● 大多数环境下,电路满意第一个公式的条件,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,因此可以或许认为是一种在最坏条件下,对屏蔽效能的保守计算.
          ● 对付磁场源,屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离无关,距离越近,则泄漏越大.这点在计划时一定要注意,磁场辐射源一定要尽量远离孔洞.
          多个孔洞的环境
          当N个尺寸相同的孔洞排列在一路,而且相距很近(距离小于λ/2)时,形成的屏蔽效能下降为20lgN1/2.在分歧面上的孔洞不会增长泄漏,因为其辐射偏向分歧,这个特色可以或许在计划中用来防止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办法减小孔洞泄漏以外,增长孔洞的深度也可以或许减小孔洞的泄漏,这便是停止波导的原理.
          一样平常环境下,屏蔽机箱上分歧部分的结合处不行能完全接触,只能在某些点接触上,这构成为了一个孔洞阵列.缝隙是形成屏蔽机箱屏蔽效能降级的重要原因之一.减小缝隙泄漏的办法有: 
          ● 增长导电接触点、减小缝隙的宽度,例如应用机械加工的手腕(如用铣床加工接触外面)来增长接触面的平整度,增长紧固件(螺钉、铆钉)的密度;
          ● 加大两块金属板之间的重叠面积;
          ● 应用电磁密封衬垫,电磁密封衬垫是一种弹性的导电资料.如果在缝隙处装置上连续的电磁密封衬垫,那么,对付电磁波而言,就犹如在液体容器的盖子上应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
          形成屏蔽体失效的另外一个重要原因是穿过屏蔽体的导体.在实际中,很多布局上很周密的屏蔽机箱(机柜)便是因为有导体间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计划师觉得困惑的典型成就之一.
          判断这种成就的办法是将设备上在试验中没有必要衔接的电缆拔下,如果电磁兼容成就消失,说明电缆是导致成就的因素.处理这个成就有两个办法:
          ● 对付传输频率较低的信号的电缆,在电缆的端口处应用低通滤波器,滤除电缆上不必要的高频频率成分,减小电缆发生的电磁辐射(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.
          ● 对付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,这时只能采纳屏蔽的办法.但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°搭接,这往往是很难的.
          在电缆端口装置低通滤波器有两个办法
          ● 装置在线路板上,这种办法的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳.显然,这个缺点对付这种用途的滤波器是十分致命的,因为,咱咱们应用滤波器的目标便是滤除容易导致辐射的高频信号,或许空间的高频电磁波在电缆上感应的电流.
          ● 装置在面板上,这种滤波器间接装置在屏蔽机箱的金属面板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波衔接器等.因为间接装置在金属面板上,滤波器的输入、输入之间完全隔离,接地优越,导线上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果十分抱负.缺点是装置必要一定的布局共同,这必需在计划初期停止考虑. 
          因为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,因此在面板上装置干扰滤波器成为一种趋向.一种应用十分便利、机能十分优越的器件便是滤波衔接器.滤波衔接器的外形与通俗衔接器的外形完全相同,可以或许间接替换.它的每根插针或孔上有一个低通滤波器.低通滤波器可以或许是简略的单电容电路,也可以或许是较复杂的电路.
          处理电缆上干扰的一个十分简略的办法是在电缆上套一个铁氧体磁环,这个办法虽然往往有用,但是有一些条件.很多人对铁氧体寄予了过高期望,只要一碰到电缆辐射的成就,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: 
          共模辐射改良 =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,则共模辐射改良为20dB.
          说明:有时套上铁氧体后,电磁辐射并没有显著的改良,这并不一定是铁氧体没有起感化,而可能是除了这根电缆以外,另有其余辐射源.
          在电缆上应用铁氧体磁环时,要注意下列一些成就:
          ● 磁环的内径尽量小
          ● 磁环的壁尽量厚
          ● 磁环尽量长
          ● 磁环尽量装置在电缆的端头处
        。  
      脚注信息

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