结构的屏蔽设计及材料的应用PPT幻灯片

结构的屏蔽设计及材料的应用,2,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,3,屏蔽,屏蔽是一种直接而有效地控制辐射发射的方法，它是用良导体将干扰源或敏感器包围起来，以隔离被包围部分与外界电的、磁的或电磁的相互干扰。,4,1屏蔽机壳应用很厚的金属板，2它具有连续的结构，3并没有接缝和开口。,屏蔽的要求,5,屏蔽的实际问题,而实际上，的屏蔽体不但要有进入内部进行维护和修理的通道，还要有控制按钮和连接器以及仪表和指示器的观察窗口，并且还要使机壳内电子设备的热量容易散出。人为因素：例如，可能出现涂油漆、腐蚀、氧化物或者是连端接不适当。,6,电磁屏蔽的目的是切断电磁波的传播途径,屏蔽前的场强E1,屏蔽后的场强E2,当电磁波穿过某种特定的材料时，会产生很大的衰减，这种材料所起的作用就是电磁屏蔽作用。,电磁屏蔽,7,8,9,10,11,电磁屏蔽,屏蔽前的场强E1,屏蔽后的场强E2,对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB,13,屏蔽体的总体屏蔽效能是由屏蔽体中最薄弱的环节决定的.要使屏蔽体的屏蔽效能达到某一个值,屏蔽体上所有部位都要达到这个值,即各部位屏蔽效能的匹配是十分重要的.屏蔽体中最薄弱的环节是各种缝隙和孔洞.,14,同一种材料对于对不同的电磁波屏蔽效能是不同的，屏蔽的难度按电场波、平面波、磁场波的顺序依次增加,综合屏蔽效能（0.5mm铝板）,15,根据电磁屏蔽定义，屏蔽效能（SE）可表示为SE=设备的预期（实际）发射极限值（1）SE=敏感度极限值设备预期（实际）的干扰响应阈值（2）（1）式表示对于干扰源的抑制屏蔽效能；（2）式表示对于受干扰设备抗干扰的屏蔽效能。,典型电子设备的屏蔽效能屏蔽效能确定方法,16,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,17,高导电材料,高导电材料,高导磁材料,怎样屏蔽低频磁场,18,利用高磁导率材料做成屏蔽体，为磁力线提供低阻抗通路,H0,极低频率磁场的屏蔽,19,磁屏蔽不只是靠切断耦合,而且还靠分流磁旁路来实现屏蔽,因磁力线是闭合的.,20,屏蔽材料的选择材料rr银屏蔽白11.05铜铜G11金10.7铝10.61工业纯铁50-10000.17冷轧钢1800.17不锈钢5000.021PINGPPPP,21,4%硅钢5000.029热轧硅钢15000.038高导磁硅钢801030.06坡莫合金80103-121040.04(79%镍,21%铁)屏蔽材料厚度选择1.2mm4屏蔽材料厚度选择,22,电磁屏蔽材料新近展1.导电高分子聚合物薄膜特点:轻,薄26m厚屏蔽效能36dB80m厚屏蔽效能70dB2.非晶态材料3.纳米材料尺寸线度1100nm准零维超细微粉,一维超细薄膜,一维超细纤维量子效应显著,有奇异的表面效应和体积效应,具有宽带微波吸收性能电点磁电磁屏蔽,23,静电屏蔽,静电屏蔽应具有完善的屏蔽体和良好的接地.电磁屏蔽要求屏蔽体具有良好的导电连续性和良好的接地.静,低频磁场屏蔽产品,25,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及的应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,26,军用电子系统电磁兼容性的特点,军队电子系统中电磁兼容问题最为突出和典型的是飞机导弹舰船和车辆，这些系统的电磁兼容的共性特点主要表现为：,（1）频谱高度密集，同时表面存在着大量复杂的反射结构，致使天线的方向图输入阻抗耦合度的分析非常复杂；,（2）体积和空间有限，大量的设备共存于狭小的空间；,（3）无线设备多，系统载体表面集中了多部天线；,（4）大量不同类型设备共用同一电源和一套地线系统；,（5）系统内高低电平设备共存。