电磁兼容原理与技术（第4版）课件 第5、6章 屏蔽技术、滤波技术

抑制电磁干扰的三大技术接地屏蔽滤波第5章第5章屏蔽技术一、概述1、屏蔽的目的和作用目的：一、概述1、屏蔽的目的和作用①限制内部辐射的电磁能量泄露出该内部区域；②防止外来的辐射干扰进入某一区域。目的：一、概述1、屏蔽的目的和作用抑制以场的形式造成的干扰。作用：屏蔽辐射干扰一、概述2、屏蔽的分类根据屏蔽的工作原理，分为三大类。电屏蔽磁屏蔽电磁屏蔽一、概述2、屏蔽的分类电屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽静电屏蔽屏蔽体把电场终止于导体表面，通过地线中和导体表面上的感应电荷。静电屏蔽必须具备两个基本要求：完整的屏蔽导体和良好的接地。[例：手机和手持电子设备的防静电屏蔽]电屏蔽一、概述2、屏蔽的分类

低频（30kHz以下）磁场的屏蔽常用高磁导率的铁磁材料，对磁场产生分路作用而实现屏蔽。而高频时铁磁材料的磁性损耗很大，导磁率明显下降。

高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，例如铜、铝等。利用电磁感应现象在屏蔽体表面产生的涡流的反磁场，抑制或抵消屏蔽体外的磁场。磁屏蔽例:发电厂钢筋混泥土墙的屏蔽一、概述2、屏蔽的分类

通常说的屏蔽，一般是指电磁屏蔽，即是指对电场和磁场同时加以屏蔽。（电磁屏蔽通常用来防止高频电磁场的影响。）

在交变场中，电场和磁场分量同时存在，只是在频率低时，干扰一般发生在近场，近场随干扰源不同，电场和磁场区别很大，如高压低电流源以电场为主，磁场分量可忽略，这时可以只考虑电屏蔽。电磁屏蔽例：金属盒装手机能打通吗？屏蔽效能一、概述3、屏蔽效能屏蔽效能定义为空间某点上未加屏蔽时的电场强度E0（或磁场强度H0）与加屏蔽后该点的电场强度E1（或磁场强度H1）的比值，表示为SE=E0/E1

或SE=H0/H1用分贝表示：一、概述3、屏蔽效能P70表5-1无屏蔽场强有屏蔽场强屏蔽效能SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120一、概述3、屏蔽效能[例]屏蔽室效能的实测方法介绍P70表5-2机箱类型屏蔽效能SE（dB）民用产品40dB以下军用设备60TEMPEST设备80屏蔽室屏蔽舱100以上二、电屏蔽1、电屏蔽的原理与分析+q(1)

主动屏蔽二、电屏蔽1、电屏蔽的原理与分析(2)

被动屏蔽二、电屏蔽1、电屏蔽的原理与分析(2)

被动屏蔽屏蔽体等电位，内部没有电力线二、电屏蔽1、电屏蔽的原理与分析(2)

被动屏蔽二、电屏蔽1、电屏蔽的原理与分析(2)

被动屏蔽二、电屏蔽2、低频电屏蔽效能的计算CSR0干扰源接受器USCSR0CRUN0CRSRUSUN0

低频集中参数，用电路的方法分析。接收器尽可能贴近地板，增大CR，增大干扰源与接收器的距离，减小CSR0减小干扰的措施：二、电屏蔽2、低频电屏蔽效能的计算CSP干扰源接受器USCSRCRUN1CRSRUSUN1加不接地屏蔽体PCRPCSRCPCPCSPCRP不接地屏蔽体增加了电容耦合，使干扰变大。近似情况下：二、电屏蔽2、低频电屏蔽效能的计算CSP干扰源接受器USCSRCRUN1CRSRUSUN1将屏蔽体P接地CRPCSRCRP

