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屏蔽體、屏蔽機(jī)房、 蔽機(jī)柜設(shè)計(jì)原理及理論基礎(chǔ)
日期：2024-10-19 08:27
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摘要： 屏蔽體屏蔽機(jī)房屏蔽機(jī)柜設(shè)計(jì)原理及理論基礎(chǔ)
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒有屏蔽效能。這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān)，這是必須明確的。
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屏蔽體屏蔽機(jī)房屏蔽機(jī)柜設(shè)計(jì)原理及理論基礎(chǔ)
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒有屏蔽效能。這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān)，這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。另一點(diǎn)是不能有穿過機(jī)箱的導(dǎo)體。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱，這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來都非常困難。其次，一個(gè)實(shí)用的機(jī)箱上會(huì)有很多孔洞和孔縫：通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分結(jié)合的縫隙等。
屏蔽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是如何妥善處理這些孔縫，同時(shí)不會(huì)影響機(jī)箱的其他性能（美觀、可維性、可靠性）。*后，機(jī)箱上總是會(huì)有電纜穿出（入），至少會(huì)有一條電源電纜。這些電纜會(huì)極大地危害屏蔽體，使屏蔽體的屏蔽效能降低數(shù)十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一（穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大）。
當(dāng)電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí)，其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線，當(dāng)孔洞的長(zhǎng)度達(dá)到λ/2時(shí)，其輻射效率*高（與孔洞的寬度無關(guān)），也就是說，它可以將激勵(lì)孔洞的全部能量輻射出去。對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中，*壞情況下（造成*大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更大一些）計(jì)算公式為：
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥λ/2，SE = 0 (dB)
式中各量：L = 縫隙的長(zhǎng)度（mm），H = 縫隙的寬度（mm），f = 入射電磁波的頻率（MHz）。
在近場(chǎng)區(qū)，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)?。ㄆ帘涡芨撸?，而當(dāng)輻射源是磁場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)要大（屏蔽效能低）。近場(chǎng)區(qū)，孔洞的電磁屏蔽計(jì)算公式為：
若ZC >（7.9/D·f）：SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<（7.9/D·f）：SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中：Zc=輻射源電路的阻抗（Ω），D = 孔洞到輻射源的距離（m），L、H = 孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f = 電磁波的頻率（MHz）
說明：
1、在**個(gè)公式中，屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系。
2、大多數(shù)情況下，電路滿足**個(gè)公式的條件，這時(shí)的屏蔽效能大于**中條件下的屏蔽效能。
3、**個(gè)條件中，假設(shè)輻射源是純磁場(chǎng)源，因此可以認(rèn)為是一種在*壞條件下，對(duì)屏蔽效能的保守計(jì)算。
4、對(duì)于磁場(chǎng)源，屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關(guān)，距離越近，則泄漏越大。這點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意，磁場(chǎng)輻射源一定要盡量遠(yuǎn)離孔洞。多個(gè)孔洞的情況當(dāng)N個(gè)尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距離小于λ/2）時(shí)，造成的屏蔽效能下降為20lgN1/2。在不同面上的孔洞不會(huì)增加泄漏，因?yàn)槠漭椛浞较虿煌?，這個(gè)特點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)中用來避免某一個(gè)面的輻射過強(qiáng)。
除了使孔洞的尺寸遠(yuǎn)小于電磁波的波長(zhǎng)，用輻射源盡量遠(yuǎn)離孔洞等方法減小孔洞泄漏以外，增加孔洞的深度也可以減小孔洞的泄漏，這就是截止波導(dǎo)的原理。一般情況下，屏蔽機(jī)箱上不同部分的結(jié)合處不可能完全接觸，只能在某些點(diǎn)接觸上，這構(gòu)成了一個(gè)孔洞陣列?？p隙是造成屏蔽機(jī)箱屏蔽效能降級(jí)的主要原因之一。
減小縫隙泄漏的方法有：
1、增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、減小縫隙的寬度，例如使用機(jī)械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來增加接觸面的平整度，增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度；
