电磁屏蔽技术研究GT3

电磁屏蔽技术

本章主要介绍电磁屏蔽的基本原理、屏蔽体屏蔽效能的计算方法、屏蔽体的不完整性对屏蔽性能的影响，以及屏蔽体的设计方法。另外也介绍了接缝的屏蔽保证技术，以及屏蔽体上开孔的处理方法。

1 电磁屏蔽的基本概念

1.1 电磁屏蔽的概念及分类

屏蔽是电磁干扰防护控制的最基本方法之一。电磁屏蔽是指对电磁波产生衰减作用。其目的有两个方面：一是控制内部辐射区的电磁场，不使越出某一区域；二是防止外来的辐射进入某一区域，如图3.10-1所示。因此，屏蔽的方法也是电磁干扰的空域控制方法。屏蔽可以大如一个安装有整体金属材料的建筑物（如大型测试场所或实验场所），小到柔软的电缆金属编织带。常见的屏蔽如仪器设备的金属外壳。

外部电磁场屏蔽体内部电磁场屏蔽体

(a) 外部电磁场的屏蔽 (b) 内部电磁场的屏蔽

图3.10-1 电磁屏蔽的目的

通常采用金属导体作为屏蔽体材料，但屏蔽体材料及结构的选择，则取决于屏蔽性质的类别及要求。

屏蔽性质的分类，从要屏蔽的电磁场的性质来划分，有电场屏蔽(静电场屏蔽及交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(静磁场屏蔽及交变磁场屏蔽)及电磁场屏蔽(同时存在电场及磁场的辐射电磁场的屏蔽)等。

从屏蔽体的结构分类，可以分为完整屏蔽体屏蔽(屏蔽室或屏蔽盒等〕、非完整屏蔽体屏蔽(带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等)以及编织带屏蔽(电缆等)。

1.2 电磁屏蔽效能

采用屏蔽体的目的是要削弱干扰电磁场。屏蔽体的电磁屏蔽效能一般可有如下几种表示方法。

1

第10章 电磁屏蔽技术

第一，采用屏蔽系数s表示。屏蔽系数指被干扰的导体(或电路)在加屏蔽后感应的电压

VS与未加屏蔽时感应电压V0的比，即

sVS(有屏蔽)V（无屏蔽）0 (3.10-1)

s越小，表示屏蔽效果越好。

第二，采用传输系数T表示。传输系数T系指加屏蔽后某一测点的场强(Es，Hs)与同一测点未加屏蔽时的场强(E0，H0)的比，即：

TEs(有屏蔽)E（无屏蔽）0 （对于电场） (3.10-2)

T （对于磁场） (3.10-3)

H（无屏蔽）0Hs(有屏蔽)T愈小，表示屏蔽效果愈好。

第三，采用屏蔽效能SE表示。屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强(E0, H0)与有屏蔽时该位置的场强(ES, HS)的比值，并以dB为单位，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。如果屏蔽效能计算中使用的是磁场，则称为磁场屏蔽效能，如果计算中用的是电场，则称为电场屏蔽效能：

SE20lgE0(无屏蔽)E（有屏蔽）sH0(无屏蔽)H（有屏蔽）s (dB) （对于电场） (3.10-4)

SE20lg (dB) （对于磁场） (3.10-5)

由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一，因此通常用dB来表述。表3.10-1所示为衰减量与屏蔽效能的对应关系。

一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60B，TEMPEST设备的屏蔽机箱的屏蔽效要达到80dB以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100dB。100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。

表3.10-1衰减量与屏蔽效能的对应关系

无屏蔽场强 有屏蔽场强 屏蔽效能SE （dB） 10 1 20 100 1 40 1000 1 60 10000 1 80 100000 1 100 1000000 1 120 2 屏蔽的基本原理

2

第10章 电磁屏蔽技术

2.1 电场屏蔽的基本原理

电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。

我们首先来考察静电场的屏蔽问题。设有一导体A带正电，则邻近的导体 B将感应带负电，这就是静电感应现象。

利用金属屏蔽体对电场可以起屏蔽作用，即可使导体A发出的电力线不能到达导体B。但必须注意，屏蔽体的屏蔽必须完善并良好接地，否则不起屏蔽作用，如图3.10-2所示。

屏蔽体屏蔽体ABAB

(a) 屏蔽层不接地 (b) 屏蔽层接地

图3.10-2 静电场的屏蔽

再考察交变电场情况，若导体A有一交变电压，此时电场将通过金属屏蔽体进行屏蔽，即可使电场局限在导体A与屏蔽体之间。但也必须注意，如屏蔽体屏蔽不完善，或接地不良，也不能起屏蔽作用，或屏蔽效果很差。

因此，采用金属屏蔽体进行电场屏蔽应具备两个条件，即完善的屏蔽及良好自接地。

2.2 磁场屏蔽的基本原理

磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。

首先考察静磁场的情况。不论是由电磁铁或是由直流线圈产生的磁场均在空间散布磁线或磁通。磁力线所通过的路径称为磁路。磁力线主要集中在低磁阻的磁路通过。因此对磁场的屏蔽主要利用高磁导率的材料，如铁、镍钢、坡莫合金等，这些高磁导率的材料具有很低的磁阻，这样，磁力线将“封闭”在屏蔽体内，起到了磁屏蔽的作用。

对于低频交变磁场，磁屏蔽的原理同静磁屏蔽一样，利用高磁导材料作屏蔽体，将磁场约束在屏蔽体材料内，如图3.10-3所示。

图3.10-3 磁场屏蔽原理

3

第10章 电磁屏蔽技术

磁场的屏蔽不同于电场的屏蔽，屏蔽体接地与否不影响磁屏蔽的效果；但磁屏蔽体对电场也起一定的屏蔽作用，因此一般也接地。

对于高频磁场，磁屏蔽则依据另一种原理。高频磁场会在屏蔽壳体表面感生涡流，从而产生反磁场来抵消穿过屏蔽体的原来的磁场，同时增强屏蔽体旁边的磁场，使磁力线绕行而过，如图3.10-4(a)所示。从图可以看出，当一金属板挡住高频磁场的磁力线时，磁力线将避开金属板绕行，这就起了磁屏蔽作用。如图3.10-4(b)所示为箱体在磁场作用下产生的感生涡流效应可以等效为一带涡流的圆柱。

高频磁场主要靠屏蔽壳体上感生的涡流所产生的反磁场起排斥原磁场的作用。涡流越大，屏蔽效果越好。因此，对于高频磁场的屏蔽，应选用良导体材料，如铜、铝或铜铸银等随着频率增大，涡流亦增大，即磁屏蔽效果越好。但当涡流产生的反磁场足以完全排斥于扰磁场时，涡流也不再增大，保持一个常值。此外，由于趋肤效应，涡流只在材料的表面产生。因此，对于高频磁场，只要很薄的金属材料就足以屏蔽。

(a) 平板 (b) 箱体及其等效

图3.10-4 金属对高频磁场的排斥作用

2.3 电磁场屏蔽的基本原理

对于电磁场，电场分量和磁场分量总是同时存在，只是当频率较低、而且在离骚扰源不远的地方（即近场条件），随着不同特性的骚扰源，其电场分量和磁场分量有很大差别。对于高电压、小电流的干扰源，近场以电场为主，其磁场分量可以忽略；而对于低电压、大电流的干扰源，近场以磁场为主，其电场分量可以忽略。因此，对上述这两种特殊情况，我们可以分别按电场屏蔽和磁场屏蔽来考虑。当频率较高，或在离干扰源较远的地方(即远场条件)不论干扰源本身特性如何，均可看作平面波电磁场，此时电场和磁场都不可忽略，因此就需要将电场与磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。

高频电磁屏蔽的原理主要依据电磁波到达金属屏蔽体时产生的反射及吸收作用。相差愈大，由反射引起的损耗也愈大；而反射和频率有关，频率愈低，反射愈严重。

当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，要发生两次反射。因此，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗的总和。

对于电场波而言，第一个界面的反射损耗较大，第二个界面的反射损耗较小。对于磁场波而言，情况正好相反，第一个界面的反射损耗较小，第二个界面的反射损耗较大。

电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损失，损失的这部分能量称为屏蔽材料的吸收损耗。电磁波在穿透屏蔽体时的能量吸收损耗主要是由于涡

4

第10章 电磁屏蔽技术

流引起的。涡流一方面产生反磁场来抵消原干扰磁场，同时产生热损耗，因此，频率越高，屏蔽体越厚，涡流损耗也越大。

电磁波在屏蔽体的第二个界面(穿出屏蔽体的界面)发生反射后，会再次传输到第一个界面，在第一个界面发射再次反射，而再次到达第二个界面，在这个界面会有一部分能量穿透界面，泄漏到空间。这部分是额外泄漏的，应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子。

如果辐射源在屏蔽机箱的外部(例如，屏蔽是为了机箱内的电路免受外界干扰的影响)，则反射损耗和吸收损耗都对屏蔽效能有贡献。如果辐射源在屏蔽机箱内部(例如，屏蔽是为了抑制机箱内的电路辐射)，则主要是吸收损耗对屏蔽效能有贡献，因为反射的能量总是在机箱内。

在近场区内，特定电场波的波阻抗随距离而变化。如果是电场波，随着距离的增加，波阻抗降低，如果是磁场波，随着距离的增加，波阻抗升高。在远场区，波阻抗保持不变。 近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时要注意。例如，在考虑机箱的屏蔽时，机箱相对线路板上的高速时钟信号而言，可能处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能处于近场区。在近场区设计屏蔽时，要分别考虑电场屏蔽和磁场屏蔽。

3 完整屏蔽体屏蔽效能的计算

3.1 屏蔽效能

屏蔽效能有时也称为屏蔽损耗(衰减)，特别在单独考虑吸收或反射屏蔽效能时常用吸收损耗A和反射损耗R来表示。屏蔽效能SE或屏蔽损耗愈大，表示屏蔽效果愈好。屏蔽效能SE与传输系数T的关系为

SE20lg1T (dB) (3.10-6)

由于屏蔽效能是由吸收损耗和反射损耗及多次反射损耗三部分组成，故传输系数为：

TT吸收T反射T多次反射 (dB) (3.10-7)

T吸收、T反射和T多次反射分别代表由于屏蔽体的吸收、反射和多次反射引起的传输系数，故：

SE20lg1T吸收20lg1T反射20lg1T多次反射 (dB) (3.10-8)

或

SEARB (dB) (3.10-9)