只是由于屏蔽体不是无限大，由剩余电容CSR造成的一点干扰。二、电屏蔽2、低频电屏蔽效能的计算电屏蔽效能的计算根据感应电压正比于干扰场强用V/m单位解释（电磁辐射安全见下页）二、电屏蔽2、低频电屏蔽效能的计算用V/m单位解释波长单位一级(安全区)容许场强二级(中间区)容许场强长、中、短波V／m〈10〈25超短波V／m〈5〈12微波μW／cm2〈10〈40混合V／m按主要波段场强；若各波段场分散，则按复合场强加权确定二、电屏蔽3、电屏蔽的设计要点（1）良好接地最好是屏蔽体直接接地二、电屏蔽3、电屏蔽的设计要点（1）良好接地（2）正确选择接地点由于地线非理想导体，地电流会在上图三个接地点间产生电位差。屏蔽体的接地点应尽量靠近低电平部件。CSP干扰源接受器CRSRUSCRPCSR二、电屏蔽3、电屏蔽的设计要点（1）良好接地（2）正确选择接地点（3）合理设计屏蔽体形状盒状好于板状屏蔽，剩余电容CsR小；全封闭好于有孔。二、电屏蔽3、电屏蔽的设计要点（1）良好接地（2）正确选择接地点（3）合理设计屏蔽体形状（4）注意屏蔽材料的选择采用铜、铝等良导体，高频时铜镀银，提高屏蔽效能二、电屏蔽3、电屏蔽的设计要点（1）良好接地（2）正确选择接地点（3）合理设计屏蔽体形状（4）注意屏蔽材料的选择（5）电屏蔽的厚度只需满足结构刚性要求电屏蔽效能对厚度没有要求二、电屏蔽4、多级级联电路的屏蔽盒结构（1）共盖结构中间加螺母或安放导电衬垫USCSZRURCRUSCSCRZRZGZG可见，减小ZG可以减小干扰二、电屏蔽4、多级级联电路的屏蔽盒结构（1）共盖结构中间加螺母或安放导电衬垫USCSZRURCRZG可见，减小ZG可以减小干扰二、电屏蔽4、多级级联电路的屏蔽盒结构（1）共盖结构（2）分盖结构分盖结构就是在每一个屏蔽隔板间单独用盖子封闭。二、电屏蔽4、多级级联电路的屏蔽盒结构（1）共盖结构（2）分盖结构分盖结构就是在每一个屏蔽隔板间单独用盖子封闭。USCSCRZRCZG1ZG2USCSZRURCZG1CRZG2二、电屏蔽4、多级级联电路的屏蔽盒结构（1）共盖结构（2）分盖结构分盖结构的屏蔽效能优于共盖结构。但成本更高，级间隔离要求高时采用。USCSCRZRCZG1ZG2USCSZRURCZG1CRZG2三、磁屏蔽1、磁屏蔽的原理与分析（1）低频磁屏蔽是利用屏蔽体对磁通进行分流。磁阻越小越好。磁阻与磁路的横截面S和磁导率成反比。(通常指从恒定磁场到30KHz)例：DC-DC电路三、磁屏蔽①μ越高，屏蔽罩越厚，磁阻Rm越小，屏蔽效果越好。1、磁屏蔽的原理与分析（1）低频磁屏蔽是利用屏蔽体对磁通进行分流。磁阻越小越好。磁阻与磁路的横截面S和磁导率成反比。②在垂直磁力线的方向不能开口或缝隙，否则切断磁力线，磁阻增大，屏蔽效果变差。③不能用于高频磁场，因高频时铁磁材料中的磁性损耗很大，导磁率明显下降。三、磁屏蔽1、磁屏蔽的原理与分析（2）射频磁屏蔽是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流，并由涡流的反向磁通抑制和抵消入射磁场。射频磁屏蔽原理P75图5-10三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的计算（1）薄壁球形屏蔽体（边界条件简单）abμr通过求解球坐标系的拉普拉斯方程，可得：三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的计算（1）薄壁球形屏蔽体abμr实际电子设备中极少使用球形屏蔽体，我们讨论它，是因为边界条件简单。三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的计算（2）非球形屏蔽体的屏蔽效能转换为体积相等的球体，求等效半径三、磁屏蔽3、磁屏蔽体的设计要点（1）选用铁磁性材料（硅钢、铁镍合金等）（2）磁性元件不能碰内壁，防磁短路现象（3）由于加工厚度不超过2.5mm，可用双层或多层（4）屏蔽强磁场时防止磁饱和（5）注意屏蔽体上开孔方向（6）磁屏蔽不需接地，接地可同时电屏蔽四、电磁屏蔽1、电磁屏蔽的原理和分析（1）空气和金属交界面的阻抗不连续，产生反射。（2）部分透射入屏蔽体，在屏蔽体内传播衰减。（3）剩余能量在两个分界面多次反射四、电磁屏蔽2、单层金属板的电磁屏蔽的屏蔽效能反射损耗吸收损耗多次反射修正因子无限大平面均匀屏蔽体的屏蔽效能用分贝表示：四、电磁屏蔽2、单层金属板的电磁屏蔽的屏蔽效能（1）吸收损耗At为金属屏蔽体厚度（mm）μr

