屏蔽是将两个空间区域之间的金属隔离,以控制一个区域对另一个区域的电场、磁场和电磁波的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。由于屏蔽体吸收能量(涡流损耗)、反射能量(屏蔽上电磁波的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波),因此屏蔽体具有减弱干扰的功能。(1)当干扰电磁场的频率较高时,使用低电阻金属材料产生的涡流形成对外部电磁波的抵消,从而达到屏蔽效果。(2)当干扰电磁波的频率较低时,应使用高导磁性材料,使磁线限制在屏蔽体内,防止扩散到屏蔽空间。(3)在某些情况下,如果要求高频和低频电磁场具有良好的屏蔽效果,则通常使用不同的金属材料来形成多层屏蔽。很多人不了解电磁屏蔽的原理,认为只要用金属做盒子,然后接地盒子,就可以起到电磁屏蔽的作用。在这个概念的指导下,结果是失败。因为电磁屏蔽与屏蔽接地无关。真正影响屏蔽屏蔽效率的因素只有两个:一是整个屏蔽表面必须连续导电,二是不能直接穿透屏蔽。屏蔽体上有许多导电不连续点,最重要的是屏蔽体不同部位组合形成的非导电间隙。这些不导电的间隙产生电磁泄漏,就像流体从容器上的间隙泄漏一样。解决这种泄漏的一种方法是在缝隙处填充导电弹性材料,消除非导电点。就像在流体容器的缝隙处填充橡胶一样。这种弹性导电填充材料是电磁密封垫。在许多文献中,将电磁屏蔽体比作液体密封容器。似乎只有用导电弹性材料将缝隙密封到滴水的程度,才能防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。电磁波是否泄漏取决于相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时,不会产生明显的泄漏。因此,当干扰频率较高时,波长较短时,需要使用电磁密封垫。具体来说,当干扰频率超过10时MHz考虑使用电磁密封垫。所有弹性和导电性好的材料都可以用作电磁密封垫。按照这一原理制造的电磁密封衬垫有:导电橡胶:硅橡胶填充占总重量70~比例为80%的金属颗粒,如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃球等。该材料具有良好的弹性和导电性。金属编织网:用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条,形状像屏蔽电缆的屏蔽层。但其编织方法方法不同于电缆屏蔽层。电缆屏蔽层由多根线组成,该屏蔽垫由一根线组成。做一个形象比喻,就像毛衣的袖子一样。有时在网管中加入橡胶芯,以增强金属网的弹性。指形簧片:铍铜制成的簧片具有良好的弹性和导电性。导电性和弹性。多导电橡胶:由两层橡胶组成,内层为普通硅橡胶,外层为导电橡胶。该材料克服了传统导电橡胶弹性差的缺点,充分体现了橡胶的弹性。它的原理有点像带橡胶芯的金属丝网。在选择使用什么类型的电磁密封垫时,应考虑四个因素:屏蔽效率要求、环境密封要求、安装结构要求、成本要求。
屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
1电场屏蔽屏蔽机理:将电场感应视为分布式电容器之间的耦合。【设计要点】:a、屏蔽板应靠近受保护物,屏蔽板的接地必须良好!!!b、屏蔽板的形状对屏蔽效率有明显影响。全封闭金属盒是最好的,但在工程中很难做到!c、只要有足够的强度,屏蔽板的材料最好是良好的导体,但不需要厚度。
2磁场屏蔽磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其效果远低于电场屏蔽和电磁场屏蔽。【屏蔽机理:主要依靠高导磁材料的低磁阻,对磁通道起分路作用,大大削弱了屏蔽体内的磁场。【设计要点】:a、选用坡莫合金等高导磁材料;b、增加屏蔽体厚度;以上都是为了降低屏蔽体的磁阻;c、不要将被屏蔽的物体安排在靠近屏蔽的位置,以尽量减少通过被屏蔽物体的磁通;d、注意屏蔽体的结构设计,所有接缝、通风空气等都会增加屏蔽体的磁阻,从而降低屏蔽效果。e、双层磁屏蔽结构可用于强磁场的屏蔽。e、双层磁屏蔽结构可用于强磁场的屏蔽。为了屏蔽外部强磁场,屏蔽外层选择硅钢等不易饱和的材料;内部可选择易饱和的高导磁材料,如坡莫合金。反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要到过来。内外两层屏蔽体安装时,应注意彼此之间的绝缘。无接地要求时,可使用绝缘材料作为支撑件。非铁磁材料(如铜、铝)可用作支撑件。
3电磁场屏蔽电磁场屏蔽是利用屏蔽体防止电磁场在空间中传播的一种措施。【电磁场屏蔽机理】:a、当电磁波到达屏蔽体表面时,由于空气与金属界面的不连续阻抗,对入射波的反射。这种反射不要求屏蔽材料有一定的厚度,只要求界面不连续;b、在体内向前传播的过程中,不被表面反射进入屏蔽体的能量被屏蔽材料衰减。也就是所谓的吸收;c、当屏蔽体内未衰减的剩余能量传递到材料的另一个表面时,当遇到金属-空气阻抗不连续的交界面时,会再次反射并返回屏蔽体。这种反射可能在两种金属的交界面上反射多次。总之,电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。【吸收损失】不同材料和材料厚度对电磁波的吸收效果不同.可根据材料吸收损失的列线图获得。【反射损耗】分为低阻抗磁场、高阻抗电场、平面波场三类。其中低阻抗磁场和高阻抗电场的反射损耗列线图计算方法相同,与金属材料、频率及辐射源到屏蔽体的距离有关。对于平面波,波阻抗是常数,与辐射源与屏蔽体之间的距离无关。此时的反射损失值只能通过连接金属材料和感兴趣的频率来找到。