式中SE为总的屏蔽效能； A为吸收损耗；R为反射损耗；B为多次反射损耗，单位都为dB。

下面我们将分别对A、R及B加以分析讨论。在具体讨论的前，我们先将电磁场在屏蔽体表面及屏蔽体内的吸收及反射的详细过程以图3.10-5来表示。图中Pam为电磁场从空气介质至金属面的反射系数，Pma为电磁场从金属屏蔽体至空气介质面的反射系数，为传播常数，＝＋j，其中为衰减常数，为相常数。金属屏蔽体的平面垂直于纸面,电磁波从左

5

第10章 电磁屏蔽技术

边向右边传播,到达屏蔽体A面时一部分反射回空气介质，另一部分穿透进入金属屏蔽体，然后在屏蔽体内继续衰减传播,当到达屏蔽体B面时，同样有一部分反射回金属屏蔽体内，一部分穿透界面进入空气介质。穿透出金属屏蔽体B面的电磁波为透射波，透射波与入射波的场强比即为传输系数。反射回金属屏蔽体的反射波到达A面时又将产生反射及透射。这样，在屏蔽体内部将发生多次来回反射的过程。

A面入射波E0=1反射波RA1=Pam折射波TA1=1-PamB面入射波TA1et反射波TB1(1Pam)ePmat折射波TB1(1Pam)et(1Pma)(1Pam)e2tPma(1Pma)入射波(1Pam)e2tPma(1Pam)e2tPma2(1Pam)e3tPma(1Pam)e3tPma32(1Pam)e3tPma(1Pma)2

图3.10-5 电磁波在屏蔽体表面及体内的吸收及反射过程

3.2 吸收损耗A

屏蔽体中电磁能损耗系由感生的涡流产生。由于高频涡流有趋肤效应，电磁场在金属屏蔽体中将以衰减常数按指数规律衰减。衰减常数即为涡流系数：

为趋肤深度。当电磁波在介质中传播时，无论电场还是磁场，它们的幅度都是按照指数规

f1 (3.10-10)

律衰减：

E1E0et/t/，H1H0e

电磁波在介质中传播，衰减为原始强度的1/e或37%时所传播的距离称为该材料的趋肤深度。

趋肤深度的计算公式为：

(rr 0.066f/1/2 )mm (3.10-11)

f的单位为MHz。常用金属的趋肤深度如表3.10-2所示，单位为毫米。

表3.10-2 常用金属的趋肤深度（mm）

频率 (Hz) 铜 铝 钢 100 6.6 8.38 0.66 1k 2.08 2.67 0.20 10k 0.68 0.89 0.76 1M 0.08 0.08 0.008 10M 0.02 0.025 0.0025

若屏蔽体的厚度为t，则吸收传输系数为：

金属 0.48 0.08 6

第10章 电磁屏蔽技术

T吸收etetet/ (3.10-12)

若以dB为单位，则吸收损耗为

A20lg1T吸收20tlge8.686t (dB) (3.10-13)

而趋肤深度表达式为：

1/f (3.10-14)

代入式(3.10-13)，则A可表示为：

A8.686ft1.31tcmfrr1314.3tcmfMHzrr ( d B )

(3.10-15)

式中；tcm为金属屏蔽体的厚度，以cm为单位；fMHz为电磁波频率，以MHz为单位；r为相对于铜的磁导率；＝rc，c为铜的磁导率，c =410-7H/m；r为相对于铜的电导率；

=rc，c为铜的电导率，c=5.8107V/m。

从式(3.10-13)可以看出，吸收损耗A与t/ 成正比关系，即屏蔽体的厚度越大，吸收损耗A越大。对于高频情况，一般t/ >10，则A可以达到80dB以上。厚度每增加一个趋肤深度，吸收损耗增加约9dB，另外吸收损耗随屏蔽材料的磁导率和电导率、或被屏蔽电磁波的频率增加而增加。根据式(3.10-14)，趋肤深度与频率、材料的磁导率及电导率的平方根均成反比，即在同样的电磁场频率条件下，对于及愈大的材料，趋肤深度 愈小，而对于同样的材料，频率越高，趋肤深度越小。

当f=1MHz时，铜的趋肤深度为0.067mm，则厚度为t=0.067mm的屏蔽体的吸收屏蔽损耗A达87dB。因此，对于高频，要达到一定频蔽效果所需的屏蔽体厚度很小，一般只要能满足工艺结构和机械性能的厚度都能满足屏蔽的要求。

表3.10-3列出了几种常用金属屏蔽材料的相对电导率和相对磁导率。根据A的要求，从式(3.10-15)就可以求得屏蔽体材料需要的最小厚度。

图3.10-6所示为厚度为1mm的不同屏蔽材料，包括不锈钢（r＝500，r＝0.02）、铝（r＝1，r＝0.61）、铜（r＝1，r＝1）、铁（r＝500，r＝0.17）、白铁皮（r＝1，r＝0.15）、坡莫合金（r＝10000，r＝0.04）的吸收损耗A随频率f变化的关系。

410吸收损耗A (dB)1010103211010k0坡莫合金铁不锈钢铜铝白铁皮100k1M10M100M 频率 (Hz)图3.10-6 常见屏蔽材料的吸收损耗与频率的关系

7

第10章 电磁屏蔽技术

材料 银 铜 金 铝 锌 黄铜 镉 镍

r 1.05 1 0.7 0.61 0.29 0.26 0.23 0.20 表3.10-3 常用金属材料对铜的相对电导率r和相对磁导率r r 材料 r r 材料 r 1 0.18 1 0.17 磷青铜 铁 1 0.15 1 0.17 白铁皮 冷轧钢 1 0.15 1 0.02 锡 不锈钢 1 0.12 1 0.029 钽 4％硅钢 1 0.10 1 0.038 铍 热轧硅钢 1 0.08 1 0.06 铅 高磁导率硅钢 0.04 1 0.04 钼 坡莫合金 钛 0.036 铁镍钼超导 磁合金 0.023 r 50～1000 180 500 500 1500 80000 8000～12000 105 3.3 反射损耗R

电磁波从空气传播到达金属屏蔽体表面时会产生反射，反射损耗是金属屏蔽体对高频电波的另一个重要屏蔽机理。产生反射的原因是因为电磁波在空气介质中和在金属导体中的阻抗不一样。这种反射过程可用传输线相似的方法来分析。

若空气介质的波阻抗以Zw表示，金属屏蔽体的波阻抗以Zm表示。当骚扰场强为V0，在空气波阻抗Zw上的电压为：

V1ZwZwZmV0 (3.10-16)

当入射波到达金属界面时，在金属界面上建立的电压为：

V2ZmZwZmV0 (3.10-17)

界面处的电压突降，由于加在传输线特征阻抗上的传输波到达终端时因阻抗不匹配而产生反射波，如图3.10-7所示，那么反射波V3＝V1－V2，则：

V3ZmZwZmZwV0 (3.10-18)

若定义从空气至金属的反射系数Pam为反射波场强与干扰源场强的比：

Pam又定义波阻抗比为

qZwZmV3V0ZmZWZmZW (3.10-19)

(3.10-20)

则

Pma1q1q (3.10-21)

8

第10章 电磁屏蔽技术

同理，可以得到从金属至空气介质表面的反射系数为： Pmaq11q (3.10-22)

电磁波通过屏蔽体，如不考虑屏蔽体内部的衰减，则由反射引起的传输系数为：

T反射(1Pam)(1Pma) (3.10-23)

或反射损耗为：

R20lg1T反射20lg(1Pam)(1Pma)11 (dB) (3.10-24)

将式(3.10-21)及式(3.10-22)代入式(3.10-24)，可得；

R20lg(1q)4q2 (dB) (3.10-25)

因q>>1，则

R20lgq420lgZw4Zm(dB) (3.10-26)

图3.10-7 电磁波在空气－金属界面反射的原理

可以看出，反射损耗与电磁波的波阻抗Zw和屏蔽材料的特征阻抗Zi有关。从式中可以看出，对于特定的屏蔽材料，被屏蔽的电磁波的波阻抗越高，则反射损耗越大；对于确定的电磁波，屏蔽材料的阻抗越低，则反射损耗越大。 所有的均匀介质的特征阻抗均可表示为： Zijj (3.10-27)

式中＝2f，f为入射电磁波的频率，Hz；为介电常数。对于金属，j，则

ZmZ13.69*107frr (3.10-28)

9

第10章 电磁屏蔽技术

对于空气，j。 在远区平面波情况下， ZwZ000377 (3.10-29)

电磁波在空气中的波阻抗一般可表示为

ZwKZ0 (3.10-30) 在远场，电磁场为平面波，与源的性质无关：

K=1 (3.10-31)

在近场，如果为高阻抗源或电场，则（参考文献）答：参考电偶极子的近场波阻抗

K2r4.7810rf7 (3.10-32)

在近场，如果为低阻抗源或磁场，则，参考磁偶极子的近场波阻抗，见英文电磁兼容导论一书

4.7810式中r为源至屏蔽体的距离，m。将式(3.10-28)及式(3.10-30)～式(3.10-33)代入式(3.10-26)，整理可得：

2rrf7 K (3.10-33)

对于远场的平面波，反射损耗为

R16810lg(rrf)20lg3774Zm (dB) (3.10-34)

对于近场的电场或高阻抗场，反射损耗为

R321.710lg(rrfr32)20lg4500rfZm (dB) (3.10-35)

对于近场的磁场或低阻抗场，反射损耗为

R14.410lg(rfrr2)20lg2rfZm (dB) (3.10-36)

在近场的电场波和磁场波的波阻抗是不同的，因此做近场屏蔽时，要分别考虑电场波和磁场波的情况。由于电场波的波阻抗较高，因此反射损耗较大。磁场波的波阻抗较低，反射

损耗较小。对于电场波，屏蔽体距离辐射源越近，反射损耗越大。对于磁场波，屏蔽体距离辐射源越远，反射损耗越大。

反射损耗最大的特点是与电磁波的波阻抗有关。对于特定的屏蔽材料，波阻抗越高，反射损耗越大。对于铜屏蔽材料(其它材料的趋势也大致相同)，根据电场源和磁场源的波阻抗变化规律，可以绘出图3.10-8。

根据式(3.10-34)、式(3.10-35)、式(3.10-36)可以分析得到远场和近场(电场或磁场)的金属反射损耗R的特点：

(l) 无论近场或远场，不同材料的R均相差一常数10lg(r/r) dB。由于铜的r＝1，r＝1，而铁的r＝0.17，r＝1000，则此常数为37.7dB。所以铁比铜的反射损耗均大37.7dB。

(2) 对于同一种材料，同一频率条件下，不同性质的电磁波所引起的反射损耗不一样。一般说来，近场(电场)的反射损耗R最大，平面波的次的，而近场(磁场)的反射损耗最小。

