靜電屏蔽的基礎

日期：2024-04-25 23:58

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摘要：

靜電屏蔽的基礎

屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控製電場、磁場和電磁波由一
個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組
合件、電纜或整個係統的乾擾源包圍起來，防止乾擾電磁場向外擴散；用屏蔽體
將接收電路、設備或係統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽
體對來自導線、電纜、元部件、電路或係統等外部的乾擾電磁波和內部電磁波均
起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界麵反射）和抵消
能量（電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場，可抵消部分乾擾電磁波）的作用，
所以屏蔽體具有減弱乾擾的功能。
（1）當乾擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流，形
成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。
（2）當乾擾電磁波的頻率較低時，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線限製
在屏蔽體內部，防止擴散到屏蔽的空間去。
（3）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，
往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
許多人不了解電磁屏蔽的原理，認為隻要用金屬做一個箱子，然後將箱子接地，
就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導下結果是失敗。因為，電磁屏蔽與
屏蔽體接地與否並冇有關係。真正影響屏蔽體屏蔽效能的隻有兩個因素：一個是
整個屏蔽體表麵必須是導電連續的，另一個是不能有直接穿透屏蔽體的導體。屏
蔽體上有很多導電不連續點，*主要的一類是屏蔽體不同部分結合處形成的不導
電縫隙。這些不導電的縫隙就產生了電磁泄漏，如同流體會從容器上的縫隙上泄
漏一樣。解決這種泄漏的一個方法是在縫隙處填充導電彈性材料，消除不導電點
。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導電填充材料就是
電磁密封襯墊。
在許多文獻中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器，似乎隻有當用導電彈性材料將
縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實際上這是不確切的。因為
縫隙或孔洞是否會泄漏電磁波，取決於縫隙或孔洞相對於電磁波波長的尺寸。當
波長遠大於開口尺寸時，並不會產生明顯的泄漏。因此，當乾擾的頻率較高時，
這時波長較短，就需要使用電磁密封襯墊。具體說，當乾擾的頻率超過10MHz
時，就要考慮使用電磁密封襯墊。
凡是有彈性且導電良好的材料都可以用做電磁密封襯墊。按照這個原理製造的電
磁密封襯墊有:
導電橡膠：在矽橡膠內填充占總重量70～ 80％比例的金屬顆粒，如銀粉、銅粉
、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分矽橡膠良好
彈性的特性，同時具有較好的導電性。
金屬編織網：用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不鏽鋼絲編織成管狀長條，外形很像屏蔽電
纜的屏蔽層。但它的編織方法與電纜屏蔽層不同，電纜屏蔽層是用多根線編成的
，而這種屏蔽襯墊是由一根線織成的。打個形象的比喻，就像毛衣的袖子一樣。
為了增強金屬網的彈性，有時在網管內加入橡膠芯。
指形**：鈹銅製成的**，具有很好的彈性和導電性。導電性和彈性。
多重導電橡膠：由兩層橡膠構成，內層是普通矽橡膠，外層是導電橡膠。這種材
料克服了傳統導電橡膠彈性差的缺點，使橡膠的彈性得以充分體現。它的原理有
些像帶橡膠芯的金屬絲網條。
選擇使用什麼種類電磁密封襯墊時要考慮四個因素：屏蔽效能要求、有無環境密
封要求、安裝結構要求、成本要求。不同襯墊材料的特點比較，如表所示。
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屏蔽按機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。
由論壇會員zxfeng發布
1 電場屏蔽
【屏蔽機理】：將電場感應看成分布電容間的耦合。
【設計要點】：
a、屏蔽板以靠近受保護物為好，而且屏蔽板的接地必須良好！！！
b、屏蔽板的形狀對屏蔽效能的高低有明顯影響。全封閉的金屬盒*好，但工程
中很難做到！
c、屏蔽板的材料以良導體為好，但對厚度無要求，隻要有足夠的強度就可了。
2 磁場屏蔽
磁場屏蔽通常是指對直流或低頻磁場的屏蔽，其效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要
差的多。
【屏蔽機理】：主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著分路的作
用，使得屏蔽體內部的磁場大為減弱。
【設計要點】：
a、選用高導磁材料，如坡莫合金；
b、增加屏蔽體的厚度；
以上均是為了減小屏蔽體的磁阻；
c、被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以儘量減小通過被屏蔽物
體體內的磁通；
d、注意屏蔽體的結構設計，凡接縫、通風空等均可能增加屏蔽體的磁阻，從
而降低屏蔽效果。
e、對於強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結構。
對要屏蔽外部強磁場的，則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料，如矽鋼；而內
部可選用容易達到飽和的高導磁材料，如坡莫合金等。
反之，如果要屏蔽內部強磁場時，則材料的排列次序要到過來。
在安裝內外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的絕緣。當冇有接地要求時，可用絕
緣材料做支撐件。若需接地時，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。
3 電磁場屏蔽
電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施。
【電磁場屏蔽的機理】：
a、當電磁波到達屏蔽體表麵時，由於空氣與金屬的交界麵上阻抗的不連續，對
入射波產生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度，隻要求交界麵
上的不連續；
b、未被表麵反射掉而進入屏蔽體的能量，在體內向前傳播的過程中，被屏蔽材
料所衰減。也就是所謂的吸收；
c、在屏蔽體內尚未衰減掉的剩餘能量，傳到材料的另一表麵時，遇到金屬－空
氣阻抗不連續的交界麵，會形成再次反射，並重新返回屏蔽體內。這種反射在兩
個金屬的交界麵上可能有多次的反射。
總之，電磁屏蔽體對電磁的衰減主要是基於電磁波的反射和電磁波的吸收。
【吸收損耗】不同的材料、不同的材料厚度對於電磁波的吸收效果不一樣.可根
據材料吸收損耗的列線圖得出。
【反射損耗】分為三類：低阻抗磁場、高阻抗電場、平麵波場。
其中低阻抗磁場和高阻抗電場的反射損耗列線圖計算方法相同，與金屬材料、頻
率及輻射源到屏蔽體的距離有關。
對於平麵波，波阻抗為一常數，而與輻射源到屏蔽體的距離無關，在列線圖中隻
需連接金屬材料和感興趣的頻率就可求出此時的反射損耗值。
4 實際的電磁屏蔽體
【結構材料】
a、適用於底板和機殼的材料大多數是良導體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場，主
要的屏蔽機理是反射信號而不是吸收。
b、對磁場的屏蔽需要鐵磁材料，如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收
而不是反射。
c、在強電磁環境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結構上完
好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。
d、對於塑料殼體，是在其內壁噴塗屏蔽層，或在汽塑時摻入金屬纖維。
必須儘量減少結構的電氣不連續性，以便控製經底板和機殼進出的泄漏輻射。提
高縫隙屏蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在結合麵上加入
導電襯墊，在接縫處塗上導電塗料，縮短螺釘間距離等。
【搭接】
a、在底板和機殼的每一條縫和不連續處要儘可能好的搭接。*壞的電搭接對殼
體的的屏蔽效能起決定性作用。
b、保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。
c、在可能的情況下，接縫應焊接。在條件受限製的情況下，可用點焊、曉間距
的鉚接和用螺釘來固定。
d、在不加導電襯墊時，螺釘間距一般應小於*高工作頻率的1％，至少不大於
1/20波長。
e、用螺釘或鉚接進行搭接時，應首先在縫的中部搭接好，然後逐漸向兩端延伸
，以防金屬表麵的彎曲。
f、保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應力、衝擊、震動時保持表麵接
觸。
g、在接縫不平整的地方，或在可移動的麵板等處，必須使用導電襯墊或指形彈
簧材料。
h、選擇高導電率的和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮結合處所使用的頻率。
i、選擇硬韌性材料做成的襯墊，以便劃破金屬上的任何表麵。
j、保證同襯墊材料配合的金屬表麵冇有任何非導電保護層。
k、當需要活動接觸時，使用指形壓簧，並要注意保持彈性指簧的壓力。
l、導電橡膠襯墊用在鋁金屬表麵時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或
monel線性襯墊將出現*嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導電橡膠是鹽霧環境下
用於鋁金屬配合表麵的*好襯墊材料。
以下是按優先等級排列的各種襯墊。
1 金屬網射頻襯墊容易變形，壓力為1.4kg/cm時，衰減為54db。
資料表明，頻率較低時衰減*大。
用於長久密封較好，不適宜用於開與關的麵板。
2 銅鍍合金有很高的導電性和很好的抗腐蝕性。
彈性好，*適合用於和活動麵板配合。
可製成指條形、螺旋和鋸齒麵。衰減為100db。
3 導電橡膠適用於隻需名義上連接和少量螺釘的地方。
實現水汽密封和電氣密封經1500℃、48小時老化
後，體電阻率為10～20mω/cm(max)。變形度
限製值為25％。資料表明，頻率較高時衰減為
*大。
4 導電蒙布在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物，形成一個軟
襯墊，占去大部分疏鬆空間，主要為民用，適用於
泡沫襯墊機櫃和門板。

