（电磁场与微波技术专业论文）用传输线输入阻抗原理确定屏蔽体屏蔽性能.pdf

用传输线输入阻抗原理确定屏蔽体的屏蔽性能 摘要 屏蔽是抑制与减少电磁干扰的重要措施屏蔽理论为解决屏蔽工 程设计提供基本的理论依据因此屏蔽理论的探讨具有很强的实际意 义 对理想化的屏蔽体如无限平面的均匀屏蔽体，均匀无限长圆柱屏 蔽体，均匀球形屏蔽体，皆可通过运用电磁场边界条件解电磁场本方程 ( 麦克斯韦方程) ，来分析屏蔽体的屏蔽性能 本文采用传输线法，通过运用传输线方程，探讨屏蔽体的屏蔽性 能能够避免使用边界条件和解联立方程整个过程物理意义清晰，简 单易于理解通过电压和电流的关系阐述屏蔽体屏蔽性能的深刻含义 为解决屏蔽体屏蔽性能的理论探索提供了一种方法 关键词：屏蔽电磁场传输线反射系数电压 电流 t oc o n f i r mt h es h i e l d i n gp e r f o r m a n c e o fs h i e l d i n gb o d yb yu s i n gt h e t h e o r y o fi n p u ti m p e d a n c eo ft r a n s m i s s i o nl i n e s h i e l d i n gi sv e r yi m p o r t a n tm e t h o dt or e s t r a i na n dr e d u c ee m i t h e o r yo f s h i e l d i n gp r o v i d e sb a s i cl a wt os o l v et h ep r o b l e mo ft h ee n g i n e e rd e s i g h ni n s h i e l d i n g t h u s t h ea c t u a lm e a n i n gi ns t u d y i n gt h e t h e o r yo fs h i e l d i n gi sv e r ys t r o n g f o ri d e a ls h i e l d i n gb o d y ，s h c ha sb o u n d l e s se q u a l p l a n es h i e l d i n gb o d y , i n f i n i t e l y l o n ga n de q u a lc o l u m ns h i e l d i n gb o d y , a n de q u a lb a l l s h a p e ds h i e l d i n gb o d y ；t h e i r s h i e l d i n gp e r f o r m a n c ec a nb ea n a l y z e db y s o l v i n gb a s i ce l e c t r o m a g n e t i cf i e l d e q u a t i o n ( m a x w e l le q u a t i o n ) w h i c hi sd e c i d e db ye l e t r o m a g n e t i cf i e l d b o u n d a r y c o n d i t i o n i n t h i s p a p e r 1 a d o p t t h em e t h o do f t r a n s m i s s i o nl i n e t h e s h i e l d i n g p e r f o r m a n c eo fs h i e l d i n gb o d yc a nb ea n a l y z e db yu s i n gt r a n s m i s s i o nl i n ee q u a t i o n t h i sm e t h o dc a na v o i du s i n gb o u n d a r yc o n d i t i o na n ds i m u l t a n e o u se q u a t i o n s i nt h e s o l u t i o np r o c e s st h ep h y s i c a lm e a n i n gi sc l e a r , a n de a s yt ou n d e r s t a n d t h em e a n i n g o f s h i e l d i n gp e r f o r m a n c ei se x p a t i a t e db yt r a c k i n gt h er e l a t i o nb e t w e e nv o l t a g ea n d c u r r e n t hp r o v i d e sa n o t h e rm e t h o dt