第4章(2)-电磁屏蔽技术分析

一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般 要达到60B，TEMPEST设备的屏蔽机箱的屏蔽效要达到80dB以上。屏蔽室 或屏蔽舱等往往要达到100dB。100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也 很高。
实心材料屏蔽效能的计算
入射波
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B
由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一， 因此通常用分贝来表述。下表是衰减量与屏蔽效能的对应关系： 无屏蔽场强 ：有屏蔽场强 10 ： 1 屏蔽效能SE （dB） 20
100
1000 10000 100000 1000000
：
： ： ： ：
1
1 1 1 1
40
60 80 100 120
部的磁场强度，RS = 屏蔽体的磁阻，R0 = 空气的磁阻

根据屏蔽效能的定义：
屏蔽效能 = H0 / H1 =（RS + R0）/ RS = 1 + R0 / RS 磁阻的计算： R = S /（ A ） 式中： S = 屏蔽体中磁路的长度， A = 屏蔽体中穿过磁力线的截面面积， = 0 r 。
R0
H1
RS = 屏蔽体的磁阻， R0 = 空气的磁阻

旁路作用的计算：

用电路模型来等效磁路：画一个并联电路图，图中并联
的两个电阻分别代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽体中空气的磁 阻。用计算并联电路的方法可以如下关系式：

H1 = H0 RS / （RS + R0） 式中： H1 = 屏蔽体中心处的磁场强度，H0 = 屏蔽体外
进入金属的能量已经很小，造成多次反射泄漏时，电磁波在屏蔽材料
内已经传输了三个厚度的距离，其幅度往往已经小可以忽略的程度。 说明二：对于磁场波，在第一个界面上，进入屏蔽材料的磁场强度是入射
磁场强度的2倍，因此多次反射造成的影响是必须考虑的。
说明三：当屏蔽材料的厚度较厚时，形成多次反射泄漏之前，电磁波在屏 蔽材料内传输三个厚度的距离，衰减已经相当大，多次反射泄漏也可
磁导率随场强的变化
磁通密度 B = B / H 饱和 最大磁导率 起始磁导率
磁场强度 H

屏蔽强磁场时的问题：当要屏蔽的磁场很强时，存在一对矛盾，即为
场强
B
吸收损耗A R1 R2
距离
波阻抗的概念
波 阻 抗 E/H 377

电场为主 E 1/ r3 H 1 / r2
平面波 E 1/ r H 1/ r
磁场为主 H 1/ r3
E 1/ r2
/ 2
到观测点距离 r
吸收损耗的计算

入射电磁波E0 0.37E0
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t
剩余电磁波E1 E1 = E0e-t/ dB dB dB
电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会
影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。 屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。 屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽 时该位置的场强的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰 减程度。如果屏蔽效能计算中使用的磁场，则称为磁场 屏蔽效能，如果计算中用的是电场，则称为电场屏蔽效 能。

改进的方法：为了能同时对电场和磁场有效的屏蔽，希望既能增加吸收损耗，
又不损失反射损耗，可以在高导磁率材料的表面增加一层高导电率材料，增
加电场波在屏蔽材料与空气界面上的反射损耗。
高导磁率材料的磁旁路效果
H0
H1
R0 Rs
Rs
H0
SE = 1 + R0/RS
H1 = 屏蔽体中心处的磁场强度，
H0 = 屏蔽体外部的磁场强度，
电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏 ，因此要对前面的计算进行修正。
B = 20 lg ( 1 - e -2 t / )
说明：
• B为负值，其作用是减小屏蔽效能
• 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 • 对于电场波，可以忽略
说明一：对于电场波，由于大部分能量在金属与空气的第一个界面反射，
第4章（2）
电磁屏蔽技术
• 屏蔽材料的选择
• 实际屏蔽体的设计
电磁屏蔽
屏蔽前的场强E1 屏蔽后的场强E2
对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽, 电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。 大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用
反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。
不同电磁波的反射损耗
远场: 377 R ＝ 20 lg 4 Zs
电场:
磁场:
4500 R ＝ 20 lg D f Zs
2 D f R ＝ 20 lg Zs
dB
Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m） f = 电磁波的频率（MHz）
影响反射损耗的因素
低频磁场屏蔽产品
磁屏蔽材料的频率特性
r 103
15 10 镍钢 5 1 坡莫合金
金属
冷轧钢
0.01
0.1
1.0
10
100
kHz


钢的相对磁导率
频率（MHz） 0.0001 0.001 0.01 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 r 1000 1000 1000 1000 700 500 100 50
A ＝ 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) A ＝ 8.69 ( t / ) A = 3.34 t f rr
趋肤深度举例
反射损耗
R ＝ 20 lg
ZW 4 Zs
同一种材料的阻 抗随频率变
远场：377
近场：取决于源的阻抗
ZS = 3.68 10-7 f r/r
R(dB)
靠近辐射源
150
r = 30 m
平面波
靠近辐射源
0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M
f
3 108 / 2r
综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)
屏蔽效能 （dB） 250
平面波
150
高频时 电磁波种类 的影响很小
0
0.1k
1k
10k
100k
1M
10M 频率
多次反射修正因子的计算
以忽略。
怎样屏蔽低频磁场？
低频 低频磁场 吸收损耗小 反射损耗小
磁场
高导电材料 高导电材料
高导磁材料

改善低频磁场屏蔽效能的方法：使用导磁率较高的材料，以增加吸收损耗。
理由：对于磁场而言，反射损耗已经很小，主要是靠吸收损耗，吸收损耗的
增加往往比反射损耗的减小幅度大，因此还是能够改善屏蔽效能的。