4实际的电磁屏蔽体结构材料a、大多数适用于底板和外壳的材料都是良好的导体,如铜、铝等,可以屏蔽电场,主要的屏蔽机制是反射信号而不是吸收。b、屏蔽磁场需要铁磁材料,如高导磁性合金和铁。主要的屏蔽机制是吸收而不是反射。c、在强电磁环境下,要求材料屏蔽电场和磁场,因此需要结构完整的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度、搭接接地方法的影响。d、塑料外壳是在内壁喷涂屏蔽层,或在蒸汽塑料中混合金属纤维。为了控制通过底板和外壳进出的泄漏辐射,必须尽量减少结构的电气不连续性。提高间隙屏蔽效率的结构措施包括增加间隙深度,减少间隙长度,在接头表面增加导电垫,在接头处涂导电涂层,缩短螺钉间距。【搭接】a、底板和外壳的每一条缝和不连续的地方应尽可能好地搭接。最坏的电搭接对壳体的屏蔽效率起着决定性的作用。b、保证接缝处金属接触,防止电磁能泄漏和辐射。c、如有可能,接缝应焊接。点焊、小间距铆接和螺钉可在条件有限的情况下固定。d、螺钉间距一般应小于最高工作频率的1%,至少不大于1/20波长。e、用螺钉或铆接搭接时,应先在缝中间搭接,然后逐渐延伸到两端,防止金属表面弯曲。f、在有变形应力、冲击和振动时,确保有足够的压力来保持表面接触。g、导电衬垫或指形弹簧材料必须用于接缝不平或可移动面板。h、选用导电性高、弹性好的衬垫。在选择衬垫时,应考虑结合处使用的频率。i、选用硬韧性材料制成的衬垫,以划破金属上的任何表面。j、确保与衬垫材料配合的金属表面无非导电保护层。k、当需要活动接触时,使用指形压簧,并注意保持弹性指簧的压力。l、铝金属表面使用导电橡胶衬垫时,应注意电化腐蚀。橡胶或纯银填料monel电化腐蚀最严重的是线性衬垫。导电橡胶是盐雾环境下铝金属配合表面的最佳衬垫材料。
以下是按优先等级排列的各种衬垫。
1 金属网射频衬垫 容易变形,压力为1.4kg/cm时,衰减为54db。 资料表明,频率较低时衰减最大。 用于永久密封较好,不适宜用于开与关的面板。
2 铜镀合金 有很高的导电性和很好的抗腐蚀性。弹性好,最适合用于和活动面板配合。可制成指条形、螺旋和锯齿面。衰减为100db。
3 导电橡胶 适用于只需名义上连接和少量螺钉的地方。实现水汽密封和电气密封经1500℃、48小时老化后,体电阻率为10~20mω/cm(max)。变形度限制值为25%。资料表明,频率较高时衰减为最大。
4 导电蒙布 在泡沫塑料上蒙一块镀银编织物,形成一个软衬垫,占去大部分疏松空间,主要为民用,适用于 泡沫衬垫 机柜和门板。 【穿透和开口】 a、要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时,屏蔽效能降低30db以上。 b、电源线进入机壳时,全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外;若滤波器结构不宜穿出机壳,则应在电源线进入机壳出专为滤波器设置一隔舱。 c、信号线、控制线进入/穿出机壳时,要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。 d、穿过屏蔽体的金属控制轴,应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴,而用其它轴贯通波导截止频率比工作频率高的园管来做控制轴。 e、必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。 f、当要求使用对地绝缘的金属控制轴时,可用短的隐性控制轴,不调节时,用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。 g、为保险丝、插孔等加金属帽。 h、用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。 i、在屏蔽、通风和强度要求高而质量不苛刻时,用蜂窝板屏蔽通风口,最好用焊接方式保持线连接,防止泄漏。 j、尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽,并对所有引线用穿心电容滤波。 k、在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时,要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃,在保持合理透光度条件下,对30~1000m的屏蔽效能可达50~110db。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜,其屏蔽效果一般不大于20db。但后者可消除观察窗上的静电积累,在仪器上常用.