電磁遮蔽材料的選用和設計要點

2021-04-12 13:40:17 字數 4758 閱讀 5335

遮蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由乙個區域對另乙個區域的感應和輻射。具體講,就是用遮蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用遮蔽體將接收電路、裝置或系統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。因為遮蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在遮蔽體上的介面反射)和抵消能量(電磁感應在遮蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波)的作用,所以遮蔽體具有減弱干擾的功能。

(1)當干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到遮蔽的效果。

(2)當干擾電磁波的頻率較低時,要採用高導磁率的材料,從而使磁力線限制在遮蔽體內部,防止擴散到遮蔽的空間去。

(3)在某些場合下,如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的遮蔽效果時,往往採用不同的金屬材料組成多層遮蔽體。

許多人不了解電磁遮蔽的原理,認為只要用金屬做乙個箱子,然後將箱子接地,就能夠起到電磁遮蔽的作用。在這種概念指導下結果是失敗。因為,電磁遮蔽與遮蔽體接地與否並沒有關係。

真正影響遮蔽體遮蔽效能的只有兩個因素:乙個是整個遮蔽體表面必須是導電連續的,另乙個是不能有直接穿透遮蔽體的導體。遮蔽體上有很多導電不連續點,最主要的一類是遮蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。

這些不導電的縫隙就產生了電磁洩漏,如同流體會從容器上的縫隙上洩漏一樣。解決這種洩漏的乙個方法是在縫隙處填充導電彈性材料,消除不導電點。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。

這種彈性導電填充材料就是電磁密封襯墊。

在許多文獻中將電磁遮蔽體比喻成液體密封容器,似乎只有當用導電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波洩漏。實際上這是不確切的。因為縫隙或孔洞是否會洩漏電磁波,取決於縫隙或孔洞相對於電磁波波長的尺寸。

當波長遠大於開口尺寸時,並不會產生明顯的洩漏。因此,當干擾的頻率較高時,這時波長較短,就需要使用電磁密封襯墊。具體說,當干擾的頻率超過10mhz時,就要考慮使用電磁密封襯墊。

凡是有彈性且導電良好的材料都可以用做電磁密封襯墊。按照這個原理製造的電磁密封襯墊有:

導電橡膠:在矽橡膠內填充佔總重量70~ 80%比例的金屬顆粒,如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分矽橡膠良好彈性的特性,同時具有較好的導電性。

金屬編織網:用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長條,外形很像遮蔽電纜的遮蔽層。但它的編織方法與電纜遮蔽層不同,電纜遮蔽層是用多根線編成的,而這種遮蔽襯墊是由一根線織成的。

打個形象的比喻,就像毛衣的袖子一樣。為了增強金屬網的彈性,有時在網管內加入橡膠芯。

指形簧片:鈹銅製成的簧片,具有很好的彈性和導電性。導電性和彈性。

多重導電橡膠:由兩層橡膠構成,內層是普通矽橡膠,外層是導電橡膠。這種材料克服了傳統導電橡膠彈性差的缺點,使橡膠的彈性得以充分體現。它的原理有些像帶橡膠芯的金屬絲網條。

選擇使用什麼種類電磁密封襯墊時要考慮四個因素:遮蔽效能要求、有無環境密封要求、安裝結構要求、成本要求。不同襯墊材料的特點比較,如表所示。

遮蔽按機理可分為電場遮蔽、磁場遮蔽和電磁場遮蔽。

1 電場遮蔽【遮蔽機理】:將電場感應看成分布電容間的耦合。

【設計要點】:

a、 遮蔽板以靠近受保護物為好,而且遮蔽板的接地必須良好!!!

b、遮蔽板的形狀對遮蔽效能的高低有明顯影響。全封閉的金屬盒最好,但工程中很難做到!

c、遮蔽板的材料以良導體為好,但對厚度無要求,只要有足夠的強度就可了。

2 磁場遮蔽磁場遮蔽通常是指對直流或低頻磁場的遮蔽,其效果比電場遮蔽和電磁場遮蔽要差的多。【 遮蔽機理】:主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻,對磁通起著分路的作用,使得遮蔽體內部的磁場大為減弱。

【設計要點】:

a、 選用高導磁材料,如坡莫合金;

b、 增加遮蔽體的厚度;以上均是為了減小遮蔽體的磁阻;

c、 被遮蔽的物體不要安排在緊靠遮蔽體的位置上,以盡量減小通過被遮蔽物體體內的磁通;

d、 注意遮蔽體的結構設計,凡接縫、通風空等均可能增加遮蔽體的磁阻,從而降低遮蔽效果。

e、對於強磁場的遮蔽可採用雙層磁遮蔽體的結構。對要遮蔽外部強磁場的,則遮蔽體的外層選用不易飽和的材料,如矽鋼;而內部可選用容易達到飽和的高導磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要遮蔽內部強磁場時,則材料的排列次序要到過來。

在安裝內外兩層遮蔽體時,要注意彼此間的絕緣。當沒有接地要求時,可用絕緣材料做支撐件。若需接地時,可選用非鐵磁材料(如銅、鋁)做支撐件。

3 電磁場遮蔽電磁場遮蔽是利用遮蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施。

【電磁場遮蔽的機理】:

a、 當電磁波到達遮蔽體表面時,由於空氣與金屬的交介面上阻抗的不連續,對入射波產生的反射。這種反射不要求遮蔽材料必須有一定的厚度,只要求交介面上的不連續;

b、未被表面反射掉而進入遮蔽體的能量,在體內向前傳播的過程中,被遮蔽材料所衰減。也就是所謂的吸收;

c、在遮蔽體內尚未衰減掉的剩餘能量,傳到材料的另一表面時,遇到金屬-空氣阻抗不連續的交介面,會形成再次反射,並重新返回遮蔽體內。這種反射在兩個金屬的交介面上可能有多次的反射。

