第五章屏蔽技术1

5.2电屏蔽5.3

磁屏蔽5.4电磁屏蔽5.1概述5.5电磁屏蔽设计要点第五章屏蔽技术2.目的：限制内部能量泄漏出内部区域（主动屏蔽）防止外来的干扰能量进入某一区域（被动屏蔽）5.1概述屏蔽的含义：用屏蔽体将电磁干扰能量限制在一定范围内。屏蔽体可以是导电的、导磁的、介质的或带有非金属吸收填料的。3.原理：二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场);

反射衰减理论两种解释形式不同，但本质是相同的4.屏蔽的分类（按工作原理）

电屏蔽：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽（利用良好接地的金属导体制作）

磁屏蔽：静磁屏蔽、低频交变磁场屏蔽（利用高导磁率材料构成低磁阻通路）

电磁屏蔽：用于高频电磁场的屏蔽（利用导体表面的反射和导体中的衰减来隔离电磁场的耦合）屏蔽效能(SE)屏蔽效能：屏蔽体性能的定量评价。定义：或或电屏蔽效能磁屏蔽效能E0、H0——未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场；E1、H1——加屏蔽后空间中该点的电（磁）场；无屏蔽场强有屏蔽场强

屏蔽效能SE

（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120衰减量与屏蔽效能的关系不同用途机箱对屏蔽效能的要求机箱类型屏蔽效能SE（dB）民用产品40以下军用设备60TEMPEST设备80屏蔽室、屏蔽舱100以上

分类：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽5.2电屏蔽电屏蔽的作用：防止两个设备（元件、部件）间的电容性耦合引起的干扰静电屏蔽原理：静电平衡要求：完整的屏蔽导体和良好接地2.低频交变电场屏蔽目的：抑制低频电容性耦合干扰分析方法：应用电路理论分析（a）未加屏蔽（b）

加屏蔽（忽略CSR的影响）SRCSR0未加屏蔽的耦合CRUS

UN0

～加屏蔽的耦合SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPCPUp

P讨论:（1）屏蔽体不接地，若CP<<CSP，CPRCR/(CPR+CR)<<CSP显然，屏蔽体不接地，非但不能起到屏蔽作用，反而会增加

干扰效应。加屏蔽的耦合SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPCPUp

P屏蔽体接地SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRP（2）屏蔽体接地（3）屏蔽体接地时，CSR的影响～CSRCRUS

UN1

CRP等效电路屏蔽体起到良好的屏蔽作用。具体的低频电屏蔽结构，利用感应电压正比于干扰场强的性质，利用路的方法计算屏蔽效能电屏蔽的屏蔽效能UN0为未加屏蔽前接收器上的感应电压，UN1为屏蔽后感受器上的感应电压为获得良好的电屏蔽效果，在设计时应注意以下几点：

合理设计屏蔽体的形状，完全封闭

的屏蔽效果最好，开孔或有缝会使

屏蔽效果受到一定影响；屏蔽体必须良好接地，最好是屏蔽体直接接地；电屏蔽体应选用良导体。3.电屏蔽的设计要点正确选择接地点，靠近被屏蔽的低电平元件的接地点。SR～CSRCRUS

UN1

CSPCRPUp

PGS

GP

GR

UG

就电屏蔽而言，对厚度没有要求，

只要屏蔽体结构的刚性和强度满

足要求即可。4.多级级联电路的屏蔽盒结构对多级级联电路而言，为防止级间寄生耦合，各级之间要进行屏蔽隔离。在结构上，通常公用一个屏蔽盒，级间用中隔板分开，其盖子有共盖和分盖两种形式。（1）共盖结构（各级屏蔽共用一个盖子）～CSUS

