中心議題：

• 電磁屏蔽的技術(shù)原理
• 屏蔽效能計算
• 屏蔽的注意事項(xiàng)
• 屏蔽效能檢測

近幾年來，隨著電磁兼容工作的開展，電磁屏蔽技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛。為了對電磁屏蔽技術(shù)有更深入的理解，應(yīng)當(dāng)對屏蔽材料的性能和應(yīng)用場合、屏蔽技術(shù)的注意事項(xiàng)、屏蔽效能的檢測以及特殊部位的屏蔽措施等進(jìn)行更深入的探討。

1    電磁屏蔽的技術(shù)原理

電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場強(qiáng)度低于允許值的一種措施；或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內(nèi)部電磁場強(qiáng)度低于允許值的一種措施。

1.1    靜電屏蔽
用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷，如果將金屬屏蔽體接地，則外側(cè)的正電荷將流入大地，外側(cè)將不會有電場存在，即帶正電導(dǎo)體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。

1.2    交變電場屏蔽
為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之積。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

1.3    交變磁場屏蔽
交變磁場屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場屏蔽是利用高磁導(dǎo)率的材料構(gòu)成低磁阻通路，使大部分磁場被集中在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當(dāng)然要與設(shè)備的重量相協(xié)調(diào)。高頻磁場的屏蔽是利用高電導(dǎo)率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場來抵消干擾磁場而實(shí)現(xiàn)的。

1.4    交變電磁場屏蔽
一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

2    屏蔽效能計算

屏蔽效能（SE）的定義是：在電磁場中同一地點(diǎn)無屏蔽時的電磁場強(qiáng)度與加屏蔽體后的電磁場強(qiáng)度之比。常用分貝數(shù)(dB)表示。
 

SE=A＋R＋B                          （1）

式中：A為吸收損耗；R為反射損耗；B為多次反射損耗。

2.1    電磁波反射損耗
由于空氣和屏蔽金屬的電磁波阻抗不同，使入射電磁波產(chǎn)生反射作用。而空氣的電磁波阻抗在不同場源和場區(qū)中是不一樣的，分別計算如下。

磁場源近場中的反射損耗R(dB)為：

R=20log10{[1.173(μr/fσr)1/2/D]＋0.0535D(fσr/μr)1/2＋0.354}                            （2）

式中：μr為相對磁導(dǎo)率；σr為相對電導(dǎo)率；f為電磁波頻率（Hz）；D為輻射源到屏蔽體的距離（cm）。

電場源近場中的反射損耗R(dB)為：

R=362－20log10[(μrf3/σr)1/2D]                 （3）

電磁場源遠(yuǎn)場中的反射損耗R(dB)為：

R=168－10log10(μrf/σr)                    （4）

2.2    電磁波吸收損耗
當(dāng)進(jìn)入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在屏蔽金屬內(nèi)傳播時，由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為：

A=0.1314d(μrfσr)1/2                      （5）

式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。
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2.3    多次反射損耗
電磁波在屏蔽層間的多次反射損耗B(dB)為：

B=20log10{1－〔(Zm－Zw)/(Zm＋Zw)〕210－0.1A(cos0.23A－jsin0.23A)}              （6）

式中：Zm為屏蔽金屬的電磁波阻抗；Zw為空氣的電磁波阻抗。

當(dāng)A>10dB時，一般可以不計多次反射損耗。

2.4    屏蔽效能計算實(shí)例
場源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能（dB）計算結(jié)果見表1。表1中近場和遠(yuǎn)場的分界點(diǎn)為λ/2π，λ為電磁場的波長。

表1    場源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能dB

3    屏蔽的注意事項(xiàng)

3.1    屏蔽的完整性
如果屏蔽體不完整，將導(dǎo)致電磁場泄漏。特別是電磁場屏蔽，它利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場干擾。如果屏蔽體不完整，渦流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣。

