电磁兼容屏蔽技术.pptx
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1、上节回顾传导耦合电磁骚扰源传播途径电磁兼容设计电磁干扰分析电磁干扰测试电磁干扰防护基于路径的方法基于场的计算方法网格法特征线法频域法有限元边界元法差分法模拟电荷法接地电磁屏蔽滤波保护设备PCB中EMC设计电磁辐射人为:核电磁脉冲;电源质量;网络结构参数变化;静电等自然:雷电;太阳风暴;辐射等测试方法测试系统测试标准案例分析第1页/共61页3.1 概述3.2 电屏蔽 3.3 磁屏蔽3.4 电磁屏蔽3.5 孔缝对屏蔽效能的影响3.7 屏蔽设计要点3.6 电磁密封处理第2页/共61页3屏蔽机理设金属平板左右两侧均为空气,因而在左右两个界面上出现波阻抗突变,入射电磁波在界面上就产生反射和透射。电磁能(
2、波)的反射,是屏蔽体对电磁波衰减的第一种机理,称为反射损耗,用R表示。p 透射入金属板内继续传播,其场量 振幅要按指数规律衰减。场量的衰 减反映了金属板对透射入的电磁能 量的吸收,电磁波衰减的第二种机 理称为吸收损耗吸收损耗,用A表示p 在金属板内尚未衰减掉的剩余能量达到金属右边界面上时,又要发生反射,并在金属板的两个界面之间来回多次反射。只有剩余的一小部分电磁能量透过屏蔽的空间。电磁波衷减的第三种机理,称为多次反射修正因子多次反射修正因子,用B表示。3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第3页/共61页4屏蔽效能的第一种机理电磁能的反射是因为空气金属界面上阻抗不匹配而发生的。反射系数为辐射场的波阻抗 金属
3、板的波阻抗p 吸收损耗吸收损耗p 第三种机理,称为多次反射修正因子:第三种机理,称为多次反射修正因子:三次反射三次反射(吸收过程吸收过程)五次反射五次反射(吸收过程吸收过程)3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第4页/共61页5 实心材料屏蔽效能实心材料屏蔽效能 R AB入射入射场强场强距离距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 ABB透透射射泄漏泄漏R 反射损耗A吸收损耗B多次反射修正因子n 实心材料对电磁波的实心材料对电磁波的反射反射和和吸收吸收损耗使电磁能量被大大衰减,损耗使电磁能量被大大衰减,将电将电场和磁场同时屏蔽,即电磁屏蔽。场和磁场同时屏蔽,即电磁屏蔽。反射反射AR1R23.4 电磁屏蔽电磁
4、屏蔽第5页/共61页波阻抗波阻抗:a.远场:远场:b.近场(以电场为主):近场(以电场为主):c.近场(以磁场为主):近场(以磁场为主):反射系数反射系数:透射系数透射系数:123.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第6页/共61页相对于铜的电导率,铜:相对于铜的电导率,铜:厚度(厚度(mm)。)。吸收损耗吸收损耗 A(dB)屏蔽材料越厚,吸收损耗越大,厚度增一个趋肤深度,屏蔽材料越厚,吸收损耗越大,厚度增一个趋肤深度,吸收损耗增加得吸收损耗增加得9dB;磁导率越高,吸收损耗越大;磁导率越高,吸收损耗越大;电导率越高,吸收损耗越大;电导率越高,吸收损耗越大;频率越高,吸收损耗越大。频率越高,吸收损耗越大。相
5、对磁导率;相对磁导率;良导体良导体结论:3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第7页/共61页 反射损耗反射损耗 R(dB)波阻抗良导体:良导体:a.远场远场:b.近场近场:电场源:电场源媒质本征阻抗频率升高,反射损耗减小c.近场近场:磁场源:磁场源频率升高,反射损耗增加3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第8页/共61页 多次反射修正多次反射修正 B(dB)而而故:故:当当 时,时,则则当当 时,通常可忽略时,通常可忽略B。3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第9页/共61页反射损耗:反射损耗:电场源电场源磁场源磁场源()屏蔽效能屏蔽效能:吸收损耗:吸收损耗:远场平面波源远场平面波源多次反射修正:多次反射修正:小结3.4 电磁屏
6、蔽电磁屏蔽第10页/共61页例例1 1 有一个大功率线圈的工作频率为有一个大功率线圈的工作频率为20kHz,在离线圈,在离线圈0.5m处处 置一铝板置一铝板 以屏蔽线圈对设备的影响。设铝板厚度以屏蔽线圈对设备的影响。设铝板厚度 为为0.5mm。试计算其屏蔽效能。试计算其屏蔽效能。解解:屏蔽体处于哪个场区:屏蔽体处于哪个场区:近场近场大功率线圈大功率线圈 强磁场,主要为磁屏蔽强磁场,主要为磁屏蔽.故故3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第11页/共61页又又故故3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第12页/共61页式中:式中:2.双层屏蔽体的屏蔽效能双层屏蔽体的屏蔽效能总反射损耗总反射损耗多次反射修正多次反射修正总吸收
7、损耗总吸收损耗t2x21t1d3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第13页/共61页的多次反射的多次反射的多次反射的多次反射空气层中空气层中的多次反射的多次反射t2x21t1d3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第14页/共61页通常两层之间的空气中的多次反射起主要作用,则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,当两屏蔽层采用同一金属材料且相同厚度时,3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第15页/共61页(3)薄膜屏蔽:)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。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?如何使机箱具有屏蔽作用?通过喷涂
8、、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电通过喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在机箱上包裹一层导电薄膜。薄膜。设薄膜厚度为设薄膜厚度为t,电磁波在薄膜中的波长为电磁波在薄膜中的波长为 ,当,当 ,称这种屏蔽层为薄膜屏蔽。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主要由反射损耗和多次反射修正因子确定,可以按金属平,可以按金属平板屏蔽的相关公式进行计算。板屏蔽的相关公式进行计算。3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第16页/共61页屏蔽层厚度屏蔽层厚度105nm1250nm21960nm频率频率