,27,主要针对系统间电磁环境，如通讯及雷电、核电磁脉冲等的电磁效应等。,主要针对系统内部，如分系统间（或系统内各互连模块间）的电磁兼容性能预测、评估以及电磁兼容设计与故障诊断流程控制等。,研究范畴,28,首长在信息化指挥方舱内下达命令,32,33,我军装甲部队抢滩登陆实,35,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及的应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,36,1编织丝网衬垫2导电泡棉、导电布3导电橡胶条4导电橡胶板5定向金属丝6铍铜簧片7屏蔽缠带8导电胶带9通风波导窗10导电涂料、导电胶,屏蔽衬垫种类,37,各种导电泡棉布衬垫实物图,38,导电泡棉布衬垫,39,导电泡棉布衬垫,40,1导电性2屏蔽效率SE（db）3阻燃性4弹性5耐用性6安装方便7多样性8尺寸,如何衡量导电布屏蔽材料,41,导电布衬垫：导电布包裹上发泡橡胶芯构成，一般为矩形、扁平，带有背胶，安装非常方便，高低频的屏蔽效能均较高。主要优点/缺点：价格低过理压缩时不易损坏，柔软、具有一定的环境密封作用/频繁摩擦会损坏导电表层。,导电泡棉布衬垫优/缺点,42,应用场合,43,编织丝网导电衬垫实物1,44,编织丝网导电衬垫实物2,45,编织丝网导电衬垫外型结构,46,应用场合,47,编织丝网导电衬垫安装方法,48,金属丝网衬垫,这是一种最常用的电磁密封材料,从结构上分,有全金属丝空心和橡胶芯等三种,常用的金属丝材料为:蒙尔合金,铍铜,镀锡钢丝等,其屏蔽性能为,低频时的屏蔽能较高,高频时屏蔽效能较代.一般用在1GHZ以下的场合.主要优点/缺点:价格低,过量压缩时不易损坏/高频屏蔽效能较低.,编织丝网导电衬垫优/缺点,49,铍铜簧片实物图,50,簧片的接触方式,51,簧片的固定方法,卡扣,短缝,沟槽,双卡,压敏胶/导电胶,铆,焊,螺,52,簧片的固定方法,53,通常用在接触面滑动接触的场合，形状繁多，材料为铍铜，但表面可做不同的涂覆，屏蔽性能力，高频，低频时的屏蔽效能都较高。主要优点/缺点：形变量大，屏蔽效能高，允许滑动接触（这便于拆卸）/不防水、价格高,铍铜簧片的优/缺点,54,簧片的应用,55,56,57,螺旋管实物图,58,宽槽安装,窄槽安装,燕尾槽安装,宽槽安装：简单、衬垫寿命长、螺钉间隔计算简单但衬垫容易掉出,窄槽安装：简单、衬垫不会掉出一次安装后衬垫即损坏、螺钉间隔计算复杂,燕尾槽安装：具有以上两种的优点槽加工成本高,螺旋管安装方法,59,斯派尔螺旋管,实心橡胶,斯派尔螺旋管,发泡橡胶,背胶,螺旋管衬垫与实心橡胶或民泡橡胶组合成便于安装并有一定环境密封作用的屏蔽条螺旋管衬垫与密封橡胶构成具有气体密封作用多重密封条螺旋管衬垫与铝板构成专门用于屏蔽柜门的衬垫,带橡胶的螺旋管,60,由铍铜或不锈钢带才卷成的螺旋管，屏蔽效能高，（所有电磁密封衬垫中屏蔽效能最高的）主要优点/缺点：价格低，屏蔽效能高/受到过量压缩时，容易损坏。,螺旋管的优/缺点,61,连接器导电衬垫实物1,62,连接器导电衬垫2,63,衬垫的结构尺寸,64,导电橡胶条实物,65,导电橡胶条的屏蔽设计1,66,导电橡胶条的屏蔽设计2,67,68,O型圈的实物,69,O型圈的凹槽设计,设计时，沟槽要保证10%-20%的衬料变位，根据材料弹性应向厂家索取技术指标。