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靜電屏蔽的基礎

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,以控制電場、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、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體
將接收電路、設備或系統包圍起來,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、電路或系統等外部的干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面反射)和抵消
能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波)的作用,
所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。
(1)當干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)當干擾電磁波的頻率較低時,要采用高導磁率的材料,從而使磁力線限制
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,認為只要用金屬做一個箱子,然后將箱子接地,
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
屏蔽體接地與否并沒有關系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個因素:一個是
整個屏蔽體表面必須是導電連續的,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,最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,似乎只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,取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當
波長遠大于開口尺寸時,并不會產生明顯的泄漏。因此,當干擾的頻率較高時,
這時波長較短,就需要使用電磁密封襯墊。具體說,當干擾的頻率超過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。按照這個原理制造的電
磁密封襯墊有:
導電橡膠:在硅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硅橡膠良好
彈性的特性,同時具有較好的導電性。
金屬編織網:用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹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。
指形簧片:鈹銅制成的簧片,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,內層是普通硅橡膠,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。
選擇使用什么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。全封閉的金屬盒最好,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,只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,以盡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、對于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,如硅鋼;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。當沒有接地要求時,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面時,由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續,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,只要求交界面
上的不連續;
b、未被表面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余能量,傳到材料的另一表面時,遇到金屬-空
氣阻抗不連續的交界面,會形成再次反射,并重新返回屏蔽體內。這種反射在兩
個金屬的交界面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于電磁波的反射和電磁波的吸收。
【吸收損耗】不同的材料、不同的材料厚度對于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、平面波場。
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。
對于平面波,波阻抗為一常數,而與輻射源到屏蔽體的距離無關,在列線圖中只
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、適用于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、對于塑料殼體,是在其內壁噴涂屏蔽層,或在汽塑時摻入金屬纖維。
必須盡量減少結構的電氣不連續性,以便控制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,在結合面上加入
導電襯墊,在接縫處涂上導電涂料,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盡可能好的搭接。最壞的電搭接對殼
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。在條件受限制的情況下,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,螺釘間距一般應小于最高工作頻率的1%,至少不大于
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,然后逐漸向兩端延伸
,以防金屬表面的彎曲。
f、保證緊固方法有足夠的壓力,以便在有變形應力、沖擊、震動時保持表面接
觸。
g、在接縫不平整的地方,或在可移動的面板等處,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面。
j、保證同襯墊材料配合的金屬表面沒有任何非導電保護層。
k、當需要活動接觸時,使用指形壓簧,并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面時,要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或
monel線性襯墊將出現最嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導電橡膠是鹽霧環境下
用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。
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,頻率較低時衰減最大。 
用于永久密封較好,不適宜用于開與關的面板。 
2 銅鍍合金 有很高的導電性和很好的抗腐蝕性。
彈性好,最適合用于和活動面板配合。
可制成指條形、螺旋和鋸齒面。衰減為100db。
3 導電橡膠 適用于只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
后,體電阻率為10~20mω/cm(max)。變形度
限制值為25%。資料表明,頻率較高時衰減為
最大。
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,占去大部分疏松空間,主要為民用,適用于 
泡沫襯墊 機柜和門板。

【穿透和開口】
a、要注意由于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。濾波器的輸入端最好能穿出到屏
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、控制線進入/穿出機殼時,要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多
芯連接器適于這種場合使用。
d、穿過屏蔽體的金屬控制軸,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
制軸。
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制軸時,可用短的隱性控制軸,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,最好用
焊接方式保持線連接,防止泄漏。
j、盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽,并對所有引線用穿心電容濾波。
k、在不能從后面屏蔽指示器/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/顯示器的前面。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于20db。但后者可消除觀察窗上的靜
電積累,在儀器上常用。
 
 
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