10

第10章 电磁屏蔽技术

(3) 平面波和电场的反射损耗均随电场的频率增高而下降，平面波的R的下降斜率为－10dB/10倍频程；而电场的R下降斜率为－30dB/10倍频程；但磁场的R则随频率增高而增大，斜率为 10dB/10倍频程。

(4) 平面波的反射损耗R与源的距离无关，但近场电场的R以20lgr的速率下降，磁场的R以20lgr的速率增加。

(5) 对于与源的距离r＝1m的情况，根据/（2r）=1，可知当f＝47.7 MHz时，电磁场即可视为平面波。

图3.10-8 与骚扰源的距离对铜屏蔽材料的反射损耗的影响

根据式(3.10-34)、式(3.10-35)、式(3.10-36)可以分析得到各种因素对反射损耗的影响：

(1) 电磁波类型的影响：电场波的波阻抗较高，因此具有较大的反射损耗。而磁场波的反射损耗较小。但当频率升高时，电场波和磁场波的反射损耗趋向于一致，最终汇合在平面波的反射损耗数值上。

(2) 距离的影响：距离电场源越近，则反射损耗越大。这是因为距离电场源越近，电磁波的波阻抗越高。对于磁场源，则正好相反。因此要获得尽量高的屏蔽效能，如果是电场源，则屏蔽体应尽量靠近辐射源，如果是磁场，则应尽量远离辐射源。

(3) 频率的影响：频率对反射损耗的影响是从两个方面发生，一个是频率升高时，电磁波的波阻抗发生变化，电场波的波阻抗变低，磁场波的波阻抗变高。另一个影响因素是频率升高时，屏蔽材料的阻抗发生变化(变大)。综合这两个方面的影响，就得出图示的反射损耗特性。对于平面波，由于波阻抗一定(377)，因此随着频率升高，反射损耗降低。 必须注意的是，屏蔽材料的反射损耗并不是将电磁能量消耗掉，而是将其反射到空间，传播到其他地方。因此反射损耗很大并不一定是好事情，反射的电磁波可能对其它电路造成影响。特别是当辐射源在屏蔽机箱内时，反射波在机箱内可能会由于机箱的谐振得到加强，对电路造成干扰。

11

第10章 电磁屏蔽技术

3.4 多次反射损耗 B

电磁波每当入射到不同介质的界面时，都会发生反射。因此当入射波到达金属屏蔽体时，除了一部分能量被屏蔽体吸收并一次反射后穿透出屏蔽体外，在屏蔽体内的两个表面上还会产生多次反射。电磁波每一次反射都会有一部分能量穿透出屏蔽体，这就造成了额外的泄漏。因此，为了在屏蔽效能计算公式中体现这一点，在考虑屏蔽效能时除了吸收损耗A及反射损耗R外，还有多次反射修正因子—多次反射系数B。 电磁波穿透屏蔽体总的传输系数T为：

TTB1TB2TB3.........

(1Pam)(1Pma)e (1Pam)(1Pma)e (1Pam)(1Pma)eT吸T反射T多次反射t(1Pam)(1Pma)Pmae(1Pmae(1Pmae222t23t..... .)tPmae)144t .)......t2t

(3.10-37)

T吸收e式中

t (3.10-38)

T反射(1Pam)(1Pma) (3.10-39) T多次反射(1Pmae22t)1 (3.10-40)

从式(3.10-37)及式(3.10-40)可以看出，除了吸收损耗A及反射损耗R外，还有一项多次反射项，若以dB表示，并考虑Pma1T多次反射q1q11，则多次反射项B为

B20lg20lg(1e2t)20lg1(e2t/)

20lg(1e2A/8.68)20lg(1100.1A) (dB) (3.10-41)

式中t为屏蔽体厚度；A为吸收损耗。

从式(3.10-41)可以看出，对于高频，t/很大或吸收损耗 A很大，多次反射项B0，可以不必考虑；但对于低频，则t/很小或A很小，此时多次反射项B就必须考虑。多次反射损耗为负，表明其减小屏蔽效能。对于电场波，由于大部分能量在金属与空气的第一个界面反射，进入金属的能量已经很小，造成多次反射泄漏时，电磁波在屏蔽材料内已经传输了三个厚度的距离，其幅度往往已经小可以忽略的程度。对于磁场波，在第一个界面上，进入屏蔽材料的磁场强度是入射磁场强度的2倍，因此多次反射造成的影响是必须考虑的。当屏蔽材料的厚度较厚时（厚度与趋肤深度相当时），形成多次反射泄漏的电磁波在屏蔽材料内传输三个厚度的距离，衰减已经相当大，多次反射泄漏也可以忽略。

12

第10章 电磁屏蔽技术

3.5 材料的屏蔽效能

屏蔽效能越大，则总的屏蔽损耗也越大，屏蔽效果就越好。总的屏蔽损耗包括吸收、反射及多次反射三部分，上面已分别加以讨论。一般情况上，多次反射较小，因此计算总屏蔽效能时只要考虑吸收损耗及反射损耗即可。只有当频率极低，即t/<<1时才需要考虑多次反射项。

屏蔽效能可按式(3.10-8)或式(3.10-9)来求，其完整的表达式根据式(3.10-37)、式(3.10-13)、式(3.10-26)可得 SE20loget/q4(1e2t) (dB) (3.10-42) 2t式(3.10-42)中e t/代表吸收损耗项，q/4代表反射损耗项，e代表多次反射项。除了极低

频率，t＞＞1，多次反射项可不考虑外，从式(3.10-42)可以看出，吸收损耗将随频率增高而增大，反射损耗对于电场将随频率增高而急剧下降，但对于磁场亦随频率增高而增大。

如图3.10-9所示，对于低频，由于趋肤深度很大，吸收损耗很小，屏蔽效能主要决于反射损耗。而反射损耗与电磁波的波阻抗关系很大，因此，低频时不同的电磁波的屏蔽效能相差很大。电场波的屏蔽效能远高于磁场波。对于高频，随着频率升高，电场波的反射损耗降低，磁场波的反射损耗增加，另一方面由于趋肤深度减小，吸收损耗增加，当频率高到一定程度时，吸收损耗已经很大，屏蔽效能主要由吸收损耗决定。由于屏蔽的吸收损耗与电磁波的种类(波阻抗)无关，在高频时，不同种类的电磁波的屏蔽效能几乎相同。

图3.10-9 0.5mm铝板的屏蔽效能随频率的变化

从图3.10-9可以看出，屏蔽的难度按电场波、平面波、磁场波的顺序依次增加。电场波是最容易屏蔽的，而磁场波是最难屏蔽的。特别是频率较低的磁场波，很难屏蔽。了解这一点很重要，因为在选购屏蔽材料时，要参考厂家提供的屏蔽数据，一定要搞清楚数据是在什么条件下获得的。导电薄膜、导电涂覆层等对磁场往往屏蔽效能很低，厂家给出的屏蔽数据一般是电场波或平面波的。

可以看出，对于磁场，SE随频率增高单调增大，但对于电场，SE随频率增高，开始时

13

第10章 电磁屏蔽技术

下降(反射项起主要作用)，然后回升(吸收项起主要作用)。

3.6 低频磁场的屏蔽效能

低频时平面波条件已不能满足。对低频电场的屏蔽很容易，困难的是对低频磁场的屏蔽。因此要采用高磁导率的强磁体作为低频磁场屏蔽体，此时主要靠吸收损耗起屏蔽作用，强磁体的屏蔽效能比抗磁体的好。当频率较高时，一般满足平面波条件，此时，反射损耗起主要作用，抗磁体的屏蔽性能比强磁体的好。而当频率更高时，吸收损耗又起主要作用，此时强磁体的屏蔽效能又比抗磁体的屏蔽效能高。

高导电材料高导电材料高导磁材料

图3.10-10 低频磁场屏蔽

低频磁场是最难屏蔽之一种电磁波，这是由于其自身特性所决定的，首先，“低频”意味着趋肤深度很深，这决定了吸收损耗很小；“磁场”意味着电波的波阻抗很低，这决定了反射损耗也很小。由于屏蔽材料的屏蔽效能是由吸收损耗和反射损耗两部分构成的，当这两部分都很小时，总的屏蔽效能也很低。另外，对于磁场，多次反射造成的泄漏也是不能忽略的。

为了改善低频磁场的屏蔽效能，可以使用导磁率较高的材料，以增加吸收损耗。但是导磁率高的材料通常导电性不是很好，这会降低反射损耗。对于磁场而言，反射损耗已经很小，主要是靠吸收损耗，吸收损耗的增加往往比反射损耗的减小幅度大，因此还是能够改善屏蔽效能的。但需要注意的是，对于电场，由于反射损耗是主要的，当将屏蔽材料换成导磁率高的材料时，损失的反射损耗要大于获得的吸收损耗，使屏蔽效能降低。

然而，在很多EMC问题中，电场和磁场是同时存在的，为了能同时对电场和磁场进行有效的屏蔽，希望既能增加吸收损耗，又不损失反射损耗。可以在高导磁率材料的表面增加一层高导电率材料，增加电场波在屏蔽材料与空气界面上的反射损耗，如图3.10-10所示。 对于频率极低(如直流或50Hz)的磁场，用高导磁率材料做屏蔽时，除了吸收损耗以外，其磁旁路作用也是十分重要的。如图3.10-11所示，高导磁率材料构成的屏蔽体为磁场提供了一条低磁阻的通路，使磁场绕过敏感器件。

高导磁率材料对磁场的旁路作用可以用磁路模型来等效，如图3.10-15所示，图中Rs

和R0分别代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽体中空气的磁阻，H0为屏蔽体外部的磁场强度，H1为屏蔽体中心处的磁场强度。从等值磁路计算得到

H1H0RsRsR0 (3.10-43)

根据屏蔽效能的定义：

14

第10章 电磁屏蔽技术

SEH0H1RsR0Rs1R0Rs (3.10-44)

磁阻的计算公式为

RSA (3.10-45)

式中S为屏蔽体中磁路的长度，A为屏蔽体中穿过磁力线的截面面积。屏蔽体的磁阻越小，屏蔽效能越高。为了减小屏蔽体的磁阻，可增加磁路的截面积和使用导磁率尽量高的材料，另外应该使屏蔽体尽量小，这样可以使磁路尽量短，从而达到减小磁阻的目的。

H0H1R0RsRsH0

图3.10-11 高导磁率材料的磁旁路作用及等值磁路图

对低频磁场的屏蔽是最困难的，因为此时吸收损耗和反射损耗都非常小。由此可知，除了选用高磁导率材料外，还得增大屏蔽体的厚度。当然，若厚度太大，既笨重又不经济，则应采用多层屏蔽结构，这一问题将在下面讨论。