,70,O型圈的使用方法,71,导电橡胶板实物,72,通常用在环境密封要求的场合,从结构上分,有条材和板材两种,条形材又分为空心和实心两种,板材则不有不同的厚度.材料为:硅橡胶中掺入铜粉,铝粉,银粉,镀银铜粉,镀银铝粉,镀银玻璃粉等,其屏蔽性能为:低频时的屏蔽效能较低,而高频时屏蔽效能较高.主要优点/缺点:同时提供电磁密封和环境密封/较硬,价格高,由于表面较软,有时不能刺透金属表面的氧化层，导致屏蔽效能很低。,导电橡胶衬垫的优/缺点,73,定向金属丝实物,74,定向金属丝实物应用,75,导电胶带实物,76,屏蔽胶带是在铜箔，铝箔或导电布上敷上导电胶构成的胶带，它的作用是将两块不同的金属部件导电连通起来，从而构成一个完整的导电体。由于金属颗粒在正常条件下是埋在压敏胶中的，因此，胶是不导电的。使用时，要用力碾压，使金属颗粒穿透胶层，才能与金属部件导电接触，这是使用时必须注意的。另外，在验证一种导电胶带的质量好坏进时，也不能直接测量导胶的导电性，而要用导电胶带将两块金属粘接起来，然后测量两块金属之间的导电性，电阻越小越好，屏蔽胶带用于屏蔽体孔缝泄漏补救，屏蔽电缆屏蔽层的端接等场合。,导电胶带的使用方法,77,编织丝网屏蔽缠带实物,78,主要用于电缆和电缆束的补充屏蔽特别有效，它增加适应性和柔软性的同时，减小了体积和重量。屏蔽效果是其他屏蔽材料所难以达到的。屏蔽缠带绕在电缆上时费时费力，工作效率不高。,编织丝网屏蔽缠带的优/缺点,79,通风波导窗实物,80,在屏蔽体需要通风处理时，需要加通风波导窗，波导对电磁波有高频容易通过，低频衰减较大。与滤波器相似，波导窗的频率特性也可用截止波导来描述，利用这个特性，可以达到屏蔽电磁波，同时实现一定的实体连同目的。,通风波导窗用途,81,应用场合,82,硅脂、环氧导电胶是利用硅脂的高粘性和金属颗粒的高导电巧妙结合成的，具有银、铜镀银、铝镀银或玻璃镀银填料颗粒，是一种室温固化的导电胶，固化后形成一个易弯曲且有弹性的导电连接头或密封垫，有单组份和双组份之分。,83,84,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及的应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,实际屏蔽体的问题,通风口,电源线,电缆插座,BNC232/485,开关,指示灯,键盘,显示窗,表头,缝隙,86,缝隙,一些破坏机壳完整性的因素:门;盖板；通用孔；测量仪表的指示窗；显示窗；电位器轴；指示灯；保险丝；开关；电源线和信号线连接器。,87,前视图,88,后视图,89,90,91,92,93,94,95,缝隙的产生,缝隙,96,缝隙的产生,缝隙的电磁泄露,缝隙的处理,电磁密封衬垫,缝隙,99,孔缝屏蔽,100,孔缝尺寸接近半波长的整数倍时，电磁泄漏最大，高频时应做好孔缝屏蔽，要求缝长或孔径小于/(10100）。永久性接缝采用焊接工艺。非永久性配合面形成的接缝采用导电衬垫：卷曲螺旋弹簧卷曲螺旋屏蔽条高性能型屏蔽条硅橡胶芯屏蔽衬垫多重密封条指形簧片衬垫金属编织网衬垫导电橡胶衬垫,孔缝屏蔽,101,102,103,104,105,106,缝隙的设计,通风口的处理,穿孔金属板只适用于骚扰频率50MHz,为3050dB,截止波导通风板这种蜂窝板曾用于飞机机翼中,108,波导是管状金属结构,呈高通滤波器特性,可使骚扰频率落在截止区内而被抑制.,109,截止波导通风板通孔板只适用于骚扰频率3d,110,设计步骤:fc=(3-5)f(最高)截止频率应大于最高骚扰频率