【穿透和開口】
a、要注意由於電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線
穿過屏蔽體時，屏蔽效能降低30db以上。
b、電源線進入機殼時，全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端*好能穿出到屏
蔽機殼外；若濾波器結構不宜穿出機殼，則應在電源線進入機殼出專為濾波器設
置一隔艙。
c、信號線、控製線進入/穿出機殼時，要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多
芯連接器適於這種場合使用。
d、穿過屏蔽體的金屬控製軸，應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也
可不用接地的金屬軸，而用其它軸貫通波導截止頻率比工作頻率高的園管來做控
製軸。
e、必須注意在截止波導孔內貫通金屬軸或導線時會嚴重降低屏蔽效能。
f、當要求使用對地絕緣的金屬控製軸時，可用短的隱性控製軸，不調節時，用
螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。
g、為保險絲、插孔等加金屬帽。
h、用導電襯墊和墊圈、螺母等實現鈕子開關防泄漏安裝。
i、在屏蔽、通風和強度要求高而質量不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風口，*好用
焊接方式保持線連接，防止泄漏。
j、儘可能在指示器、顯示器後麵加屏蔽，並對所有引線用穿心電容濾波。
k、在不能從後麵屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時，要用與機殼連續連接的金
屬網或導電玻璃屏蔽指示器/顯示器的前麵。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合
理透光度條件下，對30～1000m的屏蔽效能可達50～110db。在透明塑料或玻
璃上鍍透明導電膜，其屏蔽效果一般不大於20db。但後者可消除觀察窗上的靜
電積累，在儀器上常用。

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