op r o b ei n t ot h et h e o r yo fs h i e l d i n gp e r f o r m a n c e o ft h es h i e l d i n gb o d y k e yw o r d s ：s h i e l d e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d r e f l e c t a n c e v o l t a g e t r a n s m i s s i o nl i n e c u r r e n t 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 至鉴同期：2 型2 ： ! ：圣堕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究! 在校攻读学位期f i j 论文工作的知彭! 产权单位属北京邮f 乜人学。学校有权保 留并向圉家柯必部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被套阅和借 阅；学校可以公前，学位论文的全部或部分内容，可以允曲：采用影印、缩印或其它 复制t - 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 r 期： 同期： 绪论 电磁兼容是当前无线通信设备和其它电子设备面临的一个主要问题通信事 业韵迅速发展，以及各种电子产品应用的日益增多，在给人们生活提供方便的同时， 也给空间电磁环境带来不良的影响降低电磁波的负面影响是保障电子设备正常 工作的前提；也是保证人们身体健康的必然条件 预防电磁波的不良影响的主要手段是屏蔽屏蔽是限制有害的电磁波的作 用范围和强弱从而保护作用的对象，如人和设备 本论文主要探讨高频时单层及多层平板屏蔽体屏蔽效能和高频时单层及多 层球壳主动屏蔽情况下的屏蔽效能。 第一章屏蔽原理和分类( 1 ) 根据屏蔽工作原理，屏蔽可分为如下3 类： ( 1 ) 静电屏蔽：防止由静电耦合而产生的相互干扰 ( 2 ) 电磁屏蔽：主要被用于高频下，多采用低电阻金属，利用流过金属的电流而防止 磁力线的相互干扰 ( 3 ) 磁屏蔽：主要被用于低频下，多使用磁导率高的材料，防止磁力线的感应 根据干扰源处于屏蔽体的内外，屏蔽又可分为主动屏蔽和被动屏蔽 主动屏蔽是指干扰源处于内部，防止干扰泄露到外部空间的结构这种空间 虽属于邻近电磁场，但也要考虑驻波的影响，因此这种情况必须进行接地，接地电 阻越小越好而且对电源干线穿过屏蔽导体的导线，必须设法接入滤波器，目的是 为了解决通过电源线向屏蔽外部传输干扰电流，进而由天线效应而形成的辐射电 磁场 被动屏蔽是指干扰源处于外部，防止干扰进入屏蔽空间内部的结构，例如中 频无线电广播所形成的干扰，多数情况都是距干扰源非常远的地方，所以要采取对 辐射电磁场的屏蔽干扰波很复杂，当然也可以作为行波来对待，但实际它却是在 金属屏蔽上形成入射波和散射波的重合理论上屏蔽可以不接地，但实际应用中几 乎无不接地，而且根据所使用的仪器不同，必须按照规定要求接地 1 1 主动屏蔽条件下的静电屏蔽，电磁屏蔽，磁屏蔽 1 静电屏蔽 静电屏蔽是为了防止静电场的影响，实质是为了防止由两个回路间的寄生电 容耦合所形成的干扰此时屏蔽体外壳需接地这种屏蔽主要用于高压电场下高阻 抗回路，比如在变压器的绕组间，插入梳齿形的导体，使其处于接地状态，实际上就 是一个静电屏蔽的典型 静电屏蔽物是利用低电阻材料制成的容器，目的是使屏蔽内的电力线不泄露 到外部去，屏蔽外的电力线也不能进入内部来实际应用中屏蔽体虽不能完全封闭， 但仍可大大改善屏蔽效果 2 电磁屏蔽 电磁屏蔽是利用电磁感应的作用而进行屏蔽，它主要用于防止在高频下的电 磁感应它同静电屏蔽一样，也是采用电阻小的金属，利用电磁场在屏蔽导体上所 产生的涡流作用，屏蔽板接地，使高频下的屏蔽，既起电磁屏蔽作用又起静电屏蔽 作用 以线圈外侧设有圆筒形的屏蔽体为例，因屏蔽壳内所流过的电流同线圈电流 相反，故在外部的磁力线相互抵消，几乎等于零 但在高频下的屏蔽，如在屏蔽板上挖有洞穴或缝隙，由于在其周围有电流流过，这 时候的屏蔽实际上已有了天线的作用，直接降低了屏蔽效果，可见频率越高越应引 起注意 静电屏蔽和电磁屏蔽区别： 2 ( 1 ) 静电屏蔽的屏蔽导体必须接地，但电磁屏蔽从它的屏蔽原理来说，却没有必要 接地，因电磁屏蔽只要有流过电流的通路，虽屏蔽导体不接地，也可有效地防止泄 露磁通当然，屏蔽导体不接地，也会直接增加耦合电容，进而引起干扰电压，而且这 个干扰电压往往具有负静电屏蔽效应，结果仍会造成麻烦为防止这个问题，所以 尽管使用电磁屏蔽可以达到目的，但屏蔽导体仍然还是接地因此人们在采取电磁 屏蔽的同时，也要进行静电屏蔽 ( 2 ) 电磁屏蔽的必要条件是要求在屏蔽导体内流过高频电流，而且所流过的电流方 