UR

CR等效电路ZR

ZG

共盖结构～CSCRUS

ZRZG

～CSUS

UR

CR等效电路ZR

ZG

干扰源US耦合到负载ZR上的干扰电压：屏蔽体接地良好，ZR>>ZG讨论：减小ZG可减小UR，提高屏蔽体的电屏蔽效能结论：为提高共盖结构的屏蔽效能，可在中间隔板上加装专用螺母，改善盖子与盒体中隔板的电接触，减小缝隙影响。亦可在中间隔板与盖板间安放导电衬垫改善接触。（2）分盖结构（每一个屏蔽隔板间单独用盖子封闭）～CSUS

UR

CR等效电路ZR

ZG2

分盖结构～CSCRUS

ZRCZG2ZG1CZG1

干扰源US耦合到负载ZR上的干扰电压：屏蔽体接地良好，ZR>>ZG1,ZG2分盖结构的屏蔽效能优于共盖结构5.3磁屏蔽（消除或抑制磁场与被干扰回路的磁耦合）1．原理

低频磁屏蔽（f<30kHz）:

利用高导磁率铁磁材料，（如铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰磁场进行分路。

高频磁屏蔽：利用低电阻的良导体中形成的涡电流产生反向磁通抑制入射磁场。2．屏蔽效能计算解析方法：圆柱腔、球壳的屏蔽效能计算近似方法：应用磁路的方法。如：长为l、横截面为S的一段屏蔽材料，其磁阻为的方程外磁场的磁标位3.磁屏蔽效能的计算(1)

薄壁球形屏蔽体的磁屏蔽效能内半径为a、外半径为b，外加均匀磁场方法：磁标位ab边界条件：时，时，解得：故若，则令、屏蔽效能

非球形腔体的屏蔽效能

球形腔体的屏蔽效能若t→0，即（V——屏蔽体的体积）等效半径：例：长方体屏蔽盒尺寸为：、壁厚。试计算用钢板和坡莫合金作屏蔽材料时的SE。解：钢：合金：4.磁屏蔽体的设计要点磁屏蔽体应选用铁磁性材料。磁屏蔽腔内若含有磁性元件时，应使磁性元件与

屏蔽体内壁留有一定的空隙，以防止磁短路现象磁屏蔽效能随壁厚的增加而提高，但壁厚不宜超

过2.5mm。当单层屏蔽不能满足要求时，可采用双

层或多层屏蔽结构屏蔽强磁场时，要防止屏蔽体的磁饱和。

选用不易饱和的磁性材料，如优质硅钢；

增加屏蔽体的壁厚

采用双层或多层屏蔽屏蔽体上的接缝与孔洞的排列方向应尽可能使

磁路长度增加量最小。根据磁屏蔽机理，屏蔽体不需接地，但为了防止电场感应，一般还是接地为好磁屏蔽体的设计要点（续）注意：高导磁材料的磁导率一般是指直流状态下，随着频率

的增加，磁导率会逐渐下降。铁磁材料通常具有饱和性，当磁场增大到一定值时，

磁导率下降，且磁导率越高，饱和特性越明显。高导磁率材料在机械加工过程中，因敲打、弯曲等

机械应力会使材料的磁导率明显下降。在设计时，应考虑实际的工作频率和干扰磁场强度，在制造时尽量避免过多的机械加工及加工后做适当的去内部应力处理。5.4电磁屏蔽（用屏蔽体阻止高频电磁能量在空间的传播）1.电磁屏蔽的原理和分析原理：①表面反射（R—反射损耗）②屏蔽材料吸收衰减（A—吸收损耗）③多次反射（B—多次反射修正）分析方法：①电路理论。根据电磁感应原理，计算屏蔽体上的涡流的屏蔽效应来计算屏蔽效能。