3.2    屏蔽材料的屏蔽效能和應(yīng)用場合
電磁屏蔽技術(shù)的進(jìn)展，促使屏蔽材料的形式不斷發(fā)展，而不再局限于單層金屬平板模式，屏蔽效能也不斷提高。應(yīng)用時要特別注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和應(yīng)用場合。

3.2.1    金屬平板
電子設(shè)備采用金屬平板做機(jī)箱，既堅固耐用，又具有電磁屏蔽作用。其電磁屏蔽效能與金屬平板材料性質(zhì)、電磁場源性質(zhì)、電磁場源與金屬平板的距離、屏蔽體接地狀況等參數(shù)有關(guān)。各種金屬屏蔽材料的性能見表2。

表2    各種金屬屏蔽材料的性能[page]

3.2.2    屏蔽薄膜
當(dāng)今許多電子設(shè)備采用工程塑料做機(jī)箱，由于工程塑料的加工工藝性能好，使機(jī)箱既造型美觀，又成本低、質(zhì)量輕。但工程塑料無電磁防護(hù)性能。屏蔽薄膜是采用噴涂、真空沉積、電鍍和粘貼等工藝技術(shù)，在工程塑料和有機(jī)介質(zhì)的表面覆蓋一層導(dǎo)電膜，從而起到平板屏蔽的作用。一般導(dǎo)電膜的厚度小于電磁波在其內(nèi)部傳播波長的1/4。

幾種噴涂工藝達(dá)到的屏蔽效能見表3。

表3    幾種噴涂工藝達(dá)到的屏蔽效能

不同厚度的銅薄膜的屏蔽效能見表4。

表4    銅薄膜的屏蔽效能

表頭或顯示器的屏蔽，可在表頭或顯示器的正面設(shè)置透光導(dǎo)電材料來實(shí)現(xiàn)。透光導(dǎo)電材料是在有機(jī)介質(zhì)或玻璃的表面覆蓋一層導(dǎo)電膜，使其既透光，又具有一定的屏蔽效能。不同透光率導(dǎo)電玻璃的屏蔽效能見表5。

表5    不同透光率導(dǎo)電玻璃的屏蔽效能

3.2.3    金屬絲網(wǎng)
當(dāng)有通風(fēng)、透光、加水、測量等需要時，要在設(shè)備外殼上開孔，為提高設(shè)備的電磁屏蔽效果，應(yīng)采用金屬絲網(wǎng)的孔眼屏蔽?；蛴糜陔娮釉O(shè)備殼體的接縫處，提供有效的電磁屏蔽?？籽鄣钠帘涡躍E（dB）與電磁波的頻率、孔眼的尺寸和數(shù)量等參數(shù)有關(guān)。
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為提高孔眼的屏蔽效能可采取以下措施：
1）在大口徑孔眼上覆蓋金屬絲網(wǎng)，要使絲網(wǎng)與屏蔽體接觸良好；
2）將大孔改為小孔；
3）采用波導(dǎo)衰減器式通風(fēng)口；
4）在透光和測量孔上覆蓋有金屬絲網(wǎng)的屏蔽玻璃；
5）在需要水、氣密封的孔上墊含有橡膠等材料的金屬絲網(wǎng)。

下面介紹幾種常用的金屬絲網(wǎng)屏蔽材料。

3.2.3.1    全金屬絲網(wǎng)襯墊
全金屬絲網(wǎng)襯墊是一種彈性的、導(dǎo)電的編織型金屬襯墊絲網(wǎng)條，用于電子設(shè)備殼體的接縫處，提供有效的電磁屏蔽。應(yīng)用時，鑄造或機(jī)加工的殼體選用矩形截面的全金屬絲網(wǎng)襯墊，板金殼體選用圓形截面的全金屬絲網(wǎng)襯墊，壓縮量為原高度的25％左右。全金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能見表6。

