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新万博体育网址电快3投注网站磁屏障效能阐发与实例计较

日期: 2019-10-15
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  (电子科技大学电子工程学院,四川成都610054)摘要:阐述了电磁屏蔽的原理,并对一个实例进行了屏蔽效能的计算。 关键词:电磁屏蔽;屏蔽效能;损耗;干扰 (LONG,HUHao-quan,ZHAOJia—sheng,Yf气NGXian—qing) (CEE, UniVersity ofElectronicScienceand Technolog)r ofChilla, Chengdu 610054, ChiIla) Abstract:Tlle theory electroma四eticscreenhasbeen e印lailled, andthe shieldillg e骶ctiveness wascalcuIafedforan example. Keywords:electromagnetic screen; shjeldiIlg e丘ectiVeness; loss; interference 引言屏蔽是以某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体将需要防护的区域封闭起来,形成电磁 隔离,达到阻隔或减少电磁能传播的一种技术,是抑制电磁干扰的有效措施之一。按屏蔽源 性质或屏蔽原理的不同,屏蔽可以分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。电磁屏蔽主要用于防止 高频电磁场的影响。 2电磁屏蔽原理 2.1 单层实心型屏蔽体 如图1所示,当干扰电磁波入射到厚度为d的金属板屏蔽体时,假设金属板两侧均为空 气介质,则在金属板入射界面(第一界面)上,由于波阻抗突变,必将有一部分被反射回空 气中,而其余部分投射到金属板内。从电磁屏蔽的机理看,被反射的这部分电磁波能量,就 是屏蔽体对干扰电磁波造成的第一次衰减,通常称之为表面反射损耗,用R表示;投射进金 属板内的这部分电磁波能量,在板内继续传播时,还会衰减,通常将这个衰减过程带来的损 耗称为吸收损耗,用A表示。经过吸收损耗后,剩余的电磁波能量到达金属板的另一边界(第 二边界面)时,又要产生反射,并在金属板内两个边界之间多次来回反射,最后真正能透过 第二边界进入被屏蔽空间的电磁波能量已很小。通常将在金属板两个边界之间来回反射所带 来的电磁波能量损耗叫做多次内反射损耗。 61吸收区屏蔽金属的厚度d 屏蔽金属的内部 电磁屏蔽原理示意图辐射干扰经过 屏蔽后的穿透 界面 可见,电磁屏蔽的作用就是体现在表面反射损耗、吸收损耗和内反射损耗上,所以将这 三者分别称为电磁屏蔽效能的第一机理、第二机理和第三机理。综上所述,电磁屏蔽效能可 用下式表示 SE=R R是反射损耗;A是吸收损耗;B是多次反射损耗。2.1.1 表面反射损耗的计算 68卜加lg(等)c衄, 以上各式中,距离r的单位为m,频率f的单位为Hz;以是相对磁导率;q是相对电导率【11。 2。1.2吸收损耗的计算 彳=o.13磁厮(dB) 式中屏蔽体厚度d的单位为mm【1】o 622.1.3 内部多次反射损耗的计算 减吣卜(蒜)2.10‘0‘1A(co so.23A邙枷A为c 是前面计算的吸收损耗。注意,当A>10dB时,B可以忽略【1】o2.2非实心型屏蔽 在实心型屏蔽中,把屏蔽金属板(或封闭的屏蔽箱体)看成是电气上连续的均匀无孔隙 无限平面。在实际的电子系统设备中,这种理想的屏蔽体是不存在的。工程上所用的屏蔽体 均有接缝及孔隙等电气不连续因素。下面只简单讨论两种不连续因素。 2.2.1 缝隙的屏蔽 (1)缝隙开口处的反射损耗 式中,Rt是缝隙开口处的反射损耗:K是空间开口处的波阻抗与空间入射波的波阻抗之比K=羔(入射场为低阻抗场);K=j6.6910’5f g(入射场为平面波场);r是屏蔽体与 场源的距离(cm);g是缝隙的长度(cm);f是频率(cm)。 (2)缝隙的传输损耗 A。=27.3二 实际屏蔽体的缝隙要比上述公式复杂。对常见的搭接缝,缝隙深度t可用搭接深度代替,缝隙长度g应选取电场垂直方向的缝隙开口尺寸。由于实际屏蔽体的电场方向很难确定,为 可靠起见,应将缝隙开口的长轴尺寸作为g值处理。 2.2.2通风子L的屏蔽 为了满足通风散热要求,有时必须在屏蔽体上开设通风孔洞。孔洞的能量泄漏是造成屏 蔽效能下降的一个重要原刚31。 SE=Aa+Ra+B。+Kl+K2+K3 (10) 氏是孔眼中的传输衰减(dB);R。是孔眼的单词反射损耗(dB);B。