2、加大兩塊金屬板之間的重疊面積；
3、使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料。如果在縫隙處安裝上連續(xù)的電磁密封襯墊，那么，對(duì)于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì)發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì)發(fā)生電磁波的泄漏。
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒有屏蔽效能。這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān)，這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體。另一點(diǎn)是不能有穿過機(jī)箱的導(dǎo)體。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱，這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來都非常困難。其次，一個(gè)實(shí)用的機(jī)箱上會(huì)有很多孔洞和孔縫：通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分結(jié)合的縫隙等。
屏蔽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是如何妥善處理這些孔縫，同時(shí)不會(huì)影響機(jī)箱的其他性能（美觀、可維性、可靠性）。*后，機(jī)箱上總是會(huì)有電纜穿出（入），至少會(huì)有一條電源電纜。這些電纜會(huì)極大地危害屏蔽體，使屏蔽體的屏蔽效能降低數(shù)十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一（穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大）。
當(dāng)電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí)，其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線，當(dāng)孔洞的長(zhǎng)度達(dá)到λ/2時(shí)，其輻射效率*高（與孔洞的寬度無關(guān)），也就是說，它可以將激勵(lì)孔洞的全部能量輻射出去。對(duì)于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中，*壞情況下（造成*大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更大一些）計(jì)算公式為：
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥λ/2，SE = 0 (dB)
式中各量：L = 縫隙的長(zhǎng)度（mm），H = 縫隙的寬度（mm），f = 入射電磁波的頻率（MHz）。
在近場(chǎng)區(qū)，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)?。ㄆ帘涡芨撸?，而當(dāng)輻射源是磁場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)要大（屏蔽效能低）。近場(chǎng)區(qū)，孔洞的電磁屏蔽計(jì)算公式為：
若ZC >（7.9/D·f）：SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<（7.9/D·f）：SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中：Zc=輻射源電路的阻抗（Ω），D = 孔洞到輻射源的距離（m），L、H = 孔洞長(zhǎng)、寬（mm），f = 電磁波的頻率（MHz）
說明：
1、在**個(gè)公式中，屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系。
2、大多數(shù)情況下，電路滿足**個(gè)公式的條件，這時(shí)的屏蔽效能大于**中條件下的屏蔽效能。
3、**個(gè)條件中，假設(shè)輻射源是純磁場(chǎng)源，因此可以認(rèn)為是一種在*壞條件下，對(duì)屏蔽效能的保守計(jì)算。
4、對(duì)于磁場(chǎng)源，屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關(guān)，距離越近，則泄漏越大。這點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意，磁場(chǎng)輻射源一定要盡量遠(yuǎn)離孔洞。多個(gè)孔洞的情況當(dāng)N個(gè)尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距離小于λ/2）時(shí)，造成的屏蔽效能下降為20lgN1/2。在不同面上的孔洞不會(huì)增加泄漏，因?yàn)槠漭椛浞较虿煌?，這個(gè)特點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)中用來避免某一個(gè)面的輻射過強(qiáng)。
除了使孔洞的尺寸遠(yuǎn)小于電磁波的波長(zhǎng)，用輻射源盡量遠(yuǎn)離孔洞等方法減小孔洞泄漏以外，增加孔洞的深度也可以減小孔洞的泄漏，這就是截止波導(dǎo)的原理。一般情況下，屏蔽機(jī)箱上不同部分的結(jié)合處不可能完全接觸，只能在某些點(diǎn)接觸上，這構(gòu)成了一個(gè)孔洞陣列?？p隙是造成屏蔽機(jī)箱屏蔽效能降級(jí)的主要原因之一。
減小縫隙泄漏的方法有：
1、增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)、減小縫隙的寬度，例如使用機(jī)械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來增加接觸面的平整度，增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度；
2、加大兩塊金屬板之間的重疊面積；
3、使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料。如果在縫隙處安裝上連續(xù)的電磁密封襯墊，那么，對(duì)于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì)發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì)發(fā)生電磁波的泄漏。
