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电磁兼容原理和抑制技术(七)

2013-05-222660区健昌国际电子变压器

对于磁性材料(μr>1),本章中的关系式仅适用于额定磁导率μr的情况。磁导率随磁场强度(或磁通密度)和频率变化,特别是在几千赫以上。在约1兆赫以上,大部分磁性材料的相对磁导率已经成为或接近于1。所以,应充分研究磁性材料的适用范围。
本节将综述均质金属、带孔的屏蔽体和近似均质金属的性能。
 
2.4.1 均质金属
设计师可能会遇到的许多金属和它们的电导率和磁导率它们一起被列入表2.2。
其中第四栏标题乘积是金属相对于铜的特征吸收损耗顺序。对于除银以外的非磁性材料,相对于铜的值均小于1.0。所以,非磁性材料提供比较差的吸收损耗。反之,所有磁性材料具有超过2的相对吸收损耗值,与非磁性材料相比,它们是比较好的低频能量吸收体。另一方面,由于相对磁导率随频率增加而恶化,在高频(约100千赫以上)时磁性材料提供的吸收损耗比大多数非磁性材料小。对厚度薄(厚度比趋肤深度小的多)的金属而言,吸收损耗可忽略不计,因而选择金属时无论是磁性的或是非磁性的都不重要。但是,当金属与趋肤深度相比不薄时,吸收损耗变得重要。撇开价格和其它因数不说,选择屏蔽体金属时在第二和第三栏中选取适用的σr和μr是有用的。

其中第五栏标题为商是金属相对于铜的特征反射损耗顺序,反射损耗性能以dB单位表示在第六栏中。非磁性材料优于几乎所有的磁性材料。对厚度薄的金属而言,反射损耗是总屏蔽效能中唯一的重要项。因此,对于这种情况设计师将选择一种不是高电导率的非磁性材料。
对于窗和观察孔的射频屏蔽,如玻璃或塑料的衬底其厚度t以毫微米度量,它是趋肤深度的很小分数,在这种场合下会选择比较稳定(电化序中较低的)和导电较好的金属如金。

在论及磁屏蔽材料时,问题发生在计算屏蔽效能时应该采用的相对磁导率的数值。这时常采用文献中给出的相对磁导率μr值,好象它们是一个固定的材料参数,在不同的电磁环境条件下都不会变化。要注意这里所指的磁化曲线和磁滞曲线中定义的各种典型磁性材料特性包含相对磁导率μr值都是在直流或较低频率下测得的。遗憾的是,归入磁性材料(μr>1)类的材料参数,其磁导率的数值总是随磁环境和频率变化。错误地使用屏蔽效能关系式,如将μr看成是固定量,可能导致过于乐观的屏蔽效果预测。因此,SEdB的逼真估算取决于正确应用μr值。

在计算屏蔽时精确估计所使用的正确μr值,取决于几个因素。众所周知在典型磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线中定义了材料的各种特性。HC是矫顽力或驱使磁感应(磁通密度)到零所需施加的反向磁场强度值;Br是剩磁或材料在达到饱和磁感应强度Bm后所保留的磁感应值;Bm是由施加的磁场强度Hm在材料中产生的磁感应;Br是在磁场减小到零之后,在材料中保留的磁通密度值。

相对磁导率μr定义为磁感应B与施加磁场强度H之比。在实际运用中相对磁导又可表现为不同的形式如:初始磁导率μ0;最大磁导率μmax;和增量磁导率μ△等等,这三种磁导率的值大小可变化在一个数量级以上(或对于反射损耗SEH变化10dB以上,而对于吸收损耗可变化任何量)。由于磁屏蔽效能值SEdB在低频下通常很小,这可能导致显著的误差。

其中增量磁导率μ△是讨论中特别感兴趣的。它是作为磁滞曲线上的局部磁滞回线出现的。增量磁导率μ△又称叠加磁导率它是在有直流偏磁的情况下或在交、直流磁场同时作的情况下发生的,图2.11中表明除磁滞回线产生的信号外,还有低电平信号施加的影响。在所示的单点上,增量磁导率的作用是产生与磁滞回线信号不同的磁通密度。这表示磁场遇到了磁导屏蔽时的情况。

在较普遍的情况下与几种效应(包括涡流损失)有关,它们是:(1)磁场强度(2)频率(3)到金属屏蔽体的距离(4)金属厚度(5)金属磁导率和电阻率的函数。从而得出结论,除非知道全部条件,否则就不能确定等效的μr值和直接使用表2.2中的μr值和磁性材料的方程。

在几百千赫以上相对磁导率接近于1。此外,图2.12表示60赫时μr随磁通密度变化的情况。由此得出的结论是,在饱和状态下和极低频率时,磁导率可比表2.2中所列的额定低电平的μ值增大约一个数量级。

在等于和高于中等频率(300千赫倒3兆赫)的情况下,对所有的情况μr→1。因此,本章给出的屏蔽效能曲线只适用于规定使用的μr值。

当最大磁通密度可能被超过时,包括非磁性金属或高饱和磁性金属的双层屏蔽,应面对比较严重的磁场源。对来自单元或电缆外部的干扰发射,防护金属的第一层应面朝外,而若发射来自内部,则防护金属应面朝内。

2.4.2 均质金属箔
表2.2中的几种金属有现成的薄片型品种,厚度从约1/64英寸(0.4毫米)或更薄到1/8英寸(3.2毫米)或更厚。有时把厚度小于1/64英寸的金属称作箔。许多高磁导率金属制成箔上市,厚度范围从约1密耳(25.4微米)到10密耳(254微米)。它们通常有片型和带型两种。箔料还可以有背后带粘接剂的箔成卷供应。
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