分享好友 电磁兼容首页 电磁兼容分类 切换频道

EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

2016-03-045930安规与电磁兼容网
        屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减小电磁能传输的一种技术,是抑制电磁干扰的重要手段之一。屏蔽有两个目的,一是限值内部辐射的电磁能量泄漏出该内部区域,二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。

电磁场通过金属材料隔离时,电磁场的强度将明显降低,这种现象就是金属材料的屏蔽作用。我们可以用同一位置无屏蔽体时电磁场的强度与加屏蔽体之后电磁场的强度之比来表征金属材料的屏蔽作用,定义屏蔽效能(Shielding Effectiveness,简称 SE):

  EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

屏蔽体上孔缝的影响

实际上,屏蔽体上面不可避免地存在各种缝隙、开孔以及进出电缆等各种缺陷,这些缺陷将对屏蔽体的屏蔽效能有急剧的劣化作用。

上节中分析的理想屏蔽体在 30MHz 以上的屏蔽效能已经足够高,远远超过工程实际的需要。真正决定实际屏蔽体的屏蔽效能的因素是各种电气不连续缺陷,包括:缝隙、开孔、电缆穿透等。

屏蔽体上面的缝隙十分常见,特别是目前机柜、插箱均是采用拼装方式,其缝隙十分多,如果处理不妥,缝隙将急剧劣化屏蔽体的屏蔽效能。

孔缝屏蔽的总体设计思想

根据小孔耦合理论,决定孔缝泄漏量的因素主要有两个:孔缝面积和孔缝最大线度尺寸。两者皆大,则泄漏最为严重;面积小而最大线度尺寸大则电磁泄漏仍然较大。如图所示为一典型机柜示意图,上面的孔缝主要分为四类:

  EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

  (1)机箱(机柜)接缝

  该类缝虽然面积不大,但其最大线度尺寸即缝长却非常大,由于维修、开启等限制,致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝,采用导电衬垫等特殊屏蔽材料可以有效地抑制电磁泄漏。该类孔缝屏蔽设计的关键在于:合理地选择导电衬垫材料并进行适当的变形控制。

  (2)通风孔

  该类孔面积和最大线度尺寸较大,通风孔设计的关键在于通风部件的选择与装配结构的设计。在满足通风性能的条件下,应尽可能选用屏效较高的屏蔽通风部件。

  (3)观察孔与显示孔

  该类型孔面积和最大线度尺寸较大,其设计的关键在于屏蔽透光材料的选择与装配结构的设计。

  (4)连接器与机箱接缝

  这类缝的面积与最大线度尺寸均不大,但由于在高频时导致连接器与机箱的接触阻抗急剧增大,从而使得屏蔽电缆的共模传导发射变大,往往导致整个设备的辐射发射出现超标,为此应采用导电橡胶等连接器导电衬垫。

由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波,因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同,在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能,则需首先确定辐射源,明确频率范围,再根据各个频段的典型泄漏结构,确定控制要素,进而选择恰当的屏蔽材料,设计屏蔽壳体。

        综上所述,孔缝抑制的设计要点归纳为:

(1)合理选择屏蔽材料;

(2)合理设计安装互连结构。

孔洞泄露的评估

机箱上不可避免地会有各种孔洞,这些孔洞最终决定了屏蔽体的屏蔽效能(假设没有电缆穿过机箱)。一般可以认为,屏蔽机箱在低频时的屏蔽效能主要取决于制造屏蔽体的材料,在高频时的屏蔽效能主要取决于机箱上的孔洞和缝隙。当电磁波入射到一个孔洞时,孔洞的作用是相当于一个偶极天线。当缝隙的长度达到1/2时,其辐射效率最高(与缝隙的宽度无关)。也就是说,它可以入射到缝隙的全部能量辐射出去,如图所示。

  EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

  在远场区,如果孔洞的最大尺寸L小于λ/2,一个厚度为0的材料上的缝隙的屏蔽效能为:

  

  如果L大于λ/2,则SE=0(dB)。

  式中SE──屏蔽效能(dB);

  L──孔洞的长度(mm);