向要求必须是抵消磁通的方向因此，如果没有这个反向电流，或在屏蔽导体上切 有断缝，那么它实际上起不到电磁屏蔽作用，而只起到静电屏蔽的作用 3 磁屏蔽 电磁屏蔽在频率低的情况下，其效果并不太大，因此在低频下往往采用磁导率 高的材料进行磁屏蔽，磁力线被集拘在磁阻小的磁屏蔽体的内部，以防止磁力线泄 露n # i , n 高频线圈的电磁屏蔽，其电力线不通过屏蔽导体，而是被封闭在屏蔽内侧的空 间但磁屏蔽却不然，其磁力线仍通过屏蔽体的内部 为了使磁屏蔽效果更好，一般都采用高磁导率材料同时要求具有足够的厚度， 磁力线进入屏蔽体和由屏蔽体穿出磁通，要求磁阻尽量小当然，磁屏蔽也不能完 全将磁通封闭在屏蔽体内，而总是会有泄露磁通因此无法获得像电磁屏蔽的那样 效果为解决泄露问题，可采用多层屏蔽，即在某一空间可采用两层或两层以上的 同心磁屏蔽体，这样可大大提高屏蔽效果 磁屏蔽主要用于低频下，而不用于高频的原因如下： ( 1 ) 磁性体用于高频时，会直接增大磁滞损失和涡流损失，以及严重降低线圈q 值 ( 2 ) 在高频回路中，采用电磁屏蔽证明效果很好，而且多数情况下，只用电磁屏蔽就 够了 ( 3 ) 一般磁屏蔽材料很贵，最好采用铜和铝的电磁屏蔽，成本低 ( 4 ) 磁性体的屏蔽效果与磁导率有关，高频下的磁导率值明显降低，因此其效果比 低频减少很多 ( 5 ) 电磁屏蔽如果能够实现像线圈屏蔽那样简单的形式，证明只要用圆筒状的导 体将线圈围起来即可，而在圆桶的两端不再需要导体但对磁屏蔽而言，因磁通 要求必须具有环绕通路磁性体，所以线圈需完全被包围起来，这就带来了结构 上的制造麻烦 1 2 被动屏蔽条件下的静电屏蔽，电磁屏蔽，磁屏蔽 1 静电屏蔽 在静电场中用导体包围一个空间，如果所用导体表面的各处均处于等电位，那 么其内部的空间就不会出现电力线，静电屏蔽实际就是利用这种导体效应但这种 状态由于在屏蔽外部还存在有电力线，屏蔽导体尚有电力线出入，因此在电力线的 端点仍有电荷出现 被动屏蔽的电荷移动是被限制在屏蔽导体的内部，因此就没有必要像主动屏 蔽那样，因相对外部之间有电荷移动，而必须要设有接地回路不接地的屏蔽导体 电位当然不等于零，而且它的电位是由电场和屏蔽导体的形状及其大小来定但是 不管屏蔽导体的电位是处于何等水平，实际对屏蔽效果并无任何改变，原因是屏蔽 导体不存在向外移动的耦合的电荷所以相对屏蔽导体内的导体电位变化对屏蔽 导体并无影响；反之，屏蔽导体外部的电场变化对屏蔽导体内部的导体电位变化也 无影响 从上所述，被动屏蔽从原理上说，屏蔽导体可不必接地，但实际应用中的屏蔽 导体，其内部空间与外部是不可能完全绝缘的，多少总会有直接或间接接地静电耦 合因此只要屏蔽不完善，就会引起泄露电力线侵入为防止这种现象，多数情况人 们仍然采取屏蔽导体接地 2 。电磁屏蔽 对距离干扰发生源远的地方，都是采取辐射电磁场屏蔽；而对距干扰源近的地 方，多采取感应电磁场屏蔽当然，道理同主动屏蔽一样，可认为是导体所流过的电 流，进而产生磁通而形成屏蔽效果流过电流所形成的电势，可认为是由磁通而形 成电磁感应的结果，也可认为是由电场强度而形成的 3 磁屏蔽 高导磁体置于磁场之中，磁通就会集中在磁性体内部磁屏蔽就是利用这种特 性原理同主动屏蔽一样，被屏蔽的物体和屏蔽用的磁体距离靠近时，磁体因受高 频波的影响，往往会使磁体的特性下降，因此主动屏蔽不适合于高频之下，而多用 于低频被动屏蔽多用于屏蔽室，因屏蔽与对象物体相距较远，它不仅不会出现那 种不利的高频影响，而且所说的损失大也是指对电波能量的吸收铁除了磁导率大 之外，因是金属，其电导率也高，所以除了可作磁屏蔽外，还可用于电磁屏蔽 这样，高频下的被动屏蔽，可将电磁屏蔽和磁屏蔽作成一体 4 第二章传输线基本理论( 2 ) 2 1 在一端激励的传输线上任意点电压电流表示法 t u 一一。一* 。一- - i 线路任意点的以，l 已知u = a e + b e 7 。 当工；0 时 即线路始端砜= 彳+ 曰 得 a = ；( 即，0 z c ) 代入 以一；( “+ 啦。) e p + 互1 、u 。一，0 互) e ” 一；( e p + e 一”) u 。云1 ( e r _ e - r x ) l o z , ： 一。= 手( 憾”蛾”) f 。= a b 曰：；( u 。一，z 。) 。乏1 。【 ：1 、, u 。+ ，。z c ) e 一 一；( u 。一，。z c ) e r 。 。羽1 1i t - rj ，o 、z 。一；( e - e - ) “】 即 u x = u 。c h r x 一，。z 。s h y x 终端 = u o c h y l l o z d h r l 以终端电压u 电流，来表示任意点以，l 已知 u = a e 一7 。