表6    全金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能dB

3.2.3.2    環(huán)境密封金屬絲網(wǎng)襯墊
環(huán)境密封金屬絲網(wǎng)襯墊是由編織金屬絲網(wǎng)和橡膠結(jié)合而成，環(huán)境密封金屬絲網(wǎng)襯墊除能提供有效的電磁屏蔽外，還可以提供有效的環(huán)境密封?？捎糜陔娮釉O(shè)備殼體的固定接縫處或者活動接縫處，例如門縫等。一般壓縮量為原高度的25％左右。其中帶橡膠芯金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能見表7。

表7    帶橡膠芯金屬絲網(wǎng)襯墊的屏蔽效能dB

3.2.3.3    金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃
金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃是將金屬絲網(wǎng)壓在兩層玻璃之間，不僅能提供有效的電磁屏蔽，還可以提供有效的透光?？捎糜陔娮釉O(shè)備的觀察窗口，例如表頭、數(shù)字或圖象顯示器等。金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能見表8。

表8    金屬絲網(wǎng)屏蔽玻璃的屏蔽效能dB

3.2.3.4    鋁制蜂窩通風(fēng)板
鋁制蜂窩通風(fēng)板是由鋁框中的鋁制蜂窩構(gòu)成。波導(dǎo)型的蜂窩不僅具有電磁屏蔽效能，而且具有高的空氣流通性?？捎糜陔娮釉O(shè)備的通風(fēng)窗口。鋁制蜂窩通風(fēng)板的屏蔽效能見表9。

表9    鋁制蜂窩通風(fēng)板的屏蔽效能dB[page]

3.2.4    導(dǎo)電纖維
導(dǎo)電纖維分為以下5種。
1）在化纖織物上鍍銅或鎳后制成導(dǎo)電布，可對高頻和微波具有靈活的屏蔽性能。
2）將導(dǎo)電布和樹脂復(fù)合制成吸收導(dǎo)電布，由于選用能吸收電磁波的樹脂，因此屏蔽性能更好。
3）用導(dǎo)電良好的金屬或碳黑纖維和化纖混合制成導(dǎo)電布。
以上3種導(dǎo)電織物可以做防靜電和防電磁輻射的工作服，做屏蔽窗簾、帳篷、保護(hù)罩，其屏蔽效能一般在50～60dB。
4）用導(dǎo)電纖維和木漿混合制成導(dǎo)電紙，可以做敏感集成電路的屏蔽包裝，其屏蔽效能一般在30～40dB。
5）由許多獨(dú)立的金屬絲合成到硅橡膠中制成的定向金屬絲填充硅橡膠，能提供有效的電磁屏蔽和環(huán)境密封，常用于非固定縫隙，例如法蘭的連接，其屏蔽效能見表10。

表10    定向金屬絲填充硅實(shí)芯橡膠的屏蔽效能dB

3.2.5    導(dǎo)電顆粒
導(dǎo)電顆粒屏蔽材料是將鍍銀的玻璃粒子、純銀粒子、碳黑粒子、銅鍍銀粒子、鎳鍍銀粒子、鋁鍍銀粒子、石墨鍍鎳粒子分別摻在硅或氟硅橡膠，可以擠出各種形狀，用于電磁和水汽密封。它們的屏蔽效能見表11。

表11    導(dǎo)電顆粒屏蔽材料的屏蔽效能dB

3.2.6    導(dǎo)電膠
導(dǎo)電膠是在硅、環(huán)氧樹脂膠中摻入純金屬粒子，例如銀、鎳、銅鍍銀、鋁鍍銀等，應(yīng)用在各種屏蔽材料之間，起到粘結(jié)、屏蔽和密封的作用。

3.2.7    導(dǎo)電涂料
導(dǎo)電涂料是在聚丙烯和聚氨脂中摻入純銀粒子，可應(yīng)用于塑料機(jī)殼屏蔽和需要柔性屏蔽的設(shè)備上。

