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Re: 电磁屏蔽技术探讨
3 屏蔽的注意事项
3.1 屏蔽的完整性
如果屏蔽体不完整,将导致电磁场泄漏。特别是电磁场屏蔽,它利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场干扰。如果屏蔽体不完整,涡流的效果降低,即屏蔽的效果大打折扣。
3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和应用场合
电磁屏蔽技术的进展,促使屏蔽材料的形式不断发展,而不再局限于单层金属平板模式,屏蔽效能也不断提高。应用时要特别注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和应用场合。
3.2.1 金属平板
电子设备采用金属平板做机箱,既坚固耐用,又具有电磁屏蔽作用。其电磁屏蔽效能与金属平板材料性质、电磁场源性质、电磁场源与金属平板的距离、屏蔽体接地状况等参数有关。各种金属屏蔽材料的性能见表2。
表2 各种金属屏蔽材料的性能 金属屏蔽材料 相对于铜的电导率(σCu=5.8×107Ω/m) f=150kHz时的相对磁导率 f=150kHz时的吸收损耗/(dB/m)
银 1.05 1 52
铜 1.00 1 51
金 0.70 1 42
铝 0.61 1 40
锌 0.29 1 28
黄铜 0.26 1 26
镉 0.23 1 24
镍 0.20 1 23
磷青铜 0.18 1 22
铁 0.17 1000 650
钢#45 0.10 1000 500
坡莫合金 0.03 80000 2500
不锈钢 0.02 1000 220
3.2.2 屏蔽薄膜
当今许多电子设备采用工程塑料做机箱,由于工程塑料的加工工艺性能好,使机箱既造型美观,又成本低、质量轻。但工程塑料无电磁防护性能。屏蔽薄膜是采用喷涂、真空沉积、电镀和粘贴等工艺技术,在工程塑料和有机介质的表面覆盖一层导电膜,从而起到平板屏蔽的作用。一般导电膜的厚度小于电磁波在其内部传播波长的1/4。
几种喷涂工艺达到的屏蔽效能见表3。
表3 几种喷涂工艺达到的屏蔽效能 喷涂工艺 厚度/μm 电阻/(Ω/mm2) 屏蔽效能/dB
锌热喷涂 25 4.0 50~60
镍基涂层 50 0.5~0.2 30~75
银基涂层 25 0.05~0.1 60~70
铜基涂层 25 0.5 60~70
石墨基涂层 25 7.5~20 20~40
电镀 0.75 0.1 85
化学镀 1.25 0.03 60~70
真空沉积 1.25 5~10 50~70
电离镀 1.0 0.01 50
不同厚度的铜薄膜的屏蔽效能见表4。
表4 铜薄膜的屏蔽效能
厚度/μm 频率/Hz A R B 屏蔽效能/dB
0.105 1M 0.14 109 -47 62
0.105 1G 0.44 79 -17 62
1.25 1M 0.16 109 -26 83
1.25 1G 5.20 79 -0.6 84
2.196 1M 0.29 109 0.6 110
2.196 1G 9.20 79 0.6 90
21.96 1M 2.90 109 -3.5 108
21.96 1G 92 79 0 171
表头或显示器的屏蔽,可在表头或显示器的正面设置透光导电材料来实现。透光导电材料是在有机介质或玻璃的表面覆盖一层导电膜,使其既透光,又具有一定的屏蔽效能。不同透光率导电玻璃的屏蔽效能见表5。
表5 不同透光率导电玻璃的屏蔽效能
透光率 1MHz 10MHz 100MHz 1000MHz
60% 94 72 46 21
65% 90 68 42 16
71% 84 62 36 11
75% 78 56 30 6
80% 74 52 28 4
3.2.3 金属丝网
当有通风、透光、加水、测量等需要时,要在设备外壳上开孔,为提高设备的电磁屏蔽效果,应采用金属丝网的孔眼屏蔽。或用于电子设备壳体的接缝处,提供有效的电磁屏蔽。孔眼的屏蔽效能SE(dB)与电磁波的频率、孔眼的尺寸和数量等参数有关。
为提高孔眼的屏蔽效能可采取以下措施:
1)在大口径孔眼上覆盖金属丝网,要使丝网与屏蔽体接触良好;
2)将大孔改为小孔;
3)采用波导衰减器式通风口;
4)在透光和测量孔上覆盖有金属丝网的屏蔽玻璃;
5)在需要水、气密封的孔上垫含有橡胶等材料的金属丝网。
下面介绍几种常用的金属丝网屏蔽材料。
3.2.3.1 全金属丝网衬垫
全金属丝网衬垫是一种弹性的、导电的编织型金属衬垫丝网条,用于电子设备壳体的接缝处,提供有效的电磁屏蔽。应用时,铸造或机加工的壳体选用矩形截面的全金属丝网衬垫,板金壳体选用圆形截面的全金属丝网衬垫,压缩量为原高度的25%左右。全金属丝网衬垫的屏蔽效能见表6。
表6 全金属丝网衬垫的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
镀银黄铜 80 135 105 95
镀锡包铜钢 80 130 105 95
镀锡磷青铜 80 130 110 100
铝 60 130 90 80
镍铜合金 60 130 90 80
3.2.3.2 环境密封金属丝网衬垫
环境密封金属丝网衬垫是由编织金属丝网和橡胶结合而成,环境密封金属丝网衬垫除能提供有效的电磁屏蔽外,还可以提供有效的环境密封。可用于电子设备壳体的固定接缝处或者活动接缝处,例如门缝等。一般压缩量为原高度的25%左右。其中带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能见表7。