+ b e 7 1 【，z a e r 7 + b e r 5 晰 州 盟乙乙 儿 嘶 哪 缸 协 皇 鲁 r r ， 眈 一 b r 一 时 a p驴刊 卜 忆 得 彳= 丢( + 乙)口= 似一互) 代入 玑= 三2e 坤一砷( u + 忍) + 三e 一巾一砷( u 一忍) = 缸仃川_ + * 枷k 卅叫m 即 u = u c 砂( ，一x ) + 乏砌，( ，一x ) 同理= ，砌，( ，一x ) + 芝砌y ( ，一x ) 始端 u o = u t c h r l + i ，z , s h y l 2 2 传输线上任意点的输入阻抗 但u = z z 为终端负载 故z 。：z , c h r ( l - x ) + 尹z c , h r ( 一l - , ) c 砂( ，一x ) + 手嘶( ，一x ) 令t h n = 乙z - - - l 则始端输入阻z x = z j h ( r l + n 1 i m + 怠s m 若( 终端短路) z ，= oz 入= z h r t = z o 若z , = o o ( 终端开路) z = 磊= 乙 6 ( 2 ) 搿 鬻 竺嚏 一 e l 8 刁 甩甩 第三章平板屏蔽体电磁屏蔽理论( 1 ) 3 1 直角系下麦克斯韦方程 电雠 披田，r 厦垂且八射剑厚度为t 朐金属平板，由于平板的屏蔽作用，透过平板后， 空间场强将会减弱下面在直角坐标系下对这些场强进行分析 等一警币+ 川e等一誓：一脚以 警一i a l l = ( 盯伽s ) b 鲁一警= 一j c o # i - l y 警一可c g h x = ( 盯坳s ) e鲁一等叫掣以 只考虑e 及e ，分量，即 。 晕：巾h ， o z 。 3 2 波阻抗 警= 一( 盯懈) e 3 2 1 金属屏蔽体的波阻抗 设此屏蔽体的导磁率为，导电率为盯，介电系数为占： 因誓叫掣b 。 7 警= 一( 盯+ 弘s ) e e 故等= ( 厮) 2 e = 7 2 e 式中，= 厮为涡流系数 解此微分方程，得 e l = a e 。1 + b e z = e 入+ e 宦 而以= 一去鲁= 二( 肛”一& ”) ：呶+ j e o b 。 1 恤o z 、。 ”“ 故入射波及反射波的屏蔽波阻抗各为 乙入2 丧= 了j o g = 孕= 乙= 舞= 一浮= 一乙 z 卅、与乙。的符号相反。说明入射波与反射波传输方向相反 3 2 2 介质波阻抗 ( 1 ) 准静态 这时由于等= 一j o , u a h y 院 故等= 。 警z 一( 巾旬) e z 。 其解为t = 4 z + 骂； 略去不随z 改变的常量骂后，得e = 4 z ； 而以：一士筝：一二 。 j c a l l a 宓j o ) # a 故介质波阻抗为 ( 2 ) 高频波动状态 在食霞邙o d + j s d j m d 解此波动方程 z d _ 鲁一脚 故鲁咄“d l 泓d 、驴电 得e s = a e 。r z + b e “= e k + e t i - i , = 一志鲁= 鬲f ( a e - r ：_ & “) = 去( “一“) = 纵+ 壤 8 删”瓮母厝 删毗反= 老= 一再 9 ( 1 ) 第四章用电磁场边界条件分析屏蔽体的屏蔽性能( 1 ) 4 1 屏蔽衰减 晶及风分别是未屏蔽前的入射电场及磁场 尸及朋。分别是屏蔽后的反射电场及反射磁场 根据电磁场在边界上连续的条件，得 z = o 髓 e 。一p e o = a + b z = t 贰 s e o = a e ”+ b e 由于每= 乙 解之 4 ：( + o s e o 2 令孕= 厶m 占：( n - 1 ) s e op 一”s ： 2 而屏蔽衰减a 蝴= i n 1 ：h k 枷| + h i ，+ 圭( + 专 蛳i n p 如果以= 乏代入 s = 其中2 0 l g + 2 。- g p ”i + z 。t g i - 一z , - z m 1 2 e - 2 一i a b 代表反射衰减 2 0 1 9 e i 代表吸收衰减 1 0 回 0 “ & 三乙 ， 一 如 m 上乙 + = 风 和 一 一， 一一2 一 + l 彬 一c 加- g 一。z z 。d + - 乙z = ，i z e _ z r t l 代表交互反射衰减 4 2 反射系数 求得一：口及s 后 由氏- t o o - a + 曰 得 整理 即 毛( ，一p ) = i 垒! 乏；堕e 一+ ( n - ：1 ) s e o e ，一 ，一p 2 c h r t + l s h r r ) s = 幽r r ( ，+ 专m r r ) s 卜p - 【叫，+ 扣) 即 1p 一+ 扣r 一。j ! ! 一 - + ；( + 珈 ( 1 ) 以上是的人的工作 p 暑迎逊： ，+ 扣+ 专) 帅 实际上，如果将反射系数前的负号包括在p 中，则p =狴 - + 弘加r 一 一旃 。