3.2.8    導(dǎo)電箔帶
導(dǎo)電箔帶是由單面背敷導(dǎo)電聚丙烯膠的銅帶或鋁帶組成，可用于電子設(shè)備接縫的屏蔽密封、纏繞電纜屏蔽等。其屏蔽效能一般在55～60dB。

3.2.9    鈹銅簧片
鈹銅簧片是具有彈性的屏蔽材料，可用于電子設(shè)備活動接縫的屏蔽，例如門、窗等。其屏蔽效能見表12。

表12    鈹銅簧片的屏蔽效能dB[page]

3.2.10    屏蔽復(fù)合板
屏蔽復(fù)合板是由金屬箔、絕緣基片和壓敏膠組成，可用于印刷電路、電子設(shè)備的屏蔽。其屏蔽效能一般在40～45dB。

3.2.11    純棉滌電磁材料
純棉滌電磁材料是將銅原子均勻地分布于棉滌材料中，形成既透明又具有電磁屏蔽功能的材料，可應(yīng)用于視屏射線輻射保護(hù)、手機(jī)微波輻射防護(hù)等。其屏蔽效能>50dB。

3.3    屏蔽體良好接地
金屬屏蔽體良好接地，對靜電屏蔽而言，將使屏蔽體外側(cè)的感應(yīng)電荷流入大地，而不會有感應(yīng)電場存在。對交變電場屏蔽而言，由于交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之積，只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。因此，金屬屏蔽體的接地不好，將會降低屏蔽效果。

3.4    特殊部位的特殊屏蔽措施
3.4.1    接縫處理
在屏蔽體的接縫處，由于結(jié)合表面不平、不干凈、焊接質(zhì)量不好、緊固螺釘之間存在空隙等原因，在接縫處造成縫隙，致使屏蔽體的屏蔽效果降低。對固定的接縫最好采用連續(xù)焊接。焊接前，應(yīng)將要焊接表面的非導(dǎo)電物質(zhì)清除干凈。要盡可能對全部外殼間斷處進(jìn)行搭接。對非固定的接縫應(yīng)采用并壓緊導(dǎo)電襯墊，以提高接縫的電磁密封效果。常用的導(dǎo)電襯墊材料有金屬編織物、含有金屬絲的橡膠等。對活動的接縫，如門框上，采用彈性指簧以提高接縫的電磁屏蔽效果。

導(dǎo)電襯墊的固定方式有溝槽定位、粘貼固定和肋片緊固等方式。為提高縫隙的屏蔽效能可采取以下措施：
1）增加金屬板厚度，可通過增加旁邊長度來實(shí)現(xiàn)；
2）減少結(jié)合面縫隙寬度，可通過提高結(jié)合面加工精度、焊接或整體鑄造來實(shí)現(xiàn)；
3）加裝導(dǎo)電襯墊，常用的導(dǎo)電襯墊有編織金屬網(wǎng)、軟金屬、梳狀簧片、導(dǎo)電橡膠等；
4）在接縫處涂導(dǎo)電涂料，常用的導(dǎo)電涂料有導(dǎo)電膠、導(dǎo)電脂等；
5）調(diào)整緊固釘間距，使其小于λ/20（λ為電磁場的波長）；

3.4.2    孔眼屏蔽
當(dāng)有通風(fēng)、照明、加水、測量等需要時，為提高設(shè)備的電磁屏蔽效果，應(yīng)采用孔眼屏蔽。孔眼屏蔽的效果與電磁波的頻率、孔眼的尺寸和數(shù)量等參數(shù)有關(guān)。

3.4.3    編織屏蔽
因電纜需要活動和彎曲，其屏蔽采用編織帶的形式。編織帶的屏蔽效果隨編織密度的增大而增加，隨電磁波的頻率的增大而降低。一般電纜的屏蔽層是用不導(dǎo)磁的金屬絲編織的，可以實(shí)現(xiàn)電場屏蔽。如需實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽，電纜的屏蔽層應(yīng)采用導(dǎo)磁的金屬絲編織。

