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设 计 策 略电 磁 屏 蔽 技 术 的 理 论分 析 与 应 用3M 中 国 研 发 中 心魏 嵬摘 要 : 随 着 电 子 产 品 的 广 泛 应 用 和 电 磁 环 境 污 染 的 加 重 , 对 电 磁 兼 容 性 设 计 的 要 求 也 越 来 越 高 , 对 电磁 兼 容 设 计 的 主 要 技 术 之 一 的 屏 蔽 技 术 的 分 析 与 研 究 也 就 愈 显 得 重 要 。 本 文 通 过 对 电 场 屏 蔽 和 磁 场 屏 蔽 原 理的 理 论 分 析 , 有 助 于 明 确 屏 蔽 的 概 念 及 其 内 涵 , 有 利 于 EMC 工 程 师 深 入 理 解 屏 蔽 技 术 分 类 和 屏 蔽 材 料 选 择 时需 要 遵 循 的 原 则 。关 键 词 : 电 场 屏 蔽 磁 场 屏 蔽 屏 蔽 材 料屏 蔽 原 理电 磁 波 是 电 磁 能 量 传 播 的 主 要 方 式 , 高 频 电 路 工 作时 , 会 向 外 辐 射 电 磁 波 , 对 邻 近 的 其 它 设 备 产 生 干 扰 。另 一 方 面 , 空 间 的 各 种 电 磁 波 也 会 感 应 到 电 路 中 , 对 电路 造 成 干 扰 。 电 磁 屏 蔽 的 作 用 是 切 断 电 磁 波 的 传 播 途径 , 从 而 消 除 干 扰 。 在 解 决 电 磁 干 扰 问 题 的 诸 多 手 段中 , 电 磁 屏 蔽 是 最 基 本 和 有 效 的 。 用 电 磁 屏 蔽 的 方 法 来解 决 电 磁 干 扰 问 题 的 最 大 好 处 是 不 会 影 响 电 路 的 正 常 工作 , 因 此 不 需 要 对 电 路 做 任 何 修 改 屏 蔽 就 是 用 导 电 或 导磁 材 料 制 成 的 盒 、 壳 、 板 、 栅 等 结 构 形 式 , 将 电 磁 干 扰场 限 制 在 一 定 的 空 间 范 围 内 , 使 干 扰 场 经 过 屏 蔽 体 时受 到 很 大 衰 减 , 从 而 抑 制 电 磁 干 扰 源 对 相 关 设 备 或 空 间的 干 扰 。 具 体 讲 , 就 是 用 屏 蔽 体 将 元 部 件 、 电 路 、 组 合件 、 电 缆 或 整 个 系 统 的 干 扰 源 包 围 起 来 , 防 止 干 扰 电 磁场 向 外 扩 散 ; 用 屏 蔽 体 将 接 收 电 路 、 设 备 或 系 统 包 围 起来 , 防 止 它 们 受 到 外 界 电 磁 场 的 影 响 。 因 为 屏 蔽 体 对 来自 导 线 、 电 缆 、 元 部 件 、 电 路 或 系 统 等 外 部 的 干 扰 电 磁波 和 内 部 电 磁 波 均 起 着 吸 收 能 量 如 涡 流 损 耗 、 反 射 能 量如 电 磁 波 在 屏 蔽 体 上 的 界 面 反 射 以 及 抵 消 能 量 如 电 磁 感应 在 屏 蔽 层 上 产 生 反 向 电 磁 场 , 可 抵 消 部 分 干 扰 电 磁 波的 作 用 , 所 以 屏 蔽 体 具 有 减 弱 电 磁 干 扰 的 功 能 。屏 蔽 的 理 论 基 础 是 电 磁 波 的 反 射 与 吸 收 , 投 射 到 屏幕 罩 上 的 电 磁 能 量 一 部 分 被 反 射 回 去 , 另 一 部 分 被 屏 蔽罩 吸 收 。 屏 蔽 的 效 果 一 般 是 用 屏 蔽 前 后 同 一 点 场 强 的 比40 www.InterferenceTechnology.com值 来 表 征 , 称 为 屏 蔽 效 能 SE(Shielding Effectiveness):屏 蔽 体 的 性 质 的 定 量 评 价 。 从 屏 蔽 的 侧 重 范 围 则 可 大 体分 为 电 场 屏 蔽 、 磁 场 屏 蔽 和 电 磁 场 屏 蔽 三 种 , 本 文 重 点对 电 场 屏 蔽 和 磁 场 屏 蔽 技 术 进 行 理 论 分 析 :电 屏 蔽 效 能 为SEE 0=EE 0 ESE( = dB) = 20logE E1E磁 SE屏 ( dB) 蔽 H 0= 效 = 能 20为logH EH 0 HSE( = dB) = 20logH H1C HSR0US0 USSE U ( dB) = 20logN 0= =C + C H 1 + C / C01SR0 R 1 R SR0E 0 、H 0 分 CSR别 0U是 S 未 加 屏 蔽 U时 SU空 间 中 某 点 的 电 场 和 磁 场N 0= =EC1 、H 1 分SR0 +别 是 CR1 + C施 加 屏 蔽R/ C1⋅C2后 空SR间 0U中 该 点 的 电 场 和 磁 场N1=( C1+C3) ( C2+ CR)屏 蔽 前 后 场 强 度 衰 减 量 与 屏 蔽 效 能 的 关 系 如 表 1 所CC⋅C2示 :SR1USCSR1USUN1=≈( C 1 3) ( 2+ CR)2+ CR+ CSR1C2+ CR表 1 衰 减 量 和 屏 蔽 效 能 的 关 系jωMiCSR1USCSRUC1 SUiN1=≈无 S=屏 蔽 r场 C强 C 有 屏 蔽 场 强 屏 蔽 效 能 SE(dB)2+R+ CSR1C2+ CS+ jωLSR10 1 20MjωMiC100 Ci1 40=S≈ ⋅CC1000 rL S+i =jωLK ⋅ n ⋅iC S nS1 6010000 MjωM1 80Ci≈ ⋅100000 CCL i = K ⋅ n ⋅iS= ⋅ iC1 100CrnSS1000000 1 120jωMiS= ⋅ iCrS110101