有时为了既考虑低频磁场又要照顾高频电磁场的屏蔽，同时为了使磁导率和电导率都提高，以增加吸收损耗，也可以在一种金属屏蔽体如铁上再镀一层其它金属如铜、银等材料。

R0H14 不完整或非实壁屏蔽的影响

上面我们讨论了完整金属屏蔽体的屏蔽作用，但在实际情况中往往遇到不完整的屏蔽，如屏蔽体(或屏蔽盒)存在缝隙、电缆孔、通风孔、开关及仪表等（如图3.10-12所示）。这样，电磁波会通过这些缝隙进入孔洞泄漏进去，因而破坏了屏蔽的完整性， 降低总的屏蔽效能。在进行电磁屏蔽设计时，要妥善解决这些开口、和贯通导体造成的屏蔽性能下降问题。 当电磁波入射到一个缝隙孔洞时，其作用相当于一个偶极天线，当缝隙的长度达到λ/2时(与缝隙的宽度无关)，其辐射效率最高。也就是说，它可以将激励缝隙的全部能量辐射出去。

15

第10章 电磁屏蔽技术

图3.10-12 仪器外壳上的电磁泄漏源

4.1 缝隙(孔隙)的影响

当屏蔽体有缝隙时，通常磁场泄漏的影响要比电场泄漏影响大。在大多数情况下，主要考虑磁场泄漏，所得的结论及防护方法也可以适用于电场泄漏。

如图3.10-13所示，在金属屏蔽体中有一无限长的缝隙，其间距为g，则通过屏蔽体缝隙泄漏的磁场为

HpH0et/g (3.10-46)

式中t为屏蔽体的厚度，cm；g为缝隙间距，cm；H0和Hp分别为屏蔽体前后侧的磁场强度。

图3.10-13 屏蔽体中缝隙对磁场泄漏的示意图

从式(3.10-46)可以看出，当缝隙窄而深时，电磁泄漏都很小；当缝隙宽而浅时，电磁泄漏就严重。因此为了减小缝隙的电磁泄漏，应尽量减小缝隙之间距。

电磁场通过缝隙的衰减量Sg为

Sg20lgH0Hg20tglge27.27tg (dB) (3.10-47)

因此，当屏蔽体的缝隙宽度与屏蔽体的厚度相等时，衰减量Sg约为27dB。

再看无缝的屏蔽体的吸收衰减情况：

HgH0et/ (3.10-48)

16

第10章 电磁屏蔽技术

比较式(2.46)与式(3.10-48)可知，如果有缝隙时电磁场泄漏与无缝隙时电磁场经屏蔽体吸收衰减后的穿透值相等时，则有

g (3.10-49)

即缝隙宽度应为趋肤深度的3倍左右。因此，缝隙宽度大于3倍趋肤深度时，缝隙的泄漏应予考虑。

频率为1MHz时Cu的趋肤深度0.067mm，因此当缝隙的宽度g＞0.2mm时，则应考虑电磁场通过缝隙的泄漏。电磁场的频率越高，趋肤深度越小；或缝隙越大，缝隙的泄漏影响就越大。

对于一个厚度为0的材料上的缝隙，缝隙的长度为L，mm，宽度为W，mm，入射电磁波的频率为f，MHz，则缝隙的屏蔽效能为

SE10020lgLf12.3lg(L/W) (3.10-50)

如果L/2，则SE=0。这个公式是远场区中最坏情况下(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大一些。

例：机箱上有一个6020mm显示窗，面板与机箱之间的缝隙3000.3mm，计算远场的屏蔽效能。

显示窗的屏蔽效能为：

SE显示窗口 = 100-201g60-201gf+201g(1+2.31g(60/20)) =64-201gf+6 =70-201gf 在f=2500MHz时(L=λ/2)，SE显示窗口=0dB。

缝隙的屏蔽效能为：

SE缝隙=100-201g300-201gf+201g(1+2.31g(300/0.3)) =50 - 201gf+18 =68 - 201gf 在f=500MHz时(L=λ/2)，SE缝隙=0dB。

在近场区，缝隙的泄漏还与辐射源的特性有关。当辐射源是电场源时，缝隙的泄漏比远场时小(屏蔽效能高)，而当辐射源是磁场源时，缝隙的泄漏比远场时要大(屏蔽效能低)。 如果Zc>7.99/(rf)：

SE4820lgZc[12.3lg(L/H)]Lf (3.10-51)

如果Zc<7.99/(rf)：

SE20lgr[12.3lg(L/H)]L (3.10-52)

在式(3.10-52)中，屏蔽效能与电磁波的频率没有关系。大多数情况下，电路满足式(3.10-46b)的条件，这时的屏蔽效能大于Zc<7.99/(rf)条件下的屏蔽效能。Zc<7.99/(rf)时，假设辐射源是纯磁场源，可以认为是一种在最坏条件下对屏蔽效能的保守计算。对于磁场源，屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关，距离越近，则泄漏越大。这点在设计时一定要注意，磁场辐射源一定要尽量远离孔洞。

17

第10章 电磁屏蔽技术

4.2 孔洞的影响（参考文献？）

若屏蔽体上有圆形、正方形或矩形的孔洞，则电磁波将通过这些孔洞泄漏。先考虑如图3.10-14所示的圆形或正方形孔洞，孔洞的面积为S，而屏蔽体的面积为A，当A>>S且孔洞的尺寸比波长小得多时，则电磁场通过孔洞的传输系数为

THpH04(SA)3/2 (3.10-53)

式中H0、Hp分别为屏蔽体孔洞前后侧的磁场。

图3.10-14 金属屏蔽导体上的圆形(正方形)孔洞

若屏蔽体上有几个孔洞，则传输系数为 （难道与孔之间的相对位置没关系？）

Tnh4n(SA)3/2 (3.10-54)

此式当r0<<1时，可获得相当准确的结果，其中在是波传播的相位常数，r0为源点至孔面的距离。

例：若在一块 40cm20cm的金属导体屏蔽板上有直径为 1.5cm的通风圆孔 32个，试求此通风板对电磁场的传输系数。

孔洞的面积SSA3d421.77cm，屏蔽板的面积A＝800cm，单个孔洞的传输系

22

数Th4()24.110442。而总传输系数为Tnh324.1101.310，则

Hnh0.013H0。

对于矩形孔洞，若矩形短边为a，长边为b，如图3.10-15所示，当长边横过电流通路时则将破坏电流分布，其影响要比圆孔或正方形孔的严重，也就是说矩形孔洞要比圆形或正方形孔的传输系数大。

若矩形孔洞的面积为S，与矩形孔洞泄漏相等效的圆面积为S，则

SKS (3.10-55)

式中

K3'ba (3.10-56)

2 18

第10章 电磁屏蔽技术

1,当b1时，即正方形ab而  (3.10-57) ,当b/a1,即狭长矩形。0.632alna根据(3.10-54)式，可将ξ与b/a的关系作图3.10-16。

ab

图3.10-15 矩形孔洞

图3.10-16 与b/a的的关系

例：若在同上面一样大小的 40cm20cm的金属导体屏蔽板上安排4.2cm0.42cm的矩

形通风孔32个，试求此通风板对电磁场的传输系数，并与上例圆孔情况作比较。

孔洞的面积S=ab＝1.76cm2，屏蔽板的面积 A＝800cm2，矩形孔的b/a=10。从式(3.10-54)

2

可知ξ=2.7，根据式(3.10-53)知K＝4.2，则等效圆面积S=KS＝7.39cm，因此单个孔洞的传输系统

Th4(KSA')323.5103 (3.10-58)

对于有n个矩形孔洞的传输系数为

Tnh4n(KSA')32 (3.10-59)

在这二例中矩形孔的面积S与圆形孔的面积S大致相等，但矩形孔对电磁场的传输系数要为圆形孔的8.6倍。此矩形孔通风板的总传输系数为

Tnh323.51031.12101 (3.10-60)

Tnh0.112H (3.10-61)

这样，在有孔洞的金属导体屏蔽板的后侧的总传输系数TT应为金属导体板本身的穿透

19

第10章 电磁屏蔽技术

传输系数Ts与孔洞的传输系数之和，即

TTTsTnh (3.10-62)

式中Ts由式(3.10-47)求出，Tnh由式(3.10-48)或式(3.10-56)求出。因此屏蔽效能为

SE20lg1TsTnh (3.10-63)

当n个尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近时，造成的屏蔽效能下降为20lgn。

在不同面上的孔洞不会增加泄漏，因为其辐射方向不同，这个特点可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强。

4.3 波导结构孔洞的影响

金属管对于电磁波，具有高频容易通过、低频衰减较大的特性。这与电路中的高通滤波器十分相象。与滤波器类似，波导管的频率特性也可以用截止频率来描述。如果选择适当的开口尺寸，使波导管相对于所感兴趣的频率处于截止区，这个导管就称为截止波导管。当电磁波的频率高于截止频率fc时，电磁波可以自由通过，而电磁波的频率低于截止频率fc时，波导管具有衰减作用。截止波导管对低于截止频率以下的电磁波衰减很大。利用这个特性就可以实现电磁屏蔽和保持物理连通的双重作用。

典型的波导管有圆形波导管和矩形波导管两种形式，六角形波导管界于二者之间，如图3.10-17所示。由于截止波导管的吸收损耗，当电磁波穿过截止波导管时，会发生衰减，这种衰减称为截止波导管的吸收损耗。截止波导管的屏蔽效能由吸收损耗部分加上前面所讨论的孔洞的屏蔽效能(反射损耗)两部分构成。

dlblwl

(a) 圆波导管 (b)矩形波导管 (c) 六角形波导管

图3.10-17 典型的波导管结构

圆波导管的截止频率fc及截止波长c为：

fc17.5d(GHz) (3.10-64)

c1.71d(cm) (3.10-65)

式中d为圆波导管的内直径。

矩形波导管的截止频率fc及波长c为：

20

第10章 电磁屏蔽技术

fc15b(GHz) (3.10-66)

c2b(cm) (3.10-67)

式中b为矩形波导管的长边。

六角形波导管的截止频率为：

fc15w(GHz) (3.10-68)

对于低于截止频率的电磁波从波导管一端传至长度为l的另一端时将衰减，其衰减损耗：

f9 (dB) (3.10-69) A1.82310lfc1fc2若ffc，则式(3.10-69)简化为

A1.823109fcl (dB) (3.10-70)

将式(3.10-64)、式(3.10-66)及式(3.10-68)代入式(3.10-70)，可分别得到： 圆形波导管；

A32ld (dB) (3.10-71)

矩形波导管：

A27.3lb (dB) (3.10-72)

六角形波导管：

A32lw (dB) (3.10-73)