3至5倍b.d(cm)=15/fc(MHz)c.l(cm)=SA(dB)/1.873fc(MHz),111,例:f(最高)=9.375(GHz)fc=46.875(GHz)d=0.32(cm)设SA=80(dB)则l=0.911(cm)实际尺寸:d=3.2mml=12.7mm常用尺寸:d=1.6,2.5,3.2,4.2,5.6,8.2mml=6.3580mm材料:碳钢,不锈钢,铜,铝,112,113,114,115,显示窗/器件的处理,隔离舱,滤波器,屏蔽窗,滤波器,117,118,119,显示器采用导电玻璃,120,121,122,123,124,125,126,操作器件的处理,屏蔽体上开小孔,屏蔽体上栽上截止波导管,用隔离舱将操作器件隔离出,128,129,操作器件、指示灯、表盘采用截止波导,130,131,132,课程介绍,屏蔽的概念低频磁场的屏蔽军用电子系统电磁兼容性的特点屏蔽材料的种类及的应用范围实际屏蔽体的问题如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,133,如何正确地选择电磁屏蔽衬垫,在设计和选择电磁屏蔽衬垫时，应主要考虑以下因素:衬垫形状;机械耐久性;衰减水平，多数军用设备要求衰减量达到60-100分贝，极至120分贝。压缩量，多数军用设备考虑低闭合力设计。压缩量对导电橡胶的屏蔽效能有很大影响。由于导电橡胶所采用的填料不同，其导电性有高有低，所以导电橡胶可达到的屏蔽效能范围较宽。屏蔽衬垫和接触金属介质间的电腐蚀性，避免导致电蚀的电流的产生。对水、灰尘和类似外部介质的环境密封。另外，还应考虑成本、耐用寿命、公差和安装方法(如铆接式，粘接式等)。,134,尽管一块实心金属板能提供100dB以上的电场屏蔽效果，但实际的屏蔽体经常只有几十分贝的屏蔽体的完整性受到破坏。1、金属板结合处的缝隙2、导体穿过屏蔽体电磁屏蔽对屏蔽体接地与否没有要求，仅要求屏蔽体是一个连续的导电体。屏蔽衬垫是保持屏蔽体连续的有效方法。衬垫的有效性用转移阻抗表示,屏蔽衬垫的作用,135,V,I,E,ZT=V/IZT：转移阻抗,转移阻抗越大，衬垫的电磁泄露越大；转移阻抗越小，衬垫的屏蔽性能越好。,衬垫,转移阻抗,136,1转移阻抗测量装置可以用于：2衬垫厂商开发衬垫产品3设计人员对各种衬垫评价4研究各种涂覆层对衬垫结合处转移阻抗的影响5研究衬垫在各种环境中的老化特性6衬垫用户对购入的衬垫进行质量认证,转移阻抗的测量,137,1、转移阻抗：表示衬垫的屏蔽效果2、弹力：衬垫的弹力越大，屏蔽效果越好，但要求的法兰越厚、坚固螺钉越多，使可维性降低。当屏蔽要求允许时，应尽量选用弹力低的衬垫，但应注意其容易损坏。3、压缩永久形变：原始尺寸、压缩尺寸、恢复后尺寸4、寿命：衬垫（或表面）的导电性能会随时间降低电化学稳定性：不同金属的接触面上当盐雾存在时发生电化学反应。使接触面的接触电阻增大。,5、,屏蔽衬垫的技术指标,Cool-Shield,Cool-Shield,141,142,143,144,145,146,147,148,149,150,151,156,157,测试中的设备,158,159,CE102测试结果,某设备24VDC线传导发射频谱,160,根据电磁屏蔽定义，屏蔽效能（SE）可表示为SE=设备的预期（实际）发射极限值（1）SE=敏感度极限值设备预期（实际）的干扰响应阈值（2）（1）式表示对于干扰源的抑制屏蔽效能；（2）式表示对于受干扰设备抗干扰的屏蔽效能。,典型电子设备的屏蔽效能屏蔽效能确定方法,版权所有翻版必究北京泰派斯特电子技术有限公司,161,用屏蔽电缆抑制共模辐射,CM,CM