總之,電磁遮蔽體對電磁的衰減主要是基於電磁波的反射和電磁波的吸收。

【吸收損耗】不同的材料、不同的材料厚度對於電磁波的吸收效果不一樣.可根據材料吸收損耗的列線圖得出。【反射損耗】分為三類:

低阻抗磁場、高阻抗電場、平面波場。其中低阻抗磁場和高阻抗電場的反射損耗列線圖計算方法相同,與金屬材料、頻率及輻射源到遮蔽體的距離有關。對於平面波,波阻抗為一常數,而與輻射源到遮蔽體的距離無關,在列線圖中只需連線金屬材料和感興趣的頻率就可求出此時的反射損耗值。

4 實際的電磁遮蔽體

【結構材料】

a、適用於底板和機殼的材料大多數是良導體,如銅、鋁等,可以遮蔽電場,主要的遮蔽機理是反射訊號而不是吸收。

b、 對磁場的遮蔽需要鐵磁材料,如高導磁率合金和鐵。主要的遮蔽機理是吸收而不是反射。

c、在強電磁環境中,要求材料能遮蔽電場和磁場兩種成分,因此需要結構上完好的鐵磁材料。遮蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。 d、對於塑料殼體,是在其內壁噴塗遮蔽層,或在汽塑時摻入金屬纖維。

必須儘量減少結構的電氣不連續性,以便控制經底板和機殼進出的洩漏輻射。提高縫隙遮蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度,減少縫隙長度,在結合面上加入導電襯墊,在接縫處塗上導電塗料,縮短螺釘間距離等。

【搭接】

a、在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好的搭接。最壞的電搭接對殼體的的遮蔽效能起決定性作用。

b、保證接縫處金屬對金屬的接觸,以防電磁能的洩漏和輻射。

c、在可能的情況下,接縫應焊接。在條件受限制的情況下,可用點焊、曉間距的鉚接和用螺釘來固定。

d、在不加導電襯墊時,螺釘間距一般應小於最高工作頻率的1%,至少不大於1/20波長。

e、 用螺釘或鉚接進行搭接時,應首先在縫的中部搭接好,然後逐漸向兩端延伸,以防金屬表面的彎曲。

f、保證緊固方法有足夠的壓力,以便在有變形應力、衝擊、震動時保持表面接觸。

g、在接縫不平整的地方,或在可移動的面板等處,必須使用導電襯墊或指形彈簧材料。

h、選擇高導電率的和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮結合處所使用的頻率。

i、選擇硬韌性材料做成的襯墊,以便劃破金屬上的任何表面。

j、保證同襯墊材料配合的金屬表面沒有任何非導電保護層。

k、當需要活動接觸時,使用指形壓簧,並要注意保持彈性指簧的壓力。

l、導電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時,要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或monel線性襯墊將出現最嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導電橡膠是鹽霧環境下用於鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

以下是按優先等級排列的各種襯墊。

1 金屬網射頻襯墊容易變形,壓力為1.4kg/cm時,衰減為54db。 資料表明,頻率較低時衰減最大。 用於永久密封較好,不適宜用於開與關的面板。

2 銅鍍合金有很高的導電性和很好的抗腐蝕性。彈性好,最適合用於和活動面板配合。可製成指條形、螺旋和鋸齒面。衰減為100db。

3 導電橡膠適用於只需名義上連線和少量螺釘的地方。實現水汽密封和電氣密封經1500℃、48小時老化後,體電阻率為10~20mω/cm(max)。變形度限制值為25%。

資料表明,頻率較高時衰減為最大。

4 導電蒙布在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物,形成乙個軟襯墊,占去大部分疏鬆空間,主要為民用,適用於泡沫襯墊機櫃和門板。

【穿透和開口】

a、要注意由於電纜穿過機殼使整體遮蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過遮蔽體時,遮蔽效能降低30db以上。

b、電源線進入機殼時,全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到遮蔽機殼外;若濾波器結構不宜穿出機殼,則應在電源線進入機殼出專為濾波器設定一隔艙。

c、訊號線、控制線進入/穿出機殼時,要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多芯聯結器適於這種場合使用。

d、穿過遮蔽體的金屬控制軸,應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸,而用其它軸貫通波導截止頻率比工作頻率高的園管來做控制軸。

e、必須注意在截止波導孔內貫通金屬軸或導線時會嚴重降低遮蔽效能。

f、當要求使用對地絕緣的金屬控制軸時,可用短的隱性控制軸,不調節時,用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。

g、為保險絲、插孔等加金屬帽。

h、用導電襯墊和墊圈、螺母等實現鈕子開關防洩漏安裝。

i、在遮蔽、通風和強度要求高而質量不苛刻時,用蜂窩板遮蔽通風口,最好用焊接方式保持線連線,防止洩漏。

j、盡可能在指示器、顯示器後面加遮蔽,並對所有引線用穿心電容濾波。

k、在不能從後面遮蔽指示器/顯示器和對引線濾波時,要用與機殼連續連線的金屬網或導電玻璃遮蔽指示器/顯示器的前面。對夾金屬絲的遮蔽玻璃,在保持合理透光度條件下,對30~1000m的遮蔽效能可達50~110db。在透明塑料或玻璃上鍍透明導電膜,其遮蔽效果一般不大於20db。

但後者可消除觀察窗上的靜電積累,在儀器上常用。

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