为相对磁导率σr为相对于铜的电导率四、电磁屏蔽2、单层金属板的电磁屏蔽的屏蔽效能（2）反射损耗R远场区：近场区：电场为主：磁场为主：四、电磁屏蔽2、单层金属板的电磁屏蔽的屏蔽效能（3）多次反射修正因子BA>10dB，可以不考虑多次反射的影响P82例5-2四、电磁屏蔽3、双层屏蔽的电磁屏蔽效能12多次反射损耗，以两层之间的空气为主叠加关系：四、电磁屏蔽4、薄膜屏蔽的电磁屏蔽效能时，称为薄膜屏蔽由于吸收损耗可以忽略，屏蔽效能与频率相关性不大。P83表5-4屏蔽层厚度105nm1259nm2196nm21960nm频率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收损耗A0.0140.440.165.20.299.22.992反射损耗R10979109791097910979修正因子B-47-17-26-0.6-21-0.6-3.50屏蔽效能SE626283848890108171铜薄膜屏蔽层的屏蔽效能四、电磁屏蔽4、薄膜屏蔽的电磁屏蔽效能由于薄膜工艺的缺陷，屏蔽效能的计算值与实测值有差异。四、电磁屏蔽5、非实心型屏蔽体的电磁屏蔽效能共有P种因素产生泄漏，综合屏蔽效能为在电气上存在不连续的屏蔽体，称为非实心型P85例5-3四、电磁屏蔽5、非实心型屏蔽体的电磁屏蔽效能共有P种因素产生泄漏，综合屏蔽效能为P85例5-3某频率下机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，其它泄漏因素有：（1）滤波与连接器面板101dB；（2）通风孔92dB；（3）门88dB；（4）接缝泄漏83dB。求机箱的总屏蔽效能。解：根据式（5-41）四、电磁屏蔽5、非实心型屏蔽体的电磁屏蔽效能共有P种因素产生泄漏，综合屏蔽效能为P85例5-3去掉接缝泄漏因素某频率下机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，其它泄漏因素有：（1）滤波与连接器面板101dB；（2）通风孔92dB；（3）门88dB。求机箱的总屏蔽效能。解：根据式（5-41）四、电磁屏蔽5、非实心型屏蔽体的电磁屏蔽效能共有P种因素产生泄漏，综合屏蔽效能为P85例5-3不同因素屏蔽效能泄漏因素机壳滤波板通风孔门接缝总屏蔽效能11010192888376.61101019288×82.711010192××88.6110101×××98.3110××××110四、电磁屏蔽6、装配面处接缝泄漏的抑制缝隙的泄漏，对高频电磁波很严重!方法1：增加缝隙深度，缝隙越深衰减越大四、电磁屏蔽6、装配面处接缝泄漏的抑制缝隙的泄漏，对高频电磁波很严重!方法2：使用电磁密封衬垫，导电性和弹性导电橡胶铍铜指形簧片四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（1）在通风孔上加金属网罩100MHz以上时屏蔽效能显著下降，适合于屏蔽要求低的场合孔隙率高时，每个波长60根以上的金属丝，与金属板反射损耗相近。四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（2）用穿孔金属板做通风孔四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（2）用穿孔金属板做通风孔孔数目修正项低频穿透修正项孔间互耦修正项P88例5-4四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（3）截止波导式通风孔A、矩形波导