②电磁场理论。通过计算电磁波在屏蔽体表面的反射、折射及在屏蔽体内部的衰减来计算屏蔽效能。③等效传输线理论。通过计算行波在有损耗、非均匀传输线中的反射和衰减来计算屏蔽效能。t2单层金属板的电磁屏蔽效能均匀平面波垂直入射到无限大的导体板上（厚度为t）导电媒质的本征阻抗：传播常数：屏蔽效能：良导体：良导体：空气中电磁波的波阻抗：a.远场：b.近场（以电场为主）：c.近场（以磁场为主）：反射系数：透射系数：12一次投射：x＝0面上：屏蔽效能计算（设入射波场强）反射波：透射波：二次投射：x＝0面上：x＝t面上：反射波：透射波：x＝t面上：反射波：tx213反射波：透射波：n次透射：……总透射场强即：故：——相对于铜的电导率，铜：——厚度（mm）。①吸收损耗A(dB)结论：①屏蔽材料越厚，吸收损耗越大，厚度增加一个趋肤深度，吸收损耗增加得9dB；②磁导率越高，吸收损耗越大；③电导率越高，吸收损耗越大；④频率越高，吸收损耗越大.——相对磁导率；良导体②反射损耗R(dB)波阻抗良导体：a.远场：b.近场：电场源媒质本征阻抗频率升高，反射损耗减小c.近场：磁场源频率升高，反射损耗增加反射损耗与频率的关系③

多次反射修正B（dB）而故：当时，通常可忽略B。当时，，则反射损耗：电场源磁场源屏蔽效能：吸收损耗：远区场（或平面波源）：多次反射修正：有些书上：近区场：如无法判定场源性质，选磁场源的计算公式综合屏蔽效能(0.5mm铝板)良导体对电场波的屏蔽性能优于对平面波的良导体对平面波的屏蔽性能优于对磁场波的例1

有一个大功率线圈的工作频率为20kHz，在离线圈0.5m处置一铝板以屏蔽线圈对设备的影响。设铝板厚度为0.5mm。试计算其屏蔽效能。解：

屏蔽体处于哪个场区：近场大功率线圈——强磁场，干扰为磁场源，干扰场主要为磁场.故又故注意：实际测量中得到的屏蔽效能不超过250dB设备的最大屏蔽效能一般在80～120dB屏蔽效能超过100dB即可认为屏蔽体是不可穿透的。t2x21t1d式中：3.双层屏蔽的电磁屏蔽效能总反射损耗多次反射修正总吸收损耗①的多次反射②的多次反射空气层中的多次反射t2x21t1d通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用，则当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时，4.薄膜屏蔽工程塑料机箱具有造型美观、加工方便、质量轻等优点。如何使机箱具有屏蔽作用？通过喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电薄膜。设薄膜厚度为t，电磁波在薄膜中的波长为，当，称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。由于薄膜屏蔽导电层很薄，吸收损耗可以忽略，屏蔽效能主要由反射损耗和多次反射修正因子确定，可以按金属平板屏蔽的相关公式进行计算。屏蔽层厚度105nm1250nm21960nm频率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收损耗A0.0140.440.165.22.992反射损耗R109791097910979修正因子B-47-17-25-0.6-3.50屏蔽效能SE62628384108171铜薄膜屏蔽层屏蔽效能5.非实心型屏蔽体的电磁屏蔽效能（电气上存在不连续的屏蔽体）实际机箱上有许多泄漏源:信号线的出入口，电源线的出入口，通风散热孔，接缝处的缝隙等。电磁能量的泄漏主要不决定于金属的物理特性，而决定于孔缝的尺寸、形状及位置。屏蔽腔上孔的影响（FDTD仿真）屏蔽腔上孔的影响(f=300MHz)屏蔽腔上孔的影响(f=2700MHz)总泄漏场实际屏蔽体的综合屏蔽效能：非实心型屏蔽体屏蔽效能的计算公式（采用非均匀屏蔽理论）假定通过不同途径透入的场强同相位，其误差不超过2dB设各泄漏因素的等效屏蔽效能因子为例2

设某一频率下，机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，各泄漏因素的等效屏蔽效能因子为：（1）滤波与连接器面板：101dB；（2）通风孔92dB;（3）门泄漏：88dB;（4）接缝泄

漏：83dB。求机箱的总屏蔽效能。解：6.装配面处接缝泄漏的抑制故

设金属屏蔽体上有一缝隙，其间隙为g，屏蔽板厚度为t，入射波电场为E0，经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为Ep