表7 带橡胶芯金属丝网衬垫的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
镀锡包铜钢 80 130 105 95
镀锡磷青铜 80 130 110 95
镍铜合金 60 125 90 80
3.2.3.3 金属丝网屏蔽玻璃
金属丝网屏蔽玻璃是将金属丝网压在两层玻璃之间,不仅能提供有效的电磁屏蔽,还可以提供有效的透光。可用于电子设备的观察窗口,例如表头、数字或图象显示器等。金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能见表8。
表8 金属丝网屏蔽玻璃的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
黑化铜丝网,开孔60% 55 120 60 40
黑化铜丝网,开孔45% 55 120 80 50
3.2.3.4 铝制蜂窝通风板
铝制蜂窝通风板是由铝框中的铝制蜂窝构成。波导型的蜂窝不仅具有电磁屏蔽效能,而且具有高的空气流通性。可用于电子设备的通风窗口。铝制蜂窝通风板的屏蔽效能见表9。
表9 铝制蜂窝通风板的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
单层镀铬酸盐 40 80 60 40
单层镀镉 75 125 105 85
单层镀锡 70 125 105 85
单层镀镍 80 135 115 95
多层镀铬酸盐 65 110 95 85
3.2.4 导电纤维
导电纤维分为以下5种。
1)在化纤织物上镀铜或镍后制成导电布,可对高频和微波具有灵活的屏蔽性能。
2)将导电布和树脂复合制成吸收导电布,由于选用能吸收电磁波的树脂,因此屏蔽性能更好。
(3)用导电良好的金属或碳黑纤维和化纤混合制成导电布。
以上3种导电织物可以做防静电和防电磁辐射的工作服,做屏蔽窗帘、帐篷、保护罩,其屏蔽效能一般在50~60dB。
4)用导电纤维和木浆混合制成导电纸,可以做敏感集成电路的屏蔽包装,其屏蔽效能一般在30~40dB。
5)由许多独立的金属丝合成到硅橡胶中制成的定向金属丝填充硅橡胶,能提供有效的电磁屏蔽和环境密封,常用于非固定缝隙,例如法兰的连接,其屏蔽效能见表10。
表10 定向金属丝填充硅实芯橡胶的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
镀锡磷青铜 75 130 110 100
镍铜合金 80 130 115 100
3.2.5 导电颗粒
导电颗粒屏蔽材料是将镀银的玻璃粒子、纯银粒子、碳黑粒子、铜镀银粒子、镍镀银粒子、铝镀银粒子、石墨镀镍粒子分别掺在硅或氟硅橡胶,可以挤出各种形状,用于电磁和水汽密封。它们的屏蔽效能见表11。
表11 导电颗粒屏蔽材料的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
(100kHz) (10MHz) 1GHz 10GHz
玻璃镀银导电橡胶811 65 130 100 90
纯银导电橡胶856,857 70 130 100 90
碳黑导电橡胶860 93 77 68 88
铜镀银导电橡胶871 75 120 115 110
镍镀银导电橡胶891 75 120 110 100
铝镀银导电橡胶895 75 120 110 100
石墨镀镍导电橡胶750 100 100 100 85
3.2.6 导电胶
导电胶是在硅、环氧树脂胶中掺入纯金属粒子,例如银、镍、铜镀银、铝镀银等,应用在各种屏蔽材料之间,起到粘结、屏蔽和密封的作用。
3.2.7 导电涂料
导电涂料是在聚丙烯和聚氨脂中掺入纯银粒子,可应用于塑料机壳屏蔽和需要柔性屏蔽的设备上。
3.2.8 导电箔带
导电箔带是由单面背敷导电聚丙烯胶的铜带或铝带组成,可用于电子设备接缝的屏蔽密封、缠绕电缆屏蔽等。其屏蔽效能一般在55~60dB。
3.2.9 铍铜簧片
铍铜簧片是具有弹性的屏蔽材料,可用于电子设备活动接缝的屏蔽,例如门、窗等。其屏蔽效能见表12。
表12 铍铜簧片的屏蔽效能dB 材料 磁场 电场 平面波
100kHz 10MHz 1GHz
标准簧片 110 100 90
软簧片 95 85 75
3.2.10 屏蔽复合板
屏蔽复合板是由金属箔、绝缘基片和压敏胶组成,可用于印刷电路、电子设备的屏蔽。其屏蔽效能一般在40~45dB。
3.2.11 纯棉涤电磁材料
纯棉涤电磁材料是将铜原子均匀地分布于棉涤材料中,形成既透明又具有电磁屏蔽功能的材料,可应用于视屏射线辐射保护、手机微波辐射防护等。其屏蔽效能>50dB。
3.3 屏蔽体良好接地
金属屏蔽体良好接地,对静电屏蔽而言,将使屏蔽体外侧的感应电荷流入大地,而不会有感应电场存在。对交变电场屏蔽而言,由于交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积,只要设法使金属屏蔽体良好接地,就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。因此,金属屏蔽体的接地不好,将会降低屏蔽效果。
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