一，一 一 一x 一“ 嘶 第五章研究多层屏蔽体的屏蔽特性的意义 在需要高度抑制干扰时可应用多层混合结构的电磁屏蔽体屏蔽体主要由交 替使用的抗磁层( 铜，铝) 及强磁层( 钢，坡莫合金) 而制成这种多层屏蔽体的德点是 其屏蔽效果很高而屏蔽体中的能量损耗则比较小 由几个不同的金属的薄层所构成的屏蔽体比同样厚度的均匀屏蔽体具有更 好的屏蔽效果；而且各层的放置次序不是没有关系的各层的放置次序，它们的电 气组合情况，各层厚度的比例关系以及哪一层放在屏蔽体的表面都有及显著的影 响( 1 ) 5 1 放置次序对屏蔽效果的影响 以三层平板屏蔽体为例三层平板屏蔽体屏蔽公式为( 见附录1 ) 1 墨= 当一，二两层互换，整个屏蔽体2 ，1 ，3 的屏蔽的公式变为 疋l ，= 显然交换前后s ，与是。，屏蔽公式使有区别的( 分母的最后一项咖1 ，2 咖鸽 的系数是不同的) 5 2 双层屏蔽体可以比单层同样厚度的屏蔽体具有更好的屏蔽特性 如下表5 1 所示： f k h z a ( 铜，厚0 2 r a m )a ( 钢，厚0 2 r a m )a ( 铜，钢各厚 0 1 m m ) 2 02 7 51 4 22 4 6 6 03 ，8 53 4 44 3 5 i1 0 04 3 84 75 4 i i 1 5 04 盘15 8 6 6 3 j 以上数据来自参考文献( 1 )a 的单位为巾 可以看出，在f 兰6 0k h z ，1 0 0k h z ，1 5 0k h z ；双层屏蔽体铜钢比同样厚度的 屏蔽体单层铜或钢具有更好的屏蔽效果 对于三层屏蔽体，可以把两层看做一个屏蔽体，而另一层看做与这两层屏 蔽体的组合，同样可以运用上面双层屏蔽体的特性束分析可以推论三层屏蔽 体可以比同样厚度的双层屏蔽体具有更好的屏蔽效果 5 3 多层屏蔽体的最佳厚度 哺来说，会属屏蔽的材料，及电磁波频率叫确定；- 乏5 去， v 口 y 4 # 0 u o 即确定，能够改变的只有厚度t 一般地说抗磁性的会属如铜在低频时比较有优势，而强磁性的金属如钢在 高频时比较有优势故在低频时应适当增加抗磁性的会属如铜的厚度，在高频时应 适当增加强磁性的金属如钢的厚度 值得注意的是，在更高的频率范围内( 约定i m h z 以上) 混合屏蔽体一般来 说是没有意义的而从屏蔽效果这一观点考虑，单纯的t h 屏蔽体是处于优先地位的 因为随着频率的增加，吸收衰减的相对作用加大了，钢的屏蔽效果就会大于铜的屏 蔽效果这种层厚最佳比考虑同样适用于三层屏蔽体f 1 ) 5 4 多层屏蔽体的材料选择 高频范围内，在材料选择，确定材料的组合以及确定材料的配置顺序时，应 该使屏蔽体外层在反射衰减方面能给最好的效果，而使中| 日j 层在金属内的吸收 衰减方而给出最大值因此外层应用反射能力大的抗磁材料( 铜，铝) ，而内层应用强 磁材料( 钢，坡莫合会) ( 1 ) 第六章电磁屏蔽的主要特性和规律 6 1 影响屏蔽效果的主要物理量 分析前面已有的结果，可以指出对单层平板屏蔽体屏蔽作用的计算公式包括 两部分 8 2 s n 舯饵。南煅收屏耗s o = 习去厮舨射屏就 2 l 吸收屏蔽是由于屏蔽体内涡流的热损耗引起的频率愈高及屏蔽体愈厚，屏蔽 效果就愈好反射屏蔽则决定于制成屏蔽体的金属与包围屏蔽体的介质两者波特 性不一致的程度介质与金属的波阻抗相差愈大，由于反射引起的屏蔽效果愈强 分析吸收屏蔽氏的公式，可以指出，当涡流系数及屏蔽体厚度t 加大时，屏蔽效 果是加大的 随着频率的加大，品值在l 至0 的范围变化得相当快，而当最的值为零时就表 示屏蔽效果最好 参量矗以复数的形式表示的，模值表示屏蔽的程度，而幅角则表示电磁场穿越 屏蔽体厚度所产生的相移 由y = ，n w 盯可以看出，屏蔽体的导磁率及导电率盯愈大，屏蔽效果愈好 因此，强磁屏蔽体的吸收屏蔽效果j 。远大于抗磁屏蔽体 随着屏蔽体厚度的加大，屏蔽衰减也会增加 屏蔽体由反射而引起的屏蔽作用晶主要决定于介质波阻抗乙与金属屏蔽体 的波阻抗z 卅的不一致程度，乙与乙值彼此相差愈大，在介质一屏蔽体- 介质分界 面上能量反射愈大，而且该系统的屏蔽效果也就愈高 随袱= 厮_ ) 及t 的改变，数据圭( + 专) 蛳作波动变化所以参数也将 1 4 作波动变化 在一系列情况下，更方便的是用屏蔽衰减来表示屏蔽性质，屏蔽衰减a 用n p 来表示： 矧却4 热4 乩阱h i 曲i纠n 蜘n 旧+ 枷t 在抗磁屏蔽体中，铜具有最好的4 值，其次是铝，最后是铅这是由于铅的导电 率很坏的缘故 就反射衰减4 来说，抗磁屏蔽体的效果较好 分析各种屏蔽体的总屏蔽衰减，可以指出，z ：k 1 0 6 h z 以下的频带内，铜及铝屏蔽 体比较有效的，而在更高的频谱内占优势的仍是钢屏蔽体 屏蔽体厚度增加对提高铜和钢的屏蔽效果是不同的随着厚度的增加，铜的 4 值增加较小，加厚钢屏蔽体可使屏蔽作用急剧增加主要由于钢有较小的等效 广i 一 穿透深度0 = ，f l 使在同样的厚度内4 。值增加较大 v 甜“盯 余属的导电率对屏蔽体的屏蔽性质也有较大的影响同样厚度的抗磁屏蔽体 的屏蔽效果就只要根据导电率口的性质决定( 1 ) ：兰兰d 当 t 矧2 十( 缓产“ ，而 “2 、f 了； 由此来看，当乙，t ，及频率一定，, = 1 ( 抗磁屏蔽体) 时；s 只与盯有关 6 2 导电率口对屏蔽特性的影响 下面讨论在p 4 ”一0 情况下导电率盯对屏蔽特性的影响 亦 上蛳 = s由 熹? 