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电磁屏蔽的材料参数及技术要求

时间:2018-04-03 17:07来源:未知 作者:admin 点击:
电磁屏蔽的材料参数 因电磁波在良导体 中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有其中和分别为屏蔽材料的磁导率

电磁屏蔽的材料参数
因电磁波在良导体 中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有其中μ和σ分别为屏蔽材料的磁导率和电导率 。若电视频率f=100MHz,对铜导体 (σ=5.8×107/·m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求出d=0.00667mm。可见良导体的电磁屏蔽效果显著。如果是铁(σ=107/·m)则d=0.016mm。如果是铝 (σ=3.54×107/·m)则d=0.0085mm。
为了得到有效的屏蔽作用,屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长(λ=2πd)。如在收音机中,若f=500kHz,则在铜中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在铝中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音机中用较薄的铜或铝材料已能得到良好的屏蔽效果。
因为电视频率更高,透入深度更小些,所需屏蔽层厚度可更薄些,如果考虑机械强度,要有必要的厚度。在高频时,由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大,从而造成谐振电路品质因素Q值的下降,故一般不采用高磁导率的磁屏蔽,而采用高电导率的材料做电磁屏蔽。在电磁材料中,因趋肤电流是涡电流,故电磁屏蔽又叫涡流屏蔽。
在工频(50Hz)时,铜中的d=9.45mm,铝中的d=11.67mm。显然,采用铜、铝已很不适宜了,如用铁,则d=0.172mm,这时应采用铁磁材料。因为在铁磁材料中电磁场衰减比铜、铝中大得多。又因是低频,无需考虑Q值问题。可见,在低频情况下,电磁屏蔽就转化为静磁屏蔽。

电磁屏蔽的技术要求
电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。
(1)屏蔽一般分为两种类型:
一类是静电屏蔽,主要用于防治静电场和恒定磁场的影响,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。静电屏蔽应具有两个基本要点,即完善的屏蔽体和良好的接地。电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。因而为了满足电磁兼容性要求,常常用高导电性的材料作为屏蔽材料,如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层。

(2)在实际的屏蔽中,电磁屏蔽效能更大程度上依赖于机箱的结构,即导电的连续性。
机箱上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源。穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料,它能够保持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有导电橡胶、双重导电橡胶、金属编织网套、螺旋管衬垫、定向金属导电橡胶等。机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离有关。通过适当的设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能的要求。通风口可使用穿孔金属板,只要孔的直径足够小,就能够达到所要求的屏蔽效能。

(3)通风量的要求高时,必须使用截止波导通风板(蜂窝板),否则不能兼顾屏蔽和通风量的要求。
如果对屏蔽要求不高,并且环境条件较好,可以使用铝箔制成的蜂窝板。这种产品的价格低,但强度差,容易损坏。如果对屏蔽的要求高,或环境恶劣(如军用环境),则要使用铜制或钢制蜂窝板,这种产品各方面性能优越,但价格高昂。诸如计算机显示屏等,即要满足视觉需要,又要满足防电磁泄漏要求。通常在显示屏前加装高性能屏蔽视窗。屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。

(4)当导线必须穿过机箱时,一定要使用适当的滤波器,或对导线进行适当的屏蔽。
干扰抑制滤波技术滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰,为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量,同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线,由于导线的存在,往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。

(5)同时,这些导线又能接受外部的电磁干扰,使电路对干扰很敏感。
在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富,这些高频成分可以借助导线辐射,使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少,由于高频信号的辐射效率较高,这个高频成分的减少,线路板的辐射将大大改善。

(6)电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。
通过电源线,电网上的干扰可以传入设备,干扰设备的正常工作。同样,设备的干扰也可以通过电源线传到电网上,对网上其它设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生,必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)通过,而对较高频率的干扰有很大的损耗,由于这个滤波器专门用于设备电源线上,所以称为电源线滤波器。

(7)电源线上的干扰电路以两种形式出现:
一种是在火线零线回路中,其干扰被称为差模干扰,另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中,称为共模干扰。通常200Hz以下时,差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时,共模干扰成分占主要成分。电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但由于电路结构不同,对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。

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