其截止波长为：故截止频率为：其中，a为矩形波导宽边尺寸（单位：cm）电磁波频率低于波导截止频率时，电磁波传输产生很大衰减。具有最大截止波长的传播模式是四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（3）截止波导式通风孔B、圆波导C、六角形波导屏蔽效能：四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽（3）截止波导式通风孔用很多根截止波导排列成阵，增大通风量双层错位叠置的蜂窝状通风板，增大屏蔽效能四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率最高需要屏蔽的频率为fm一般取fc=（5~10）fm四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率②确定波导的截面形状四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率②确定波导的截面形状③确定波导的截面尺寸四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率②确定波导的截面形状③确定波导的截面尺寸④根据波导通风面积确定波导数目N四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率②确定波导的截面形状③确定波导的截面尺寸④根据波导通风面积确定波导数目N⑤确定单根波导的屏蔽效能四、电磁屏蔽7、通风孔的屏蔽截止波导通风窗的设计步骤：①确定波导的截止频率②确定波导的截面形状③确定波导的截面尺寸④根据波导通风面积确定波导数目N⑤确定单根波导的屏蔽效能⑥确定波导的长度四、电磁屏蔽8、观察窗口（显示器件）泄漏的抑制透明屏蔽材料在显示器后面加屏蔽舱屏蔽玻璃四、电磁屏蔽9、器件调谐孔（有连接杆的操作器件）泄漏的抑制截止频率：采用截止波导结构（圆波导）长度大于三倍直径五、电磁屏蔽设计要点（1）确定屏蔽效能

根据未实施屏蔽时存在的干扰发射电平以及按电磁兼容标准和规范允许的干扰发射电平极限值，或干扰辐射敏感度电平极限值，提出必须的屏蔽效能值。例：不同应用，不同屏蔽要求；接收机调试（低）和灵敏度测试（高）屏蔽要求不同。五、电磁屏蔽设计要点（1）确定屏蔽效能（2）确定屏蔽类型导电塑料机壳----单层金属板屏蔽----双层屏蔽五、电磁屏蔽设计要点（1）确定屏蔽效能（2）确定屏蔽类型（3）进行屏蔽结构的完整性设计①对必须的通风孔、焊接缝、电源线路、信号线路等电磁泄漏，采取相应措施抑制②屏蔽体的谐振问题（通过设计，使工作频段内无谐振点）mnp取正整数lwh为长宽高习题1.习题5.42.习题5.5抑制电磁干扰的三大技术接地屏蔽滤波第6章第6章滤波技术引言干扰源敏感体传导干扰辐射干扰电源线屏蔽滤波一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性滤波器的特性参数包括：插入损耗、频率特性、阻抗特性、额定电压额定电流等

当干扰频谱不同于有用信号的频带时，用滤波器。完全抑制不可能，只能减小到一定程度。(例：双工器）一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（1）插入损耗U1不接滤波器时，源在同一负载建立的电压[注意符号]U2源通过滤波器在负载上建立的电压例：功放和天线间接入滤波器插损0.30.50.8123功率93%89%83%79%63%50%一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（2）频率特性滤波器的插入损耗随频率变化的特性频率特性参数通带与阻带中心频率、截止频率、带宽fS21一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（3）阻抗特性EMI滤波器常工作于阻抗不匹配的状态信号滤波器则严格匹配

滤波器的输入阻抗、输出阻抗直接影响滤波器的插入损耗一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（4）额定电流一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（5）额定电压C=εS/d=Q/U一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（6）安全性能耐压、漏电流、绝缘、温升一、电磁干扰滤波器概述1、滤波器的特性（7）可靠性

电磁兼容问题不能及时发现，使电磁兼容滤波器可靠性要求更高。一、电磁干扰滤波器概述2、滤波器的分类按频率特性分：带通滤波器带阻滤波器低通滤波器高通滤波器收音机双频带功率放大功放末级滤波ADSL分音器一、电磁干扰滤波器概述2、滤波器的分类按滤波机理分反射式滤波器吸收式滤波器不要的能量反射回干扰源不要的能量吸收发热一、电磁干扰滤波器概述2、滤波器的分类按工作条件分无源滤波器有源滤波器一、电磁干扰滤波器概述2、滤波器的分类按使用场合分电源滤波器信号滤波器一、电磁干扰滤波器概述3、电磁干扰滤波器的特点①往往工作于阻抗不匹配的条件下，源阻抗和负载阻抗随频率变化而变化；②干扰电平幅度变化大，有可能使电磁干扰滤波器出现饱和效应；③频率范围往往是超宽带。二、插入损耗的计算方法ZLZSUSU20二、插入损耗的计算方法ZLZSUSU20ZSUSU2滤波网络U1I2I1ZL用A参数表示滤波器网络，其参数矩阵为：其中：二、插入损耗的计算方法ZLZSUSU20ZSUSU2滤波网络U1I2I1ZL传输方程：联立求解：二、插入损耗的计算方法ZLZSUSU20ZSUSU2滤波网络U1I2I1ZL由于得到插入损耗三、反射式滤波器1、低通滤波器

