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不用修改電路,關(guān)于一些常見電磁屏蔽選用問題
電磁屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一。大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決。用電磁屏蔽的方法來解決電磁干擾問題的*大好處是不會(huì)影響電路的正常工作,因此不需要對(duì)電路做任何修改。
1、選擇屏蔽材料
屏蔽體的有效性用屏蔽效能來度量。屏蔽效能是沒有屏蔽時(shí)空間某個(gè)位置的場(chǎng)強(qiáng)E1與有屏蔽時(shí)該位置的場(chǎng)強(qiáng)E2的比值,它表征了屏蔽體對(duì)電磁波的衰減程度。用于電磁兼容目的的屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來的百分之一至百萬分之一,因此通常用分貝來表述屏蔽效能,這時(shí)屏蔽效能的定義公式為SE=20lg ( E1/ E2 ) (dB)
用這個(gè)定義式只能測(cè)試屏蔽材料的屏蔽效能,而無法確定應(yīng)該使用什么材料做屏蔽體。要確定使用什么材料制造屏蔽體,需要知道材料的屏蔽效能與材料的什么特性參數(shù)有關(guān)。工程中實(shí)用的表征材料屏蔽效能的公式為:SE=A+R (dB),式中的A稱為屏蔽材料的吸收損耗,是電磁波在屏蔽材料中傳播時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:A=3.34t(fμrσr) (dB), t=材料的厚度,μr=材料的磁導(dǎo)率,σr=材料的電導(dǎo)率,對(duì)于特定的材料,這些都是已知的。f=被屏蔽電磁波的頻率。
式中的R稱為屏蔽材料的反射損耗,是當(dāng)電磁波入射到不同媒質(zhì)的分界面時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:R=20lg(ZW/ZS)(dB),式中,Zw=電磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
電磁波的波阻抗定義為電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量的比值:Zw=E / H。在距離輻射源較近(λ/2π,稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū))時(shí),波波阻抗僅與電場(chǎng)波傳播介質(zhì)有關(guān),其數(shù)值等于介質(zhì)的特性阻抗,空氣為377Ω。
屏蔽材料的阻抗計(jì)算方法為:|ZS|=3.68×10-7(fμr/σr) (Ω),f=入射電磁波的頻率(Hz),μr=相對(duì)磁導(dǎo)率,σr=相對(duì)電導(dǎo)率。
從上面幾個(gè)公式,就可以計(jì)算出各種屏蔽材料的屏蔽效能了,為了方便設(shè)計(jì),下面給出一些定性的結(jié)論。
●在近場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)屏蔽時(shí),要分別考慮電場(chǎng)波和磁場(chǎng)波的情況;
●屏蔽電場(chǎng)波時(shí),使用導(dǎo)電性好的材料,屏蔽磁場(chǎng)波時(shí),使用導(dǎo)磁性好的材料;
●同一種屏蔽材料,對(duì)于不同的電磁波,屏蔽效能使不同的,對(duì)電場(chǎng)波的屏蔽效能*高,對(duì)磁場(chǎng)波的屏蔽效能*低,也就是說,電場(chǎng)波*容易屏蔽,磁場(chǎng)波*難屏蔽;
●一般情況下,材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性越好,屏蔽效能越高;
●屏蔽電場(chǎng)波時(shí),屏蔽體盡量靠近輻射源,屏蔽磁場(chǎng)源時(shí),屏蔽體盡量遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源;
有一種情況需要特別注意,這就是1kHz以下的磁場(chǎng)波。這種磁場(chǎng)波一般由大電流輻射源產(chǎn)生,例如,傳輸大電流的電力線,大功率的變壓器等。對(duì)于這種頻率很低的磁場(chǎng),只能采用高導(dǎo)磁率的材料進(jìn)行屏蔽,常用的材料是含鎳80%左右的坡莫合金。
2、孔洞和縫隙的電磁泄漏與對(duì)策
一般除了低頻磁場(chǎng)外,大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中,常見的情況是金屬做成的屏蔽體,并沒有這么高的屏蔽效能,甚至幾乎沒有屏蔽效能。甚至幾乎沒有屏蔽效能。這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先,需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同,在靜電中,只要將屏蔽體接地,就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān),這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè),一個(gè)是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性,即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。另一點(diǎn)是不能有穿過機(jī)箱的導(dǎo)體。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱,這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來都非常困難。
首先,一個(gè)實(shí)用的機(jī)箱上會(huì)有很多孔洞和孔縫:通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分結(jié)合的縫隙等。屏蔽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是如何妥善處理這些孔縫,同時(shí)不會(huì)影響機(jī)箱的其他性能(美觀、可維性、可靠性)。
其次,機(jī)箱上總是會(huì)有電纜穿出(入),至少會(huì)有一條電源電纜。這些電纜會(huì)極大地危害屏蔽體,使屏蔽體的屏蔽效能降低數(shù)十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一(穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大)。
當(dāng)電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí),其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線(圖1),當(dāng)孔洞的長(zhǎng)度達(dá)到λ/2時(shí),其輻射效率*高(與孔洞的寬度無關(guān)),也就是說,它可以將激勵(lì)孔洞的全部能量輻射出去。
對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞,在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中,*壞情況下(造成*大泄漏的極化方向)的屏蔽效能(實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更大一些)計(jì)算公式為:SE=100-20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB),若 L ≥λ/2,SE=0 (dB),式中各量:L=縫隙的長(zhǎng)度(mm),H=縫隙的寬度(mm),f=入射電磁波的頻率(MHz)。
在近場(chǎng)區(qū),孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場(chǎng)源時(shí),孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)?。ㄆ帘涡芨撸?,而當(dāng)輻射源是磁場(chǎng)源時(shí),孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)要大(屏蔽效能低)。若ZC>(7。9/D?f):SE=48+20lg ZC-20lgL f+ 20lg [1+2.3lg (L/H) ]。