  H──孔洞的宽度(mm);

  f──入射电磁波的频率(MHz)。

  这个公式计算的是最坏情况下(造成最大泄露的极化方向)的屏蔽效能,实际情况下屏蔽效能可能会更高一些。

  在近场区,孔洞的泄露还与辐射源是磁场源有关。当辐射源是电场源时,孔洞的泄露比远场小(屏蔽效能高);而当辐射源是磁场源时,孔洞的泄露比远场大(屏蔽效能低)。对于不同电路阻抗Zc的辐射源,计算公式如下:

  若ZC>(7.9/Df):(电场源)

  EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

  若ZC<(7.9/Df):(电场源)

  公式

  式中SE──屏蔽效能(dB);

  L──孔洞的长度(mm);

  H──孔洞的宽度(mm);

  f──入射电磁波的频率(MHz)。

  这个公式计算的是最坏情况下(造成最大泄漏的极化方向)的屏蔽效能,实际情况下屏蔽效能可能会更高一些。

  需要注意的问题是,对于磁场辐射源,孔洞在近场区的屏蔽效能与电磁波的频率没有关系,也就是说,很小的孔洞也可能导致较大的泄漏。这时影响屏蔽效能的一个更重要参数是孔洞到辐射源的距离。孔洞距离辐射源越近,泄漏越大。这个特点往往导致屏蔽体发生意外的泄漏。因为在屏蔽体上开孔的一个目的是通风散热,这意味着会很自然地将孔洞设计在靠近发热源附近,而发热源往往是大电流的载体,在其周围有较强的磁场。结果,无意识地将孔洞开在强磁场辐射源的附近。因此,在设计中,要注意孔洞和缝隙要远离电流载体,例如线路板、电缆、变压器等。

  当N个尺寸相同的孔洞排列在一起,并且相距较近(距离小于λ/2)时,孔洞阵列的屏蔽效能会下降,下降数值为10lgN。

  因为孔洞的辐射有方向性,因此在不同面上的孔洞不会明显增加泄漏,利用这个特点可以在设计时将孔洞放在屏蔽机箱的不同面,避免某一个面的辐射过强。

收藏 0
打赏 0
评论 0
电子信号抗干扰之滤波技术
信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变,甚至是在相当多的情况下,这种畸变还很严重,以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了,所以滤波是信号处理中的一项基本而重要

1评论2020-09-26322

如何降低数模设计过程中的数模干扰?
数模设计过程中要避免照搬经验和规则,但要彻底讲清这个问题,首先要明白数模干扰的机理,数字对模拟的影响可以分为以下两种情况:1、串扰串扰一般是通过数字与模拟信号线间的分布参数相互影响,不过这个问题至少目

0评论2019-05-28159

各种电源滤波电路分析
引言在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波, 消除电压中的交流成分,成为直流电后给电子电路使 用。在滤波电路中,主要使用对交流电有特殊阻抗特性 的器件,

2评论2019-04-08447

开关电源EMI滤波电路原理与解决方案
开关电源电路EMI滤波电路原理滤波原理:阻抗失配;作为电感器就是低通(更低的频率甚至直流能通过)高阻(超过一定频率后就隔断住难于通过)(或者是损耗成热消散掉),因此电感器滤波靠的是阻抗Z=(R^2+(2ΠfL)^2)^1/2 。也

0评论2018-07-061649

电磁兼容基础知识全面详解
一、什么是电磁兼容电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产

1评论2018-05-041195

PCB设计磁珠的选用你真会吗?
PCB设计中是使用贴片磁珠还是使用贴片电感主要取决于应用场景。如:在谐振电路中需要使用贴片电感;在消除不需要的EMI噪声时,使

1评论2018-04-12491

去耦电容与旁路电容的区别
旁路电容是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。去耦电容相当于电池,避免由于电流的突变而使电压下降,相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大,对更高频率的噪声,基本无效。

3评论2017-08-15590

澳大利亚电器产品EMC要求  
电器产品的EMC(电磁兼容性)要求,即是在固定场合下,电器设备产生的电磁扰动的量度必须低于一定的标准,不妨碍其他电器正常工作;并且设备自身也具有一定抗电磁扰动的能力。越来越多的国家开始关注电器产品的EMC认

0评论2017-07-211588

气体放电管的原理、选型及应用实例分析
气体放电管的原理气体放电管的工作原理可以简单地总结为气体放电。当两级间产生足够大的电量,则会造成极间间隙被放电击穿,这时其便由绝缘状态转变成为导电状态,这种现象 与短路较为相似。当处于导电状态下时,两极间的

0评论2017-06-211370