电磁干扰的屏蔽方法

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電磁干擾的屏蔽方法

上網時間：2000年11月26日

EMC問題常常是制約中國電子產品出口的一個原因，本文主要論述EMI的來源及一些非常具體的抑制方法。

EMC問題來源 金屬屏蔽效率 EMI抑制策略 屏蔽設計難點 襯墊及附件 結論

電磁相容性(EMC)是指“一種器件、設備或系統的性能，它可以使其在自身環境下正常工作並且同時不會對此環境中任何其他設備產生強烈電磁干擾(IEEE C63.12-1987)。”對於無線收發設備來說，採用非連續頻譜可部份實現EMC性能，但是很多有關的例子也表明EMC並不總是能夠做到。例如在筆記本電腦和測試設備之間、列印機和台式電腦之間以及行動電話和醫療儀器之間等都具有高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。

EMC問題來源

所有電器和電子設備工作時都會有間歇或連續性電壓電流變化，有時變化速率還相當快，這樣會導致在不同頻率內或一個頻帶間產生電磁能量，而相應的電路則會將這種能量發射到周圍的環境中。

EMI有兩條途徑離開或進入一個電路：輻射和傳導。信號輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去；而信號傳導則藉由耦合到電源、信號和控制線上離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而產生干擾。

很多EMI抑制都採用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結合的方式來實現，大多數時候下面這些簡單原則可以有助於實現EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽、過濾或接地將干擾產生電路隔離以及增強敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應該作為所有電路設計人員的目標，這些性能在設計階段的早期就應完成。

對設計工程師而言，採用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導電織物或卷帶上噴射塗層及鍍層(如導電漆及鋅線噴塗等)。無論是金屬還是塗有導電層的塑料，一旦設計人員確定作為外殼材料之後，就可著手開始選擇襯墊。

金屬屏蔽效率

可用屏蔽效率(SE)對屏蔽罩的適用性進行評估，其單位是分貝，計算公式為

SEdB=A+R+B

其中 A：吸收損耗(dB) R：反射損耗(dB) B：校正因子(dB)(適用於薄屏蔽罩內存在多個反射的情況)

一個簡單的屏蔽罩會使所產生的電磁場強度降至最初的十分之一，即SE等於20dB；而有些場合可能會要求將場強降至為最初的十萬分之一，即SE要等於100dB。

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吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時能量損耗的數量，吸收損耗計算式為

AdB=1.314(f×σ×μ)×t

其中 f：頻率(MHz) μ：銅的導磁率 σ：銅的導電率 t：屏蔽罩厚度

反射損耗(近場)的大小取決於電磁波產生源的性質以及與波源的距離。對於杆狀或直線形發射天線而言，離波源越近波阻越高，然後隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無變化(恒為377)。

相反，如果波源是一個小型線圈，則此時將以磁場為主，離波源越近波阻越低。波阻隨著與波源距離的增加而增加，但當距離超過波長的六分之一時，波阻不再變化，恒定在377處。 反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決於波的類型，而且取決於屏蔽罩與波源之間的距離。這種情況適用於小型帶屏蔽的設備。

近場反射損耗可按下式計算

R(電)dB=321.8-(20×lg r)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)] R(磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)] 其中 r：波源與屏蔽之間的距離。

SE算式最後一項是校正因子B，其計算公式為

B=20lg[-exp(-2t/σ)]

此式僅適用於近磁場環境並且吸收損耗小於10dB的情況。由於屏蔽物吸收效率不高，其內部的再反射會使穿過屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個負數，表示屏蔽效率的下降情況。

EMI抑制策略

只有如金屬和鐵之類導磁率高的材料才能在極低頻率下達到較高屏蔽效率。這些材料的導磁率會隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強也會使導磁率降低，還有就是採用機械方法將屏蔽罩作成規定形狀同樣會降低導磁率。綜上所述，選擇用於屏蔽的高導磁性材料非常複雜，通常要向EMI屏蔽材料供應商以及有關咨詢機構尋求解決方案。

在高頻電場下，採用薄層金屬作為外殼或內襯材料可達到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續，並將敏感部份完全遮蓋住，沒有缺口或縫隙(形成一個法拉第籠)。然而在實際中要製造一個無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由於屏蔽罩要分成多個部份進行製作，因此就會有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便黏著與附加卡或裝配組件的連線。 設計屏蔽罩的困難在於製造過程中不可避免會產生孔隙，而且設備運行過程中還會需要用到這些孔隙。製造、面板連線、通風口、外部監測窗口以及面板黏著組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設計中對與電路工作頻率波長有關的溝槽長度作仔細考慮是很有好處的。

任一頻率電磁波的波長為: 波長(λ)=光速(C)/頻率(Hz)

當縫隙長度為波長(截止頻率)的一半時,RF波開始以20dB/10倍頻(1/10截止頻率)或6dB/8倍頻 …… 此处隐藏：4634字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……