，当g<(10/3)δ时，有gt增大t，或减小g，可提高缝隙的屏蔽效能增大缝隙深度，或减小缝隙的宽度，来提高缝隙的电磁屏蔽效能例3.在例1中开一缝隙，若其宽度为0.5mm、0.25mm、0.1mm，分别求其屏蔽效能（铝板厚0.5mm）

。解：当当当已知无缝隙时的屏蔽效能：SE＝54.83dB缝隙的处理（加电磁衬垫进行电磁密封处理）电磁衬垫是一种表面导电的弹性物质，安装在金属结合处，保证导电连续性。使用电磁衬垫可降低对接触面平整度的要求，减少结合处的紧固螺钉。但应选用导电性能好的衬垫材料，有足够厚度，能填充最大缝隙，对衬垫加足够压力，并保持接触面清洁。电磁密封衬垫的种类金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层的)螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布衬垫金属丝网屏蔽衬垫用金属丝钩织成的管状衬垫，便宜，耐用。可用于机柜，机箱的门，盖板的缝隙处屏蔽。橡胶芯金属丝网屏蔽衬垫弹性好，可以防尘，可通过淋雨试验。可用于机柜，机箱的门，盖板的缝隙处屏蔽。可同时满足屏蔽和环境密封的要求。导电橡胶指形簧片屏蔽效能高，压力低，可以承受剪切力，耐用，弹性好导电布衬垫可作为低闭合力的屏蔽衬垫，也可制成带状用于转角连接处的屏蔽。螺旋管衬垫不同屏蔽衬垫的特点7.通风孔的屏蔽通风孔必不可少，但会破坏屏蔽结构的完整性，故必须进行适当的电磁防护处理，提供射频衰减的同时不显著妨碍空气流动（1）在通风孔上加金属丝网实现方法：在大面积的通风孔上覆盖由金属丝构成的多个

小孔来减少电磁泄漏原理：金属丝网的屏蔽作用主要靠反射损耗实验结果表明：当孔隙率大于等于50%时，在所需衰减的

电磁波的每个波长上有60根以上的金属丝

网时，其反射损耗与与金属板相近金属丝网的吸收损耗远小于金属板，故其屏蔽效能低于金属板设计原则：金属丝网网孔越密、网丝越粗、网丝的导电性越好丝网的屏蔽效能越好；但网孔过密，网丝过粗，通风效果会变差；单层丝网可用于100KHz~100MHz的频段内；100MHz以上，或要求屏蔽效能较高时，可采用双层丝网或多层复式屏蔽网优点：结构简单、成本低，适用于屏蔽要求不太高的场合(2)用穿孔金属板做通风孔屏蔽效能的计算公式SE＝A＋R＋B＋K1＋K2+K3式中：A—孔的吸收损耗

R—孔的反射损耗

B—孔的多次反射损耗

K1—孔数目修正系数

K2—低频穿透修正系数

K3—孔间耦合修正系数a.孔的吸收损耗A

利用波导理论，当入射波频率低于波导截止频率时矩形孔：Ar＝27.3t/

a

圆形孔：Ac＝32.0t/d

t—孔的深度（cm）a—矩形孔的最大宽度（cm）d—圆形孔的直径（cm）b.孔的反射损耗R

——远场——

近区、电场——

近区、磁场其中：孔的特性阻抗入射波波阻抗——矩形孔——圆形孔a—每一孔洞的面积（cm2）p—

孔间导体宽度/趋肤深度c.

多次反射修正Bd.孔数目修正系数K1

e.低频穿透修正系数K2f.孔间耦合修正系数K3

n—每cm2内的孔洞数解a.A=32t/d=12.8dB例某飞机控制盒用铝板加工而成，铝板厚度t＝2mm，两侧面板上的总孔数为2×8×9,孔的形状为圆形，孔径D＝5mm，孔的中心间距为18mm。设平面波的频率为f＝5MHz，求控制盒的屏蔽效能。