长度与直径相等的圆形波导管具有32dB的衰减，当干扰的频率远低于波导管的截止频率时，若波导管的长度增加一个截面最大尺寸，则损耗增加将近30分贝。当圆形波导管的长度为直径的3倍时，其衰减可达96dB；同理当矩形波导管的长度为长边的3倍时，其衰减可达81dB，因此波导管具有很好的抑制电磁波的性能。一般要求l/d4、或l/b4、或l/w4。 若屏蔽板上的孔洞直径小于屏蔽板厚度时，这些孔洞可以看作是波导，其长度即为屏蔽板的厚度。在电子仪器面板上波导管结构可以作旋钮的电磁波抑制用，在通风板上常用蜂窝结构波导管。

4.4 金属网的影响

金属网是常用的非实壁型屏蔽体，它广泛用于需要自然通风或可向内窥视的屏蔽室，或用于对照明孔、仪表安装孔、加水孔的屏蔽以及对电缆连接头的附加屏蔽等。金属屏蔽网的材料通常为铜、铝或镀锌铁丝，而结构有两举：一是将每个网孔金属丝的交叉点均焊牢；另一是将编织的细金属网丝夹于二块玻璃或有机玻璃板之间。

每个金属网的网眼均可看作是小波导管，电磁波的频率高于波导管的截止频率时，电磁波可自由通过。若网眼的空隙宽度为b，从式(3.10-67)可知截止波长c2b。当电磁波

21

第10章 电磁屏蔽技术

的频率低于截止频率时，金属网可起屏蔽作用；但屏蔽效能SE主要由反射损耗贡献，吸收损耗较小，多次反射及其它修正项均很小，一般可不考虑。对于平面波，金属屏蔽网的屏蔽效能可以用下式近似估计：

当b时，

2 SE＝0 (3.10-74) 当

2b时，

1.5104/2SE20lg20lgbfb (dB) (3.10-75) 式中b的单位为cm，f的单位为MHz。可以看出，SE随频率20dB/10倍频率的速率下降，直至频率达截止频率fc15GHz时为0。频率越低，屏蔽效能越大，但也存在极限值。b对于铜或铝网，最大的屏蔽效能为110dB；对于镀锌钢丝网，最大的屏蔽效能为140dB。电磁波波长2r(r为源至屏蔽网的距离)时，不再满足平面波的条件，对于电场，SE较

上述平面波给出的值高；对于磁场，SE则低于平面波给出的值。

在最主要的电磁干扰的频率范围(1~100MHz)内，金属屏蔽网的屏蔽效能 SE约在60～100dB(b=1.27 mm)。玻璃夹层的金属屏蔽网也可以有较大的屏蔽效能，大约为50~90dB。金属网虽然也可以方便地作为窥视窗的屏蔽，一般也有足够的屏蔽效能，但其主要的缺点是透明度较差，不够美观，而且还可能存在不希望有的绕射光栅问题。

4.5 编织屏蔽层的影响

用金属导线编织成的屏蔽材料主要用于电缆的屏蔽层或屏蔽套管。编织屏蔽层比较柔软，易于弯曲，较密的金属网有较好的屏蔽性能。编织屏蔽材料的结构示意图如图3.10-18所示。

图3.10-18 典型的编织屏蔽层结构示意图

编织屏蔽材料的屏蔽效能很难准确计算，主要靠实际测量给出。一般来说，在低频磁场中(＜100kHz)，频率、编织的密度和编织线的磁导率越低，则屏蔽效能越低。因此对编织股每股的根数以及编织股与电缆轴线的夹角，均有一定的要求，以便有足够的屏蔽覆盖率。一

22

第10章 电磁屏蔽技术

般每股编织线数N＝5，夹角a在10~40之间。

通常单层编织材料的屏蔽效能为50~60dB，而双层编织材料的屏蔽效能大约增加30dB，即为80~90dB。

0

4.6 薄膜及导电玻璃的屏蔽影响

有时，实际工作中既需要考虑电磁屏蔽，又要求能透光，例如有些探测器探测软射线或X射线，需要在低Z材料(如泡沫塑料)或有机介质薄膜上喷镀上一层金属薄膜。这样即可以透过X射线，又能起电磁屏蔽作用。由于这层薄膜很薄，其厚度远小于(/4)( 为干扰电磁波的波长)， 则此屏蔽体称为薄膜屏蔽体。薄膜屏蔽体屏蔽与一般屏蔽体屏蔽不同之处在于它的厚度很薄，吸收损耗可以忽略不计， 主要靠反射损耗来进行屏蔽，但多次反射往往不能完全忽略。

薄膜屏蔽的屏蔽效能可用式(3.10-42)来计算，只是当频率较低时，t/<<1。现以Cu薄膜为例，将不同厚度的薄膜屏蔽效能列于表3.10-4。

由表2可以看出薄膜屏蔽体的吸收损耗非常小，较反射损耗可以忽略，而多次反射损耗修正项对于厚度很小的情况还是不能忽略。厚度为0.22mm以下的薄膜的总屏蔽效能约为 60～90 dB。

表3.10-4 不同厚度C u薄膜的屏蔽效能

0.22 mm 2.2 mm 薄膜厚度t 10.5 m 125 m 3333频率f(MHz) 1 10 1 10 1 10 1 10 吸收损耗A (dB) 0.014 0.44 0.16 5.2 0.29 9.2 2.9 92 反射损耗R (dB) 109 79 109 79 109 79 109 79 多次反射损耗B -47 -17 -26 -0.6 -21 0.6 -3.5 0 (dB) 总屏蔽效能SE 62 62 83 84 88 90 108 171 (dB) 薄膜技术还广泛用来在光学玻璃、有机玻璃的窥视窗上喷涂一层导电金属层作为电磁干扰屏蔽层。这种既透光又能导电的材料也称为导电玻璃。薄膜的厚度为m量级，其表面电阻一般以表面电阻 /方块来表示。由于电磁屏蔽主要靠反射损耗，在频率大于1MHz以上屏蔽效能将以 20dB/10倍频程降低，而在1GHz左右将降为0，如图3.10-19所示。

图3.10-19 几种导电玻璃的屏蔽效能与频率的变化关系图

23

第10章 电磁屏蔽技术

不同表面电阻的导电玻璃的透光率与表面电阻(以/方块表示)的关系如图3.10-20所示，由图可以看出，透光率为60％～80％相当于表面电阻为10～100/方块。

图3.10-20导电玻璃透光率与表面电阻的关系

导电玻璃虽然也具有电磁屏蔽作用，但屏蔽效能要比金属屏蔽网的低，二者的比较列于表3.10-5。

表3.10-5 金属网与导电玻璃窗屏蔽效能的比较 频率(MHz) 金属屏蔽网(dB) 导电玻璃(dB) 屏蔽网的优势(dB) 1 98 74~95 3~24 10 93 52~72 21~41 282 28~46 36~54 10 360 4~21 39~56 10

一般导电玻璃的表面电阻为10/方块，其屏蔽效能最接近于金属屏蔽网的；但频率愈高，二者的差别愈大，在无线电频率范围内，特别是在30 MHz以上频率时，导电玻璃的屏蔽效能要比金属网的低得多。但若从美观角度看，导电玻璃则比屏蔽网好，因此采用哪一种窥视窗，要根据屏蔽要求及实际情况而定。

5 屏蔽体整体的设计

一般屏蔽体都是封闭式的整体，包括屏蔽室、仪器的机壳、探测器的屏蔽壳体、电子部件的屏蔽盒、元器件的包装盒(壳体)等。根据不同的工作环境，对屏蔽的要求也各不相同。本节主要对设计的原则加以综述。

5.1 屏蔽体设计原则

设计一般按如下的程序进行：

(1) 确定电磁环境

包括电磁场的类型(电场、磁场或平面波)、场的强度、频率以及屏蔽体至源的距离等。在采取有效的屏蔽措施以前，首先弄清哪个是骚扰源，哪个是敏感体，它们之间通过什么方式进行耦合。一般来说，高电平电路是干扰源，低电平电路是感受器。有时干扰产生的原因往往很复杂，可能有数个干扰源通过不同的耦合途径同时作用于一个感受器。在这种情况下，

24

第10章 电磁屏蔽技术

首先要抑制较强的干扰，然后再对其他干扰采取相应的抑制措施，为了抑制干扰，一般仅需单独屏蔽干扰源或感受器，在屏蔽要求特别高的场合，干扰源和感受器都需要屏蔽。 (2) 确定屏蔽要求

确定接收机的敏感度以及对屏蔽体的屏蔽要求。根据设备和电路单元、组件工作时的电磁环境要求，提出保证设备或分系统能正常运行所必需的屏蔽效能值。对于诸如接收机、灵敏的测试仪器和控制系统等敏感设备，可根据敏感度极限值和工作环境的电磁干扰场强确定其机箱的屏蔽效能。对于各种信号源、发射机、及其他干扰场源，可根据有关标准规定的辐射发射极限值和自身的辐射场强来确定所需要的屏蔽效能。 (6) 屏蔽体的结构设计

屏蔽体的结构设计可按下列步骤进行： (a) 初步设计

根据屏蔽效能要求，并结合拟采用的屏蔽体结构型式，对构成实际屏蔽效能的诸因素分别作出假定，其中实心型屏蔽的屏蔽效能至少比要求的屏蔽效能大20dB，屏蔽体上最薄弱因素的屏蔽效能至少比要求的屏蔽效能大10dB。然后分别计算屏蔽效能，若所得的总屏蔽效能小于或远大于要求的屏蔽效能，应对诸因素的屏蔽效能重新作出假定，但起决定作用的是几个较薄弱的因素，所以只要适当调整它们的屏蔽效能，就能满足屏蔽要求。

只要能满足要求，尽量采用单层完整屏蔽结构。 (b) 选择屏蔽材料

对于电场屏蔽主要选择高电导率材料(如铜)，对于磁场屏蔽，特别是低频磁场屏蔽，主要选择铁或其它高磁导率材料，若达不到要求，在允许的条件下可采取增大厚度的办法。

对于实心型屏蔽，不论哪种材料，当频率增高到某一界限值后，其屏蔽效能将要取决于吸收损耗，这一频率界限值对于铁磁性材料(主要是薄钢板)大约是10 MHz量级，对于非磁性金属大约是1 MHz量级。在频率高达1.5 GHz，钢的吸收损耗仍大于铜、铝。所以，只要条件允许，可优先考虑采用薄钢板，以降低成本。