利用并联电容的旁路作用和串联电感的阻挡作用，滤除干扰电流。

低通滤波器，对低频信号几乎无衰减通过，但阻止高频信号通过，在抗干扰技术中采用最多。fS21三、反射式滤波器（1）低通滤波器的电路形式R(高)CUSR(高)

并联电容滤波器由（6-9）式：求A参数若ZS=ZL=R三、反射式滤波器R(低)LUSR(低)（1）低通滤波器的电路形式

串联电感滤波器

常用于源和负载都是低阻抗的电路。三、反射式滤波器R(高)LUSR(低)C（1）低通滤波器的电路形式

Г形滤波器

常用高干扰源阻抗和低负载阻抗的电路。三、反射式滤波器R(低)LUSR(高)C（1）低通滤波器的电路形式

反Γ形滤波器

常用低干扰源阻抗和高负载阻抗的电路。三、反射式滤波器R(高)LUSR(高)CC（1）低通滤波器的电路形式

Π形滤波器干扰源和负载都是高阻抗三、反射式滤波器R(低)LUSR(低)CL（1）低通滤波器的电路形式T形滤波器干扰源和负载都是低阻抗三、反射式滤波器（2）低通滤波器的设计

低通原型滤波器

角频率为1rad/s、阻抗为1Ω的滤波器。2FU1Ω1Ω2HU1Ω1Ω三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计

低通原型滤波器

带宽换算所有电抗分量除以截止频率（角频率）三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计

低通原型滤波器

带宽换算

阻抗换算所有电阻和电感乘以阻抗值所有电容除以阻抗值三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计

低通原型滤波器

带宽换算

阻抗换算

带宽和阻抗综合换算三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计2FU1Ω1Ω6400pFU50Ω50Ω例：设计一个阻抗为50Ω，截止频率为1MHz的低通滤波器三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计

n级滤波器单级滤波器插损20dB/10倍频采用n级滤波器级联的方式增大插损巴特沃思响应切比雪夫响应贝塞尔响应巴特沃思-汤普森响应椭圆响应通带内最平坦通带等波纹最平坦时延三、反射式滤波器（1）低通滤波器的设计RL2USRC1L4C3C5①归一化频率，查图6-13，得n值；②查表6-1，得原型各元件值；③用换算法则得实际元件值。P101例6-1R1.618HUSR0.618F2.0F1.618H0.618F三、反射式滤波器2、高通滤波器fS21高通与低通具有对称性

把每个电感L（H）转换为数值为1/L（F）的电容

把每个电容C（F）转换为数值为1/C（H）的电感R10HUSR0.5F0.5FR0.1FUSR2H2H三、反射式滤波器3、带通滤波器fS21Cp1URLp1Cp2CS1CS2Lp2LS1LS2R三、反射式滤波器4、带阻滤波器fS21Cp1URLp1Cp2CS1CS2Lp2LS1LS2R四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性CfIL四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性Cf插入损耗CLR四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性由于实际的电容存在电感，其衰减曲线为LC串联网络的衰减曲线。f插入损耗四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性由于实际的电容存在电感，其衰减曲线为LC串联网络的衰减曲线。要滤除高频干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率铝电解电容，铝箔卷绕+引线，20MHz四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性由于实际的电容存在电感，其衰减曲线为LC串联网络的衰减曲线。要滤除高频干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率铝电解电容，铝箔卷绕+引线，20MHz云母电容、陶瓷电容，200MHz四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性由于实际的电容存在电感，其衰减曲线为LC串联网络的衰减曲线。要滤除高频干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率铝电解电容，铝箔卷绕+引线，20MHz云母电容、陶瓷电容，200MHz穿心电容，1GHz以上四、电容、电感的高频特性1、电容的频率特性由于实际的电容存在电感，其衰减曲线为LC串联网络的衰减曲线。要滤除高频干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率兼顾高频和低频滤波要求，可以采用大小电容并联。fIL四、电容、电感的高频特性2、电感的频率特性理想电感实际电感

理想电感的阻抗随频率的增大而线性增大。Lf|ZL|RC

实际电感的阻抗在并联谐振点频率达到最大，然后下降。四、电容、电感的高频特性2、电感的频率特性

空心电感，不易饱和，L值稳定；外界干扰大，电感量小。例：无线话筒四