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EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论

EMC理论基础知识——电磁屏蔽理论-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

  1、 屏蔽效能的感念

  屏蔽是使用屏蔽体来阻挠或减小电磁能传输的一种技能,是按捺电磁搅扰的重要手法之一。屏蔽有两个意图,一是限值内部辐射的电磁能量走漏出该内部区域,二是防止外来的辐射搅扰进入某一区域。

  电磁场经过金属资料阻隔时,电磁场的强度将显着下降,这种现象便是金属资料的屏蔽效果。咱们能够用同一方位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资料的屏蔽效果,界说屏蔽效能(Shielding Effectiveness,简称 SE):

  

  2、屏蔽体上孔缝的影响

  实践上,屏蔽体上面不可防止地存在各种缝隙、开孔以及进出电缆等各种缺点,这些缺点将对屏蔽体的屏蔽效能有急剧的劣化效果。

  上节中剖析的抱负屏蔽体在 30MHz 以上的屏蔽效能现已足够高,远远超越工程实践的需求。真实决议实践屏蔽体的屏蔽效能的要素是各种电气不接连缺点,包含:缝隙、开孔、电缆穿透等。

  屏蔽体上面的缝隙非常常见,特别是现在机柜、插箱均是选用组装方法,其缝隙非常多,假如处理不当,缝隙将急剧劣化屏蔽体的屏蔽效能。

  3、孔缝屏蔽的总体规划思维

  依据小孔耦合理论,决议孔缝走漏量的要素首要有两个:孔缝面积和孔缝最大线度尺度。两者皆大,则走漏最为严峻;面积小而最大线度尺度大则电磁走漏依然较大。如图所示为一典型机柜示意图,上面的孔缝首要分为四类:

  

  (1)机箱(机柜)接缝

  该类缝尽管面积不大,但其最大线度尺度即缝长却非常大,由于修理、敞开等约束,致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝,选用导电衬垫等特别屏蔽资料能够有效地按捺电磁走漏。该类孔缝屏蔽规划的关键在于:合理地挑选导电衬垫资料并进行恰当的变形操控。

  (2)通风孔

  该类孔面积和最大线度尺度较大,通风孔规划的关键在于通风部件的挑选与装置结构的规划。在满意通风功能的条件下,应尽或许选用屏效较高的屏蔽通风部件。

  (3)调查孔与显现孔

  该类型孔面积和最大线度尺度较大,其规划的关键在于屏蔽透光资料的挑选与装置结构的规划。

  (4)连接器与机箱接缝

  这类缝的面积与最大线度尺度均不大,但由于在高频时导致连接器与机箱的触摸阻抗急剧增大,然后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呈现超支,为此应选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,因而屏蔽体的屏蔽功能依据辐射源的不同,在资料挑选、结构形状和对孔缝走漏操控等方面都有所不同。在规划中要到达所需的屏蔽功能,则需首要确认辐射源,清晰频率规模,再依据各个频段的典型走漏结构,确认操控要素,从而挑选恰当的屏蔽资料,规划屏蔽壳体。

  综上所述,孔缝按捺的规划关键概括为:

  (1)合理挑选屏蔽资料;

  (2)合理规划装置互连结构。

  4、孔洞走漏的评价

  机箱上不可防止地会有各种孔洞,这些孔洞终究决议了屏蔽体的屏蔽效能(假定没有电缆穿过机箱)。一般能够以为,屏蔽机箱在低频时的屏蔽效能首要取决于制作屏蔽体的资料,在高频时的屏蔽效能首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,孔洞的效果是相当于一个偶极天线。当缝隙的长度到达 1/2时,其辐射效率最高(与缝隙的宽度无关)。也便是说,它能够入射到缝隙的悉数能量辐射出去,如图所示。

  

  在远场区,假如孔洞的最大尺度L小于λ/2,一个厚度为0的资料上的缝隙的屏蔽效能为:

  

  假如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)。

  这个公式核算的是最坏情况下(形成最大走漏的极化方向)的屏蔽效能,实践情况下屏蔽效能或许会更高一些。

  在近场区,孔洞的走漏还与辐射源是磁场源有关。当辐射源是电场源时,孔洞的走漏比远场小(屏蔽效能高);而当辐射源是磁场源时,孔洞的走漏比远场大(屏蔽效能低)。关于不同电路阻抗Zc的辐射源,核算公式如下:

  若ZC>(7.9/Df):(电场源)

  

  若ZC<(7.9/Df):(电场源)

  

  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)。

  这个公式核算的是最坏情况下(形成最大走漏的极化方向)的屏蔽效能,实践情况下屏蔽效能或许会更高一些。

  需求留意的问题是,关于磁场辐射源,孔洞在近场区的屏蔽效能与电磁波的频率没有关系,也便是说,很小的孔洞也或许导致较大的走漏。这时影响屏蔽效能的一个更重要参数是孔洞到辐射源的间隔。孔洞间隔辐射源越近,走漏越大。这个特色往往导致屏蔽体发生意外的走漏。由于在屏蔽体上开孔的一个意图是通风散热,这意味着会很自然地将孔洞规划在接近发热源邻近,而发热源往往是大电流的载体,在其周围有较强的磁场。成果,无意识地将孔洞开在强磁场辐射源的邻近。因而,在规划中,要留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个尺度相同的孔洞摆放在一起,而且相距较近(间隔小于λ/2)时,孔洞阵列的屏蔽效能会下降,下降数值为10lgN。

  由于孔洞的辐射有方向性,因而在不同面上的孔洞不会显着增加走漏,使用这个特色能够在规划时将孔洞放在屏蔽机箱的不同面,防止某一个面的辐射过强。

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