3.4.4    蜂房板屏蔽
當(dāng)設(shè)備的通風(fēng)和屏蔽要求較高時，采用蜂房板屏蔽有較好的效果。蜂房板屏蔽是利用許多并列的六角形金屬管焊在一起構(gòu)成?。其中每一個金屬管都起波導(dǎo)衰減器的作用，而通風(fēng)的風(fēng)壓降不大。蜂房板的電磁屏蔽效果取決于波導(dǎo)管的衰減特性，即與波導(dǎo)管的幾何尺寸有關(guān)。

3.4.5    面板孔屏蔽
當(dāng)設(shè)備需要安裝表頭、數(shù)據(jù)或圖形顯示器時，應(yīng)對面板孔加以屏蔽，以保證屏蔽的完整性。面板孔屏蔽的較好方法為在表頭或顯示器的后方設(shè)置屏蔽罩。屏蔽罩通過導(dǎo)電襯墊與金屬面板連接，通過屏蔽罩的進(jìn)出線設(shè)置穿心電容。

3.4.6    電連接器屏蔽
選擇的屏蔽式電連接器應(yīng)有足夠的插針，供電纜內(nèi)各個屏蔽層在電連接器頭端接。為保證屏蔽的完整性，要沿著電纜一周，將電纜的外屏蔽層和電連接器整個地連接，最好是焊接；電連接器座通過導(dǎo)電襯墊與設(shè)備的金屬外殼保持良好的電氣連接；電連接器頭也應(yīng)與電連接器座保持良好的電氣連接。

3.4.7    多層屏蔽
當(dāng)單層屏蔽的效果達(dá)不到要求時，可以采用多層屏蔽。特別是對頻帶較寬的屏蔽，分別采用電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率高的幾種材料組成多層屏蔽，可以達(dá)到對高頻電場和低頻磁場均有較好效果的屏蔽。

3.4.8    印刷電路板的屏蔽
1）在電磁干擾源和對電磁干擾敏感的接收電路之間設(shè)置導(dǎo)線屏蔽，并接到電路板的基準(zhǔn)電位上。
2）將導(dǎo)電線條之間的涂覆層盡量多地保留，并接到電路板的基準(zhǔn)電位上。
3）在印刷電路板的三個周邊（電連接器邊除外）設(shè)置地線。
4）對電磁干擾源和對電磁干擾敏感的接收電路分別設(shè)置屏蔽罩，并接到電路板的基準(zhǔn)電位上。
5）在印刷電路板之間設(shè)置屏蔽板，并接到電路板的基準(zhǔn)電位上。

4    屏蔽效能檢測

屏蔽體做好之后需要進(jìn)行屏蔽效能的檢測。

4.1    屏蔽效能的檢測設(shè)備
屏蔽效能的檢測設(shè)備有變頻信號源、射頻放大器、發(fā)射天線、電磁場接收天線、衰減器、測量接收機(jī)、數(shù)據(jù)記錄儀。

4.2    屏蔽效能的檢測方法
1）定位測量點(diǎn)；
2）校準(zhǔn)檢測設(shè)備；
3）測量無發(fā)射時的環(huán)境電平H；
4）測量無屏蔽時在測量點(diǎn)接收到發(fā)射機(jī)的電磁場強(qiáng)度W；
5）測量有屏蔽時在測量點(diǎn)接收到發(fā)射機(jī)的電磁場強(qiáng)度Y。

4.3    屏蔽效能SE的檢測分析
屏蔽效能SE計算式為

SE=20log10[（W－H）/（Y－H）]                   （7）

計算后，將屏蔽效能SE與設(shè)計要求相比較，看是否達(dá)到設(shè)計要求，安全余量是否滿足要求，是否有過設(shè)計。如果達(dá)不到要求，就要具體分析原因并加以改進(jìn)，直到滿足要求為止。如果有過設(shè)計，也要具體分析原因并在以后的設(shè)計中加以改進(jìn)。