对于高Q值谐振回路的屏蔽盒，若采用薄钢板等铁磁性材料，将引入较大的损耗，使回路的Q值下降，这时应选用铜、黄铜镀银或铝等良导体作屏蔽材料。

为了提高薄钢板的反射损耗，可在其表面镀上锌、镉、锡或锡铅合金等。镀层还能起到表面防腐作用。

(c) 选择屏蔽体结构形式

屏蔽体的结构形式应根据屏蔽要求进行选择。通常，为了抑制150kHz以上的射频干扰，采用薄金属板做成简单的单层屏蔽就可获得40dB左右的屏蔽效能。若要使单层屏蔽的屏蔽效能达到70~80dB，就要认真地进行屏蔽结构的完整性设计。为获得更高的屏蔽效能，一般要采用双层屏蔽。如要对低频磁场和高频电磁同时进行屏蔽，就要采用铁磁性材料和导电材料的复合屏蔽结构。

(d) 确定屏蔽体壁厚

根据初步设计中假定的实心型屏蔽效能值，计算屏蔽体壁厚，一般应留有足够余量并保证有足够的机械强度和刚度。

根据电磁屏蔽的要求及电磁场的性质，适当选择材料的电导率、磁导率及厚度，估计所选择的材料及厚度是否合理。如不能满足要求则另行选择材料及其厚度或采用多层屏蔽结构。

(e) 进行屏蔽体的完整性设计

屏蔽要求较高的屏蔽体，应根据设备具体要求、材料供应情况和生产工艺条件等对屏蔽体进行完整性设计，以抑制屏蔽体上所有电气不连续处造成的电磁能量泄漏。

特别要注意屏蔽盒的盖子、屏蔽室接缝时缝隙、电缆进出口等孔洞的屏蔽问题。屏蔽体

25

第10章 电磁屏蔽技术

上各种电气不连续处的屏蔽效能是总屏蔽效能决定因素，因此在屏蔽设计时要特别注意那些电磁能量泄漏最大的因素，尽可能采取措施提高它的屏蔽效能。有些屏蔽体虽然选用最好材料并且厚度有足够的裕量，但若对屏蔽体的完整性设计重视不够，仍将不能达到预期效果。 (4) 多层屏蔽

如果单层屏蔽不能满足屏蔽要求，可以用双层以上的屏蔽，以获得更好的屏蔽效果。 多层屏蔽结构将在下面讨论。原则上是靠近源的屏蔽层应采用低磁导率，高饱和电平的材料以避免磁饱和，而第二层则采用高磁导率的材料。

当屏蔽室需要透明时，可以采用金属网屏蔽，金属网的屏蔽效能显然要比金属实壁屏蔽体的要低，一般均采用双层屏蔽网。

(5) 协调屏蔽与其他要求的矛盾

对屏蔽的要求往往与对系统(设备或电路单元)其他方面的要求有矛盾，如通风散热、易维护性、易观察性、体积、重量和成本等。不同电路的屏蔽要求也不同。这就要求设计人员权衡利弊，从获得较佳的费效比出发，寻求最佳的设计方案，以满足设备技术条件规定的各方面要求。切勿仅对设备某一方面的性能提出不切实际的要求，造成人力、物力、时间、成本上的浪费。

对于通风孔、窥视窗、探测器的开口屏蔽壳体、仪器的调节旋钮、电缆进出口接插件等开口处均应按特殊要求进行设计，这在下面将专门讨论。 (6) 检查屏蔽体的谐振

屏蔽机箱或屏蔽盒可看作是一个波导谐振腔，它们的谐振频率可按下面的分析计算。检查在屏蔽体的工作频段内有无谐振点，如有，就要根据谐振所造成的影响，采取相应措施。不过对那些仅是屏蔽外来干扰的屏蔽体，谐振的影响通常可以不计。

5.2 屏蔽材料的选择

在电磁环境确定之后，屏蔽休的设计首先是选择适当的屏蔽材料。对于屏蔽材料的选择主要是考虑材料的电导率、磁导率及厚度t，因为在一定的电磁环境下，屏蔽体的屏蔽效能主要取决于这些参数。

对于电场屏蔽，选择屏蔽材料的原则是电导率愈高愈好。由于电场的波阻抗是高值，且Zw>>Zm，则反射损耗占主要成分，屏蔽效能主要靠反射，而吸收损耗十分次要。只是在极高频率和材料厚度很大条件下才考虑吸收损耗。因此对于电场屏蔽主要只选择高电导率材料，如铜、铝、金等抗磁性材料。由于反射损耗是表面过程，与材料厚度无关，因此可不考虑材料厚度，而材料厚度只由材料的机械强度来决定。 对于平面波电磁场的屏蔽，当屏蔽体至源的距离r2时，不论源的性质(电场或磁场)

如何，均属于平面波。对于平面波的屏蔽也是要求材料的电导率高、磁导率低。因此电场屏蔽材料如铜、铝、金等完全适用于对平面波的屏蔽。

对于磁场屏蔽，磁场的反射损耗很小，吸收损耗成为主要的成分，因此对磁场主要选择高磁导率的材料。高磁导率材料中磁阻很小。高磁导率材料作屏蔽可使磁场压缩在屏蔽体内。

采用磁性材料屏蔽磁场是有利的。因为其磁导率很大，虽然电导率减小，但的乘积却提高，这样吸收损耗也增大。

必须注意的是，一般磁性材料的磁导率是指直流的磁导率；而当频率增加时，磁导率将下降，而且直流磁导率愈大的材料，随着频率的增加，其磁导率也降低愈多，如图3.10-21所示。在100kHz时，金属的磁导率还不如冷轧钢高，高导磁率材料通常应用在10kHz以

26

第10章 电磁屏蔽技术

下。超过100kHz时，冷轧钢的导磁率也开始下降。高导磁率材料的这种特性是应用中必须注意的。

图3.10-21 几种常用磁性材料的磁导率与频率的关系

从图 3.10-21可以看出，金属的直流磁导率虽高于冷轧钢13倍，但在100 kHz时反而比冷轧钢的低。

磁屏蔽材料的屏蔽效能还与外加磁场的强弱有关，典型的磁化曲线及磁导率与磁场强度H的关系如图3.10-22所示。静磁导率μ=ΔB/ΔH在场强适中的部分，磁导率最高，这时屏蔽效能最高。在场强大或小时，磁导率都较低。大场强时，磁导率降低是由于饱和，这与材料的种类和厚度有关。当场强超过饱和点时，磁导率迅速下降，这是由于磁饱和所致。一般磁导率越高的材料，越容易饱和。

(a)典型的磁化曲线 (b)典型的磁导率与磁场的关系

图3.10-22 不同磁场的磁导率与磁场强度的关系

钢的相对磁导率随频率变化的数据如表3.10-6所示。

表3.10-6 钢的相对磁导率随频率变化的数据

频率 (MHz) 相对磁导率r 频率 (MHz) 0.0001 1000 1 0.001 1000 10 0.01 1000 100 0.1 1000 1000

27

相对磁导率r 700 500 100 50 第10章 电磁屏蔽技术

要屏蔽的磁场很强时，存在一对矛盾，即为了获得较高的屏蔽性能，需要使用导磁率较高的材料，但这种材料容易饱和。如果用比较不容易饱和的材料，往往由于较低，屏蔽性能又达不到要求。采用双层屏蔽可以解决这个问题。先用导磁率较低，但不容易饱和的材料将磁场强度衰减到较低的程度，然后用高导磁率材料提供足够的屏蔽。多层屏蔽的屏蔽效能要比单层屏蔽(即使没有饱和)的屏蔽效能高，因为多了两层反射界面。

另外，对高导磁率材料进行机械加工，如焊接、折弯、打孔、剪切、敲打等，都会降低高导磁率材料的磁导率。工件受到机械冲击也会降低磁导率，从而影响屏蔽体的屏蔽效能。要恢复这些材料的磁性应进行适当的热处理，同时在屏蔽体加工及处理完之后不允许再受摔打或撞击。

5.3 多层屏蔽结构

当单层屏蔽不能满足要求或为减小屏蔽室的容积，可采取双层以上的屏蔽结构。

对于电场的屏蔽，主要靠反射损耗，因此要采用高电导率材料如 Cu、Al等。多层屏蔽的屏蔽效能为每层屏蔽效能的和，所以多层屏蔽的屏蔽效能要比单层屏蔽效能大；但一般双层金属铜网的屏蔽效能就已达到100~120dB；而实壁单层铜屏蔽层的屏蔽效能在最薄的厚度情况下也大于100dB。因此对于电屏蔽一般不需要双层实壁屏蔽结构。

图3.10-23 相对磁导率与磁通密度的关系

多层屏蔽主要用于磁场和电磁场屏蔽，因此主要选择高磁导率材料。采用多层屏蔽结构设计的原则是：

(1) 各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应隔开空气或充填介电材料，否则就失去多层

28

第10章 电磁屏蔽技术

屏蔽的作用。

(2) 各层屏蔽体材料也不应相同。对于磁屏蔽光考虑材料的磁导率还不行，还必须考虑磁饱和电平。有的材料虽然其磁导率很高，但磁饱和电平很低，因此靠近电磁场之一层应采用电导率相对低一些，但饱和电平相对高一些的材料，以避免磁饱和；而第二层屏蔽由于磁场己降低，不会产生磁饱和，则可采用高磁导率的材料。 几种高磁导率材料的相对磁导率与磁通密度的关系曲线如图3.10-23所示，可以作为设计时的参考。在保证屏蔽材料不产生磁饱和的条件下，多层屏蔽的屏蔽效能为各层屏蔽效能之和。

(3) 对于电场和磁场混和的双层屏蔽，一般把Cu材料作为外层屏蔽层，而把Fe为内屏

蔽层。

(4) 采用高磁导率材料往往有一共同的缺点，即材料在加工和成型过程中若受到冲击、摔落、甚至温度变化，材料内部的磁畴排列方向都将变化，使磁导率降低。如果要使磁畴方向恢复，就要进行高温退火处理，因此各种加工程序如打孔等都应在退火前完成，退火后就不宜让材料再受冲击，以保证材料本身的高磁导性。

(5) 每层屏蔽体都应当良好密封，以保证电接触性能良好。 (6) 磁屏蔽体要构成回路，所有孔洞、缝隙都不应切断磁力线，否则会降低屏蔽效果。

6 专门的屏蔽元件及接缝屏蔽保证技术

对于一些非永久性开口的屏蔽，为了保证接缝处的屏蔽效果，对接缝技术要仔细考虑，并采取一些专门的屏蔽元件。

6.1 屏蔽罩、盖的接缝屏蔽

屏蔽罩、盖应保证屏蔽盒是一个理想的完整的封闭屏蔽体，应有良好电接触。但实际上往往存在缝隙，当缝隙长度l/10(为干扰电磁波的波长)时将产生大量电磁泄漏，降低了屏蔽有效性。因此一般要求接缝长度尽可能小，接触尽可能良好。为此，应保证接触面尽量平整无挠曲、且更洁净无油脂、氧化物、灰尘等。此外还经常采用点焊及螺钉来减小接触长度。螺钉之间距越小，屏蔽效能越高，但螺钉之间距也不能过小，以免机械强度过小。一般间距取2.5~25cm可以保证屏蔽效能为60~100dB，如图3.10-24所示。