一；慨吒愀一叫1 _ 。( 一z d - z 月, ，1 2 塘； 粮 l 卜，7 壤 从而s 最小) 由于 e - 2 = e - 2 j 丽= g - ( 1 + 闱巾= e 一钢巾p 一习凇 = g 胡一 c 。s ( 一压协i n ( 一铜例 如果e - 4 j l r l 。* 0 l i pe 。2 m o 在乙乙或乙乙的情况下；均有 s = 当乙z m 时胁参； 。兰当 ( 乙+ 乙) 2 乙乙的情况下，踟参 仃在e ”中对s 的影响远比其在乙对s 的影响大； 故随着盯的增加，l ，i 值增大，而值急剧减少 下面讨论对满足e - 压l , l , * o 的条件所需金属涡流系数模值j ，i 大小 各种金属涡流系数模值川( 单位掰肌。) 如下表6 1 舭钢铜铝 铅 7 5 6 12 1 2 l1 6 3 50 5 9 7 1 0 4 1 8 5 25 1 9 64 0 0 61 4 5 3 6 x 1 0 4 2 3 9 26 7 0 9 5 1 7 21 8 8 9 1 0 5 3 3 8 29 4 8 77 3 1 52 6 7 1 2 x 1 0 5 5 3 4 71 5 o1 1 5 64 2 2 4 5 1 0 5 7 5 6 12 1 2 11 6 3 55 9 7 2 1 0 6 2 3 9 26 7 0 95 1 7 21 8 8 9 1 0 7 7 5 6 1 2 1 2 1 1 6 1 6 3 55 9 7 2 1 0 8 乎 以e 一。狮0 0 1 为例，即e 嘶乏l o o ；压b 叫f 之l n l 0 0 ； t - - - 0 1 m m 时i r l - 3 2 5 6 x 1 0 4 mt = l m m 时，i r l 3 2 5 6 x 1 0 3 m 从表6 1 ( 数据来自参考文献( 1 ) ) 上看出 当t = 0 1 m m 时；对金属钢，在f 大于2 x 1 0 5 h z 即可满足23 2 5 6 x 1 0 4 m 的条件， 对于抗磁性的铜，铝来说，f 需大于1 旷h z ，值才达到5 1 7 2 r a m 。以上，而对于铅来 说f 更需要增到1 0 8 h z ，川值j 能达到5 9 7 2 r a m 1 ；j 可满足j ，j 2 3 2 5 6 x 1 0 4 m 的 条件： 只有在增加厚度的情况下，t = l m m 时，相应需要满足e 一哪”一。的条件的值下 降为3 2 5 6 x 1 0 3 m ；此时，对于f 大于6 1 0 4 h z 的钢，铜，铝，均可满足条件；而铅 仍需达到5 x 10 5 h z 以上，值j 增加到4 2 2 4 m m 。；这都是因为铅的电导率差的缘 故 总结：通过分析仃对川值的大小的影晌；以及川值的大小对满足e 一。2 冲一。的条件 的影响；从而产生对交叉反射项的影响，最后使交叉反射项对屏蔽系数产生影响 进，一步说明电导率d 对屏蔽体屏蔽系数的重要意义 6 3 屏蔽效能的定量评价的不确定性对实际屏蔽效能的影响 电磁屏蔽的效能可以用不存在屏蔽时空| 1 日j 防护区的场强( 瓦或h 。) 与存在屏 蔽时陔区的场强( 或日) 的比值r 柬表征 t ；叠或r ：丝 e h 在一般的情况下，屏蔽不仅使场强减弱，而且在不同程度上会使空问防护区中 的有源场畸变因此，用上面的方法确定场的电分量和磁分量屏蔽效能是不一样的， 并且与测点的坐标有关这种情况将极大地妨碍对屏蔽效能的定量评价 在最简单的情况下，屏蔽效能仅有一个数值属于这种情况的有：用无限平面 的均匀屏蔽体对平面电磁波的半空间屏蔽：用均匀球形屏蔽体对位于其中心的点 源屏蔽：用均匀无限长圆柱形屏蔽对位于其轴线上的线源屏蔽在电磁屏蔽理论中。 首先研究的着形是这些情况，即将实际情况变为理想化的情况，但是这种理想化 在牛f f 当程度上会影响评价的精确性在特别复杂的情况下，只能确定屏蔽效能可能 最低的数量级 第七章用传输线法分析平板屏蔽体的屏蔽性能 7 1 用传输线法分析单层平板屏蔽体的屏蔽性能 现在用传输线理论分析屏蔽体的屏蔽性能 一to 富 图7 1 传输线法( 视2 区为一段长为t 的传输线) 7 1 1 屏蔽体表面的反射系数 视波阻抗为传输线的特性阻抗 则对于介质( 1 区，3 区) 传输线的特性阻抗乏i = z 。= 乙 金属屏蔽体波阻抗为传输线的特性阻抗z c ：= z 册 金属的涡流系数，= 怕j 面视为传输线的传播常数 设乏= 由传输线任意点的输入阻抗公式z ( ) = 乙：乏j 舞 得 z ( 叫吃怒 于是屏蔽体表面的反射系数 1 8 毗，。擎n + t k y tn 1 + n t h y t ：! ；塑! ；。挝：坐： 即铲簪2 群。