是多次反射修正项(dB); K1是与孔眼个数有关的修正项(dB);K2是由集肤深度不同引起的低频修正项(dB);K3是由相 邻孔间的相互耦合引起的修正项(dB)。 63A。=32t/D (11) t是孔深(cm);D是孔的直径(cm)。 a砣019一‘12) K=D/3.682r(适用与低阻抗场下的圆孔);K=i5.7910巧囝(适用于平面波场的圆孔) 当干扰源到屏蔽体的距离比孔眼间距大得多时,孔眼个数的修正项为K1=一10lgan (dB) (14) a是每~孔眼的表面积;n是每平方厘米内的孔眼数。 当集肤深度接近于孔眼间距时,穿孔板的屏蔽效能将有所下降,可用集肤深度修正项K2 表示这种影响 K2;一20lg(1+35p-2‘3) (dB) (15) P:孔间导体宽度/集肤深度。集肤深度6;1』一。-7尘坠。 q兀fp0 qlpr0r 当屏蔽体上各个孔眼相距很近,且孔深比孔径小得多时,相邻孔之间的耦合,将对屏蔽 效能产生影响。相邻孔耦合修正项由下式决定 K,-20ig【colhf念】】(dB) (16) 3计算实例 电磁场从外面透入到内部可以纳入两个途径:(1)从屏蔽体材料中穿透;(2)从屏蔽体 上电气不连续处泄漏。假如不考虑从不同途径透入到屏蔽体空间内的电磁场在传输中的相位 差异,则可按下式计算实际屏蔽体的屏蔽效能【2】 sEY。一20lg了10娜,脚(17) p-1下面来计算一个传感器屏蔽盒的屏蔽效能。这是个长方体的铝制屏蔽盒,结构如图2所 示。屏蔽盖1面厚t=1111nl,长8.4cm,宽5.7cm;2面厚4咖;3、4面厚5mm;5面厚6.5cm; 6面厚2咖。除5面外,其他面均有通风孔,通风孔直径D=1mm,孔间距为3mm。屏蔽盖 上有1512个孔。假设在100米外频率为1MHz的平面波影响下。 图2屏蔽盒的示意图1.计算实心型屏蔽效能 因为r>>2兀,属于远场,故1面的屏蔽效能为 s耳1l=R11+A11+B11 41=o.13搿,以q=o.13111061o.61=102.3(dB) 耻168-10培譬-168-10培等1105.9(dB) 由于A>10dB,多次反射修正项B可以忽略。 SEll=R11+All=102.3+105.9=208.2(dB) 其他几个面的屏蔽效能求法相同,得到的结果分别是 SEl2;515.1dB,SEl3=SEl4=617.4 dB, SEl5=770.9 dB, SEl6=310.5 dB 2.计算非实心型屏蔽效能 (1)对于1面的通风孔 A21=32t/D=32{=32(dB) K=j5.7910。5妇D=5.7910一510.1j=5.7910一6j 21220 19L—i压可—』=2019上—jE_;耐2 92 7(dB) 由于A>10dB,多次反射修正项B可以忽略。 对1面来说,新万博体育网址穿孑L板的总孔数为1512=180个,穿孔板总面积为 s=[(15-1)0.3+0.1】【(12—1)O.3+O.1】=14.62(cm)2 单位面积的孔数为n=180/14.62=12.31(个/cm2) 口;生:坠些=-:o.00785fcm)2 Kl=一10lgan=一10lgO.0078512.31=10.15(dB) 孔间导体宽度为3—1=2Ir吼,集肤深度6 ;告:下害坠-0.0845(叫 ;—7=====—_===========U.Uo斗3I皿l 23邡K2—2019(1+35p’23)=-20lg(1+3523朋。2~=一o 21(dB) K,以叭gccotn(念卜2叭gm(最)】|o.0127 由于K2、K3太小,可忽略不计。则1面孔洞的屏蔽效能为 SE2l=R+A+K1=32+92.7+10.15=134.85(dB) 同理可得其他各面的通风孔的屏蔽效能 SE22;230.85dB,SE23=SE24—262.85dB,新万博体育网址,SE26=166.85 dB (2)对于缝隙 设缝隙长度g是盒的长度与宽度之和14.1锄。 K=j6.6910 SE3=R3+A3=48.47+7.74=56.21(dB) 3.屏蔽体的总屏蔽效能 sE=一20lg罗10啦-脚;56.21(dB) 结束语通过对实心型、非实心型屏蔽的分析,分别得到了它们屏蔽效能的计算方法,并用一个 例子来对其进行了具体的说明。 参考文献 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.电磁兼容技术【M】北京:国防工业出版社,2005.2 Practice【J】.卫旺ETraIIs.Elec们magneticCon巾atibiIity,V01.30,N0.3,pp:195.198,Aug.1988

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