图3.10-24 电场屏蔽效能与螺钉间距的关系

6.2 衬垫技术

29

第10章 电磁屏蔽技术

在电磁防护中广泛采用衬垫技术来保证接缝的良好密合和电磁屏蔽的完整性。

6.2.1 电磁密封衬垫分类

任何导电的弹性材料都可以做为电磁密封衬垫用。但电磁密封衬垫必须具有较好的抗腐蚀性。各种主要的电磁密封垫的性能比较列在表3.10-7中。 名称 金属丝网衬垫 结构 有全金属丝、空心和橡胶芯等三种。常用的金属丝材料为：蒙乃尔合金、铍铜、镀锡钢丝等 有条材和板材两种，条形材又分为空心和实心两种。板材则有不同的厚度。材料为：硅橡胶中掺入铜粉、铝粉、银粉、镀铜银粉、镀铝铝粉、镀银玻璃粉等 形状繁多，材料为铍铜，但表面可做不同的涂覆 表3.10-7 电磁密封垫性能比较

性能 优点 低频时的屏过量压缩时蔽效能较高，不易损坏 高频时屏蔽效能较低，一般用在1GHz以下的场合 通常用在有同时提供电环境密封要磁密封和环求的场合。低境密封 频时的屏蔽效能较低，而高频时屏蔽效能较高。 缺点 高频屏蔽效能较低 价格 价格低 导电橡胶 较硬，有时不能刺透金属表面的氧化层，导致屏蔽效能很低 价格高 指形簧片 螺旋管衬垫 导电布衬垫 通常用在接触面滑动接触的场合。高频、低频时的屏蔽效能都较高 由铍铜或不锈钢带屏蔽效能高材卷成的螺旋管 (铍铜螺旋管在所有电磁密封衬垫中，屏蔽效能是最高的) 导电布包裹上发泡安装非常方橡胶芯构成，一般便。 高低频为矩形，带有背胶 的屏蔽效能均较高。

形变量大、屏蔽效能高、允许滑动接触 价格高 屏蔽效能高 受到过量压缩时，容易损坏 价格低 过量压缩时不易损坏、柔软、具有一定的环境密封作用 频繁摩擦会损坏导电表层 价格低 6.2.2 电磁密封衬垫主要指标

电磁密封衬垫的主要参数包括屏蔽效能、回弹力、最小密封压力、最大形变量、压缩永久形变、电化学相容性。

30

第10章 电磁屏蔽技术

电磁密封衬垫最主要的几个指标是：

1) 导电性：衬垫材料的导电性越好，电磁密封效果越好。需要注意的是，这里考虑的导电性不仅指直流电阻，而且还包括射频阻抗。例如，金属丝的直流电阻虽然很小，但是射频阻抗却很大。因此，丝网密封垫的低频屏蔽效能高，而高频屏蔽效能低。

2) 回弹力：每单位长度(或面积)衬垫上施加压缩力所产生的衬垫压缩量。回弹力较大的衬垫要求面板的刚性较好，否则会在衬垫的回弹力作用下发生形变，产生更大的缝隙。因此，设计屏蔽机箱时，要注意盖板上的紧固螺钉之间距要适当，防止盖板在衬垫的弹力作用下发生变形，产生更大的缝隙。

3) 最小密封压力：EMI衬垫必须具有足够的形变量才能提供足够的屏蔽效能。因此，必须保证衬垫上有足够的压力。压力太小，不仅屏蔽效能低，而且屏蔽效能对压力很敏感，造成机箱的屏蔽效能不稳定。压力过大会造成衬垫的损坏。使衬垫具有预期的屏蔽效能所需要的最小压力称为最小密封压力。对于实际使用中的衬垫，在最大缝隙处施加给衬垫的压力要大于最小密封压力。

4) 压缩永久形变：有些衬垫在外力消除后，并不能恢复到原来的形状，这称为压缩永久形变。如果缝隙是永久封闭的，即装好衬垫后不再打开，则压缩永久形变无关紧要；但如果缝隙是频繁打开／关闭的，则压缩永久形变的指标非常关键。

5) 衬垫的厚度：衬垫的厚度必须满足在最大缝隙处，能受到最小密封压力。

6) 电化学相容性：不同金属的接触面上由于金属电位的差别，在电解液存在的环境下，会发生电化学反应，产生的盐化物是半导体，这会降低结合处的导电性，同时会引起额外的干扰。因此衬垫的材料与屏蔽基体的材料在电化学上要有一定的相容性，否则会很快发生腐蚀。有关细节可参考后面关于搭接点电化学腐蚀的讨论。

6.2.3 射频衬垫

衬垫可以用多种方法制成，最常用的是内部含有金属丝的泡沫橡胶、或充填银粉等的导电橡胶，也有用各种软金属、金摘编织物或接触簧片等。这些衬垫有的可以重复使用，但也有的只是一次性使用。

对衬垫的基本要求应是具有良好导电性、弹性、机械耐磨性、耐腐蚀性(本身接触面不产生表面化学腐蚀作用，也耐受环境的腐蚀作用)。 使用衬垫后，两金属表面的加工精度即使低一些，仍然能保持良好的射频密封屏蔽作用。 最适用于作衬垫材料的金属是Monel合金和镀银黄铜，而用天然橡皮或氯丁二烯橡胶作为衬垫材料除了对射频有密封作用外，对于流体也有较好的密封作用。 射频衬垫可以根据需要加工成不同的形状，例如可以做成套螺丝的形状，面板或盖板上环状接合，如图3.10-25所示。

31

第10章 电磁屏蔽技术

图3.10-25 各种密封射频衬垫示意图

6.2.4 弹性指簧

弹性指簧通常安装在门框上，以保证关上门后，对射频干扰有屏蔽作用，能够保持接触面的射频屏蔽的完整性，而且能提供跨配合表面的地接触，如图 3.10-26所示。弹性指簧的材料多选用表面镀金或镀银的钢被合金。这种合金的弹性比较好，而且还可以进行热处理或抛光。如要求弹性指簧具有磁屏蔽能力，则可能用合金和坡莫合金。

图3.10-26 指状衬垫及其使用示意图

5. 电磁密封衬垫的安装方法

电磁密封衬垫的使用方法有正面压缩和滑动压缩两种。结构允许时，尽量使用正面压缩方式，这样可以使用价格较低的衬垫。安装电磁密封衬垫时有以下几点要注意。尽量采用槽安装，槽的作用是固定衬垫和限制过量压缩。使用槽安装方式时，屏蔽体的两部分之间的接触不仅通过衬垫实现完全接触，而且还有金属之间的直接接触，因此，具有最高的屏蔽效能。

32

第10章 电磁屏蔽技术

图3.10-27 电磁密封衬垫的使用方法

安装槽的形状有直槽（图3.10-27a）和燕尾槽（图3.10-27b）两种，直槽加工简单，但衬垫容易掉出。燕尾槽则没有这个问题。槽的高度一般为衬垫高度的75％左右(具体尺寸参考衬垫厂家要求的压缩量)，宽度要保证有足够的空间允许衬垫受到压缩时伸展。

将衬垫直接安装在接触面之间是一种非常简单的安装方法。但是要注意设置压缩限位机构，使在安装时不会发生过量压缩导致衬垫永久性损坏。

将衬垫安装在直槽内时，衬垫需要固定。一般设计资料上建议用导电胶粘接，但这样有两个缺点：一个是会增加成本，另一个是导电胶会发生老化而导致屏蔽效能下降。这里建议用非导电胶，在紧固螺钉穿过的地方滴一小滴。这样，粘胶的地方虽然不导电，但是金属螺钉起到了导电接触的作用。并且屏蔽效能比较稳定。

为了防止电化学腐蚀，在接触外部环境之一侧用非导电物质密封（图3.10-27c），防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上。

只有指形簧片才允许滑动接触（图3.10-27d）。安装簧片时，要注意簧片的方向，使受到压缩力时，能够自由伸展。一般情况下，簧片可以靠背胶粘接，但要注意固化时间(参考簧片厂家说明)。较恶劣的环境下(温度过高或过低，机械力过大等)，可用卡装结构。

一般情况下，螺钉安装在衬垫内侧或外侧并不是十分重要，但是在屏蔽要求很高的场合，螺钉要安装在衬垫的外侧，防止螺钉穿透屏蔽箱，造成额外的泄漏。紧固螺钉的间距要适当，防止盖板在衬垫的弹力作用下发生变形，产生更大的缝隙。

6.3 导电胶

导电胶在解决接缝处的屏蔽时有用。常用的导电胶是银一硅胶，它是具有高电导率的润滑的粘性胶；它在高温及低温(－54～232℃)时均稳定.能抗潮湿，抗腐蚀，对于许多化学物质不起作用，对辐射也不敏感，而且在高温时不会流滴，有很好的固定作用。典型的导电胶的电阻率为0.02cm。导电胶可以广泛地应用于连接器接缝处的密封，也可以应用于电缆进出口处用金属网屏蔽后进一步的固定及密封。

6.4 截止波导管

使用截止波导管时，绝对不能使导体穿过截止波导管，否则会造成严重的电磁泄漏，这是一个常见的错误；（为什么？）另外，一定要确保波导管相对于要屏蔽的频率处于截止状态。当在屏蔽体上需要开孔，而孔洞的存在又会导致其电磁屏蔽效能不能满足屏蔽要求时，

33

第10章 电磁屏蔽技术

就可以考虑使用截止波导管，利用截止波导管的深度提供的额外的损耗增加屏蔽效能。截止波导管的设计步骤如图3.10-28所示。

使用截止波导管的关键是确保波导管工作在截止区，因此首先要根据干扰的最高频率来确定截止波导管的截止频率。截止频率要是最高干扰频率的5倍以上。确定了截止频率fc以后，就可以用前面给出的圆形波导或矩形波导的截止频率计算公式来计算截止波导管的截面尺寸了。截面的最大尺寸确定后，可以根据所要求的屏蔽效能，用上面给出的截止波导管屏蔽效能公式来计算波导管的长度。

在屏蔽体上，不同部分的结合处形成的缝隙会导致电磁泄漏。因此，在结构设计中，可以通过增加不同部分的重叠宽度来形成一系列“截止波导”，减小缝隙的电磁泄漏。这时，截止波导的截面最大尺寸可以用螺钉之间之间距，截止波导的长度用重叠的宽度，截止波导的截止频率由螺钉之间之间距计算确定。当间距较大时，波导管的截止频率较低，可能对大部分干扰起不到衰减的作用。