9、1MHz 1GHz 1MHz1GHz1MHz 1GHz吸收损耗吸收损耗A 0.0140.440.165.22.992反射损耗反射损耗 R109791097910979修正因子修正因子B-47-17-25-0.6-3.50屏蔽效能屏蔽效能SE62628384108171铜薄膜屏蔽层屏蔽效能铜薄膜屏蔽层屏蔽效能3.4 电磁屏蔽电磁屏蔽第17页/共61页3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响实际机箱上有许多泄漏源实际机箱上有许多泄漏源:信号线的出入口,电流线的出入信号线的出入口,电流线的出入口,通风散热孔,接缝处的缝隙等。口,通风散热孔,接缝处的缝隙等。第18页/共61页设各泄漏因
10、素的屏蔽效能为设各泄漏因素的屏蔽效能为 ,即,即总泄漏场总泄漏场故故1 1、综合屏蔽效能的计算公式综合屏蔽效能的计算公式第19页/共61页例例2 设某一频率下,机壳屏蔽材料本身有设某一频率下,机壳屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能,的屏蔽效能,各泄漏因素造成屏蔽效能为:各泄漏因素造成屏蔽效能为:(1)滤波与连接器面板:)滤波与连接器面板:101dB;(;(2)通风孔)通风孔92dB;(3)门泄漏:)门泄漏:88dB;(4)接)接 缝泄漏:缝泄漏:83dB。求机箱的总屏蔽效能。求机箱的总屏蔽效能。解解:3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第20页/共61页2、缝隙的电磁泄漏缝
11、隙的电磁泄漏故故 设金属屏蔽体上有一缝隙,其设金属屏蔽体上有一缝隙,其间隙为间隙为g,屏蔽板厚度为,屏蔽板厚度为t,入射波,入射波电场为电场为 E0,经缝隙泄漏到屏蔽体中,经缝隙泄漏到屏蔽体中的场为的场为Ep,当,当g 10/3 时,有时,有gt3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第21页/共61页例例3 3 在例在例1中开一缝隙,若其宽度为中开一缝隙,若其宽度为0.5mm、0.25mm、0.1mm,分别求其屏蔽效能。分别求其屏蔽效能。解解:当当当当当当无缝隙时的屏蔽效能:无缝隙时的屏蔽效能:SE=54.83 dB3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第2
12、2页/共61页缝隙的处理缝隙的处理衬垫的种类:金属丝网衬垫衬垫的种类:金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的带橡胶芯的和空心的)导电橡胶导电橡胶(不同导电填充物的不同导电填充物的)指形簧片指形簧片(不同表面涂覆层的不同表面涂覆层的)螺旋管衬垫螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布导电布3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第23页/共61页3.截止波导Page 24损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管,频率低的电磁波损耗很大!工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第24页/共61页截止波导屏蔽效
13、能25截止波导管 屏蔽效能=反射损耗:远场区计算公式,近场区计算公式+吸收损耗:与截止频率有关孔洞计算屏蔽效能公式,前述波导壁面吸收损失 屏蔽效能明显3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第25页/共61页截止波导式通风孔截止波导式通风孔 的屏蔽效能的屏蔽效能截止频率截止频率:矩形波导:矩形波导:fc10=1510 9/a(Hz)alllDW圆形波导:圆形波导:fc11=17.610 9/D(Hz)六角波导:六角波导:fc10=1510 9/W(Hz)(a、D、W 的单位为:的单位为:cm)原理原理:电磁波频率远低电磁波频率远低于波导的最低截止频于波导的最低截止频率,因而产生
14、很大的率,因而产生很大的衰减。衰减。3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第26页/共61页 屏蔽效能屏蔽效能矩形波导:矩形波导:圆形波导:圆形波导:六角波导:六角波导:(l 的单位为:的单位为:cm)当当 f fc 时:时:设计要求:设计要求:l 3a、l3D、l3Wfc =(510)f3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的影响第27页/共61页 不能有金属材料穿过截止波导管不能有金属材料穿过截止波导管 当有金属材料穿过截止波导管时,会导致严重的电磁泄漏。当有金属材料穿过截止波导管时,会导致严重的电磁泄漏。需要注意的是有些光缆的内部加有金属加强筋,这时将光缆穿
15、过需要注意的是有些光缆的内部加有金属加强筋,这时将光缆穿过截止波导时也会引起泄漏。截止波导时也会引起泄漏。波导管的安装波导管的安装 最可靠的方法是焊接,在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面最可靠的方法是焊接,在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面相同的孔,然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。相同的孔,然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。如果波导管本身带法兰盘,利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽如果波导管本身带法兰盘,利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽体上,需要在法兰盘与屏蔽体基体之间安装电磁密封衬垫。体上,需要在法兰盘与屏蔽体基体之间安装电磁密封衬垫。3.5 3.5 孔缝对屏蔽效能的影响孔缝对屏蔽效能的
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