焉a 苇 1 + 砌一，i”r 7 由传输线方程以= u o c h r x i o z , s h y xi x = l o c h y x 一- s h y j 输线的特性阻抗z 。：= z 。；会属的涡流系数y = 、j i j 万视为传输线的传播常数 代八传输线方程，确 ( u + 2 u ) c h y t 一( ，一2 1 ) zs h y t = s u 而入射电压与入射电流2 t t y 9 介质的特性阻抗 视波阻抗为特性阻抗， 对介质1 ；有 t u = 乙； 哆州于是 ( 1 + 2 ) 曲y f 一( 1 一：) 参- s h y fz s - 即 s =，+ 过：坐1 1 + ! i 丝匕 + 淞+ 卜 c h g t 一 ；( 专一) 帅 ，+ 淞+ ) 蛳 1 9 乙一乙 一一一一 乙一乏 = ( c h y t ) = ( c h y t ) c h y t 一 + ；( 专+ 蛳 - ( c 咖) i 卜挣1 - t h 2 y t 万 s ：上 c h y t + ；( 专+ ) 咖 h r t t b t + 辩y t n j - + 圭( 专+ ) 忉 醋屏蔽衰减a t 藏= l n 阱h 胁卅h 旧+ 专 彬i 结论：用传输线法与用电磁场边界条件解得的屏蔽体屏蔽系数公式是一致的 ( 4 ) 7 2 用传输线法分析双层平板屏蔽体的屏蔽性能 始端电压，电流为v o ，x o ；两屏蔽体交界面的电压电流为，；末端电压，电流为 两屏蔽体的厚度为t 一，t 2 ；t 。，f 2 ；段可视为特性阻抗为z 矿z 的传输线；z ”z 分别 为屏蔽体的涡流系数；术端负载为z a ，z 。为末端介质波阻抗传播系数为 n ，r 2 ，；n ，y 2 ，；为屏蔽体的涡流系数 如图7 2 1 区厚度为f 。；2 区厚度为t 2 艰硒传弼线万丰芏 u ( x ) = u o c h y x l o z s h r x m ) 叫附笔蛳 知 u i2u o c h y l 1 t i o z 。s h y # l 卜i 批一皂蛳i 7 2 1 始端输入阻抗 始端输入阻抗为始端电压，电流之比监 ，0 下面用传输线输入阻抗公式求始端输入阻抗 交界面1 的输入阻抗乙。为 以乙，为负载，则始端的输入阻抗为 代入 u 2 。u l c h y z t 2 一t l z 。! s h y 2 t 2 1 2 。1 c h y 2 t z - 些。l ，。s h 7 j ! z 矿z 。：i z a + 葡z m 2 t h 再y 2 t 2 77 717 t h y t t i 。i t t l w 。m l t t g 1 t 1 乙。z m i 瓦石 芦7,_+z磊啦thraa m 2 ，zz + 乙晰 嚣 一，( 乙+ z m 2 t h r 2 ) + 肪m ( + z , t h r 2 j 乙( 气+ z a t h y 2 t 2 ) + z m ，( z a + z b t h y 2 t 2 ) t h y l t l _z 帕z d + z 帅z 卅 m r , t , + z 。，f 行如2 + z 帆z d t t t y l t l t h y 2 t 2 ? z m 五m 1 + z m 。z d t h r , t , + z z 乒h y l + z z 。t m f # h y 一1 7 2 2 屏蔽系数表达式 = u i c h y 2 t 2 一l i z q s h y 2 t 2 = ( u o c h r , 一厶咖) 毗f 2 一卜咖卜乏u os m _ 妇托f 2 = i 拍m c 厅托屯+ - 争- s h y l t f f h y 2f 一厶 乙幽m 幽儿屯+ 乙c h y l t l s h y 2 t 2 。卜门t 毗t + 善s s 慨t _ 芝眩妇m 慨+ 气幽m 慨乞 = 砜c h y 。t l c h y 2 t 2 ，+ 乏腑 t 慨岛 一去 z ，腩n t + 互。腩儿如 砜= ( 1 + ，) 【，；p 为电压反射系数= 再z - z , s u = ( s 为屏蔽系数) 即s 弭岫u 嘲t c 慨岛 t + 乏嘲慨q 一去陬+ 慨如 ) s = t 麦葛曲 t 毗岛 + 乏毗f 2 一去陬慨 + 毛如 ，z 吨z d + z m 。z 。h y 一1 + z 2m l t h y 2 t 2 + z m ：zd l h 7 一撕2， d = 一乙一蚋乙气+ 毛z , t h t , + 乙，z a t h y 2 + z 2 m 2 慨椰托，2 4 z + z d7z m t z d z q z m l t h t i t t + z 2 。，h y 一2 + z m t z d t h y d 研2 1 2i7 巩z q z + z z d t h y , 4 + z 0 研2 + z z t 研f # h y 2 。 