图3.10-28 截止波导管的设计步骤

7 屏蔽技术的应用

7.1 显示器件及显示窗的处理

图3.10-29所示为发光器件和显示器件的屏蔽处理方法。很小的发光器件，如发光二极管，只需要在面板上开很小的小孔（图3.10-29a），一般不会造成什么问题。如果有问题，可以在小孔上形成一个截止波导管（图3.10-29b），用一个导光柱，也可以使用两个馈通式滤波器（图3.10-29c），将发光器件直接安装在屏蔽箱外。 对于面积较大的发光器件，如液晶显示板，显示窗可以采用两种方法来防止电磁泄漏。一种是在显示窗前面使用透明屏蔽材料（图3.10-29d），另一种是用隔离舱将显示器件与设备的其它电路隔离开（图3.10-29e），使内部电路辐射的能量不会穿出机箱，外部的干扰不会侵入到内部电路。

透明屏蔽材料有两种，一种是金属网夹在两层玻璃之间构成的，另一种是在玻璃或透明塑料膜上镀上一层很薄的导电层构成的。前一种材料的优点是屏蔽效能较高，缺点是由于莫尔条纹造成的视觉不适。后一种材料则正好相反。

两种方法的特点和适用场合：用透明屏蔽材料屏蔽的方法最大的优点是简单，缺点是视觉效果差、设备内部有磁场辐射源或磁场敏感电路时不适合(透明屏蔽材料对磁场的屏蔽效

34

第10章 电磁屏蔽技术

能很低甚至没有)，成本较高；适合于显示器件本身产生辐射或对外界干扰敏感的场合。隔离舱的方法最大优点是显示器件的视觉效果几乎不受影响、对磁场有较高的屏蔽效能，缺点是如果显示器件本身产生电磁辐射或对外界干扰敏感，则没有效果。适合于显示器件本身不产生干扰或对外界电磁干扰敏感的场合。如果显示器件会产生辐射，并且机箱内有磁场辐射源，可以将两个方法结合起来。

透明屏蔽材料安装时必须注意透明屏蔽材料与屏蔽体基体之间必须实现良好搭接，减小缝隙的泄漏。使用导电涂覆层屏蔽材料时，导电层不能直接暴露在外面，防止擦伤。使用金属丝网夹层的屏蔽材料时，如果出现条纹导致视觉不适，可以将金属网旋转一定角度(10~30°)，会有所改善。

隔离舱安装时应在隔离舱与屏蔽体基体之间使用性能良好的电磁密封衬垫，导线经过馈通式低通滤波器穿出。

图3.10-29 显示窗及显示器件的屏蔽处理

7.2 操作器件的处理

仪器设备的表面都有一些操作器件，如何处理操作器件是确保屏蔽性能的关键技术之一。如图3.10-30所示，可以采用两种方法来处理：一是直接在面板上开口（图3.10-30a），与常规方法一样安装操作器件，二是设置隔离舱（图3.10-30c），将设备中的主电路与操作器件（设备外部）隔离开。

直接安装方法的最大优点是简单，但会导致一定程度的电磁泄漏，这有两个原因，一个是开口的尺寸较大，导致机箱内电路产生的高频信号泄漏；另一个原因是由于操作器件距离小孔很近，有些甚至伸出小孔，操作器件上携带的电磁干扰从小孔泄漏。因此，直接安装的方法仅适合对屏蔽效能要求较低，或者需要孔洞尺寸较小的场合。隔离舱安装的方法可以避免这些缺点。但是需要增加成本，包括隔离舱的成本、电磁密封衬垫的成本、滤波器的成本。

如果直接将操作器件安装在面板上会导致超标的泄漏，可以用一个调节杆间接地对操作器件进行控制。这样，一来可以减小开口的尺寸，二来可以使操作器件远离开口，减小开口的泄漏。如果开一个小口还是不能满足屏蔽的要求，可以在开口上安装一个截止波导管（图3.10-30b）。无论用那种方法，都要注意，穿过小孔或截止波导管的杆不能是金属杆。

金属杆的处理：如果使用了金属杆穿过小孔或波导管(没有可能换成非金属杆)，可用铍铜簧片将金属杆之一周与屏蔽体搭接起来。

35

第10章 电磁屏蔽技术

设置隔离舱的处理方法与显示器件的隔离舱处理方法相似。使用上的注意事项也是相同的。这种方法同样要求操作器件本身必须是无辐射或对辐射不敏感。

图3.10-30 操作器件的处理

7.3 贯通屏蔽导体的处理

许多没有屏蔽设计经验的设计人员将导线直接穿出屏蔽体。有些稍微懂得屏蔽的人将电缆通过金属管穿出屏蔽机箱，试图通过截止波导管防止泄漏。穿过屏蔽体的导体对屏蔽体的破坏是十分严重的。

如图3.10-31所示，对于穿过屏蔽体的电缆必须采用下面两种方法进行处理，一是对导线进行滤波处理，滤除导线上的高频成份，一是将导线屏蔽起来，这相当于将屏蔽体延伸到导线端部。防止射频干扰的电缆屏蔽对屏蔽层的端接要求是十分严格的，有些场合，例如另一端没有屏蔽的场合，屏蔽几乎没有什么作用。一般仅当滤波无法实施时才使用屏蔽的方法。

在电缆端口上安装低通滤波器，可以有效的滤除电缆上的干扰，保持屏蔽体的完整性。但是，前提是电缆上传输的信号频率与要防护的干扰频率相差较远。采用滤波的方法时，滤波器的截止频率十分重要，不能影响正常信号的传输。同时滤波器的安装方法对效果的影响很大，在后面要专门讨论。

(a) 滤波处理 (b) 导线屏蔽 图3.10-31 贯通屏蔽体的导体的处理

7.4 通风口的屏蔽处理

对通风口的屏蔽处理方法有如下三种方式。 (1) 采用孔阵金属板（图3.10-32a）。孔洞的电磁泄漏与孔洞的最大尺寸有关，因此在屏蔽机箱的通风孔设计上，往往采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的孔阵代替一个大孔。这样可以提高孔的截止频率，提高了单个孔的屏蔽效能，增加辐射源到孔的相对距离

36

第10章 电磁屏蔽技术

(与孔的尺寸相比)，减小了孔的泄漏(孔的泄漏与辐射源到孔的距离有关)：如果穿孔板有一定的厚度，可以增加截止波导的衰减作用。

当屏蔽体的屏蔽效能要求不高，并且对通风量的要求不高时，可以采用穿孔金属板，穿孔金属板的优点是成本低。但屏蔽效能与通风量之间的矛盾突出。

(2) 金属网。在通风孔上安装一块金属网，金属网与屏蔽体之间要可靠的搭接，防止缝隙泄漏。金属网的经线和纬线之间要可靠搭接，否则屏蔽效能很低。

(3) 截止波导板（图3.10-32b）。如果对屏蔽效能和通风量的要求都较高，可以使用截止波导通风板。这种通风板由许多六角形截止波导管构成，由于截止波导管的屏蔽效能较高，并且每个波导管的壁厚很薄，因此这种通风板兼有良好的通风特性和电磁屏蔽特性。使用截止波导板时，同样要注意与机箱基体之间的搭接，一般使用焊接或电磁密封衬垫连接。

截止波导通风板有铝箔和钢板两种。铝箔截止波导板是在铝箔蜂窝板上进行导电涂覆(化学镀)制成的，使用中不要使其受力过大，而造成断裂。钢板截止波导板是由成型的薄钢板焊接而成的，具有更高的屏蔽效能和强度。

(a) 穿孔金属板 (b) 截止波导通风板

图3.10-32 通风口的屏蔽处理

7.5 缝隙的屏蔽处理

一般情况下，屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触，只能在某些点接触上，这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程中，常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小，则电磁泄漏越小，屏蔽效能越高。

缝隙的主要处理措施有：

(1) 使用机械加工的手段(如用铣床加工接触表面)来增加接触面的平整度，缺点是加工

成本高。 (2) 增加紧固件(螺钉、铆钉)的密度，这种方法仅适合永久性结合的场合。活动面板(如

维修面板、 屏蔽门等)处使用过多螺钉会减低设备可维修性，在屏蔽门上使用过多

的紧固机构会增加门的复杂程度和成本。另外，在一些干扰频率较高或对屏蔽的要求很严格的场合，方法一、二中在缝隙上遗留的微小孔洞仍会影响机箱的屏蔽效能。 (3) 使用电磁密封衬垫。如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫，那么，对于电磁波

而言， 就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样，不会发生电磁波的泄漏。 使用电磁密封衬垫虽然增加额外的成本，但购买电磁密封衬垫的费用往往可以从产品的加工费用(使用密封垫后，对加工的精度要求往往降低)，性能(可维性、外观等)等方面得到补偿。

除非对屏蔽的要求非常高的场合，否则并不需要在缝隙处连续使用电磁密封衬垫。在实

37

第10章 电磁屏蔽技术

践中，可以根据对屏蔽效能的要求间隔地安装衬垫，每段衬垫之间形成的小孔洞泄漏可以用前面介绍的公式计算。在样机上精心地调整衬垫间隔，使既能满足屏蔽的要求，又使成本最低。对于民用产品，衬垫之间之间隔可以为λ/20~ λ/100之间。军用产品则一般要连续安装。

7.6 窥视窗

作为具有电磁屏蔽能力的窥视窗主要有两种：一是导电玻璃；二是夹金属屏蔽网的玻璃。对于电磁屏蔽要求不太高的情况，例如在数十MHz的无线电频率范围，屏蔽效能为20～40dB时最好采用导电玻璃作为窥视窗。导电玻璃又有单面涂层和双面涂层两种。而当屏蔽要求为40～80dB以上时则应采用金属屏蔽网，但屏蔽网作为窥视窗不仅不够美观，而且其透明度也较差，同时还应注意衍射光栅现象。电子仪器面板上的仪表也可以采用导电玻璃进行屏蔽。

编写：何金良（清华大学） 审稿：陆家榆（中国电力科学研究院）

参考文献

1 Clayton R. Paul. Introduction to electromagnetic compatibility. New York; John Wiley and Sons, 1992.

2 Frederick M. Tesche, Michal V. Ianoz, Torbjörn Karlsson. EMC analysis methods and computational models. New York; John Wiley and Sons, 1997. 3 赖祖武. 电磁干扰防护与电磁兼容. 北京: 原子能出版社,1993

4 杨继深. 实践电磁兼容技术. 北京天亦通公司，2001

5 陈 穷，蒋全兴，周开基，王素英. 电磁兼容性工程设计手册. 北京：国防工业出版社，1993.10

38