i 气【乙+ 气t h r a + z 乙肪+ 乙嘶舶协) 1 一i 一乙( 乙：+ 气z h r a + 乙乙嘶如+ z 2 m ：t h y l t h y ：t z ) i = - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ，二一一 j i 毛【乙：乙+ z s r , + z 乞嘶如+ z , z h r a t h r t ：) 1 【+ z 4 ( z 。+ z h r a + z 乙埔脯+ z2 _ 咖m 嘶r 是) i 一 ( z 2 。一z 。z 2 d ) t h y i f l + ( z 2 ，- z , z z ) f y i ：+ ( z _ 乃一z z ，z ) t h y h y ：) i 1 二二一二一一 j 2 z m 乙：乙+ ( z _ z _ ：+ z z 2 ) t h y + ( 气z 乙+ z , z z ) t h y l ：+ ( z _ 乙+ z 2 z d ) t h y 。f 舻r 一： 。釜：墨) 竺竺：i 【兰：兰生竺：i ( 釜一乏) 肪r 聃幔 1 + ；( 荨+ 乏卜m + ：( 荨+ 乏卜隅+ ；( 乏+ 善) 嘶m ， 将z l 。表达式代入屏蔽系数表达式中 屏蔽系数中 7 刍墨“z 嘶l f l + 。! 蛳2 f 2 “n z d t h y i f l t h y _ d 2 。二三“。二z d t h y l f l “z d t h r 2 f 2 “2 。，t h y z t l t h y z t 2 。 7 刍：刍+ z 坍。z 。，嘶，l f 】+ z2 。! 肪y 2 f 2 + z _ z d t h r l f l 咖，2 f 2 ， 1 乙。乙2 “。! z d 嘶l “ z a t h y ，_ t 2 + z 2 。t h y t t l 嘶2 t 2 ”4 一z _ ( 乙：z d + z 。z 。! 嘶l + 。二腩y 2 f 2 + z j h y i f l t h y 2 t 2 ) = - - - - ，二，二一 ， l 乙i 乙! 乙+ z n z 。! 咖7 l f l + z 21 t h y z t 2 + 乙z a t h y l f l 咖y z f 2 ) 1 + 乙( 乙乙：+ z m z d t h y 。f l + z m z a t h 7 2 f 2 + z 2 。：胁y 。f l 历y ：) - z m 【z 。：乙+ 乙。z 。：嘶l + z 2 ：t h r l 2 + z z d 嘶l t h y z t 2 ) 1 乙! 乙+ ( z 、z 。：+ z 。：z2 。) t h y 。1 + ( 乙z 乙+ z2 。) t h r z t ：+ ( 咒，z 。+ 。! z 。t h y l f 】t h y ：f ： ， 一 甲 y 一 妇 峨一 聃 一 n y 一 垤慨一k 蘸一 基簧 z 1 仁 型学 去 专 帅帆 2 i 西盘篓篓生巫 蚋z m z 吨+ z 。l z 乒砖，l + z 叶z d t 研1 + z 2 m 2 t h t , t h r 2 t 2 ；匕塑! 刍塑丝刍刍刍圣塑! 刍圣堕垒：三! 兰塑! 丝垒 乙( z z a + z z t h y j + z 2 t h y = t = + 乙z 4 慨，协f 2 ) i z o z l i l 2 t h r , t , + z 。2 咆t h y 2 t 2 + z m l z m l z d l h z y + z 吨z 电z 聍y 2 【+ ( z 2 卅l z ：+ z 2 鸭z ：) 历n 腩儿如+ 乙z 2 mt h 2 门历恐，2 + z 3 mt h y l t l t h 2 ) 1 2 1 2 z m 。呼m l z d + z m l z m ，h m + z2 m l t h y 2 t 2 + z q z d t h y l t l t h t 2 t 2 1 故 t + 乏一慨如 - l 。岫一 z t h r , + z , 慨岛 iz 。j 2 z 。t h y l t l + z m z2 啦t h y 2 t 2 + z 龟z m 。z 肾y l + z 仇z m ；z 乒h ? y 一2 = 悖螂计丝蓑装器篙警戮黧产 旧叫文戮 z m t z d + z m t z m t t h y l t l + z l 。，h y 2 1 2 + z 仇z h 7 f # 研l 。z 唧z m t z d 七z 毒z 咆t h r , t , + z 唧z 2 电t h a t 2 j + ( z m l 2 z ：+ z 2 。z ：) f j 巩f 功t 岛 + z m l z = t h 3 y # # ! + z 3 m ，砷# 悖y 2 t 2 、+ z 卅气乙砌2 砌2 托乞， z 毒z m l t h r a + z m 芽m j h l + 乙乙砌2 m + k z d t h 2 托乞 + ( z 2 z d + z 2