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線纜屏蔽原理與應(yīng)用

[當(dāng)前欄目：屏蔽電纜]????? [發(fā)布日期：2017-01-28]

線纜屏蔽原理與應(yīng)用

屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電纜為主，屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。因?yàn)槠帘误w 對(duì)來(lái)自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

（ 1 ）當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對(duì)外來(lái)電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。

（ 2 ）當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。

（ 3 ）在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

許多人不了解電磁屏蔽的原理，認(rèn)為只要用金屬做一個(gè)箱子，然后將箱子接地，就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導(dǎo)下結(jié)果是失敗。因?yàn)椋姶牌帘闻c屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個(gè)因素：一個(gè)是整個(gè)屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的，另一個(gè)是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn)，最主要的一類是屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，如同流體會(huì)從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個(gè)方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料，消除不導(dǎo)電點(diǎn)。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導(dǎo)電填充材料就是電磁密封襯墊。

在許多文獻(xiàn)中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器，似乎只有當(dāng)用導(dǎo)電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實(shí)際上這是不確切的。因?yàn)榭p隙或孔洞是否會(huì)泄漏電磁波，取決于縫隙或孔洞相對(duì)于電磁波波長(zhǎng)的尺寸。當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于開口尺寸時(shí)，并不會(huì)產(chǎn)生明顯的泄漏。因此，當(dāng)干擾的頻率較高時(shí)，這時(shí)波長(zhǎng)較短，就需要使用電磁密封襯墊。具體說(shuō)，當(dāng)干擾的頻率超過(guò) 10MHz 時(shí)，就要考慮使用電磁密封襯墊。

凡是有彈性且導(dǎo)電良好的材料都可以用做電磁密封襯墊。按照這個(gè)原理制造的電磁密封襯墊有：

導(dǎo)電橡膠：在硅橡膠內(nèi)填充占總重量 70 ～ 80 ％比例的金屬顆粒，如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅橡膠良好彈性的特性，同時(shí)具有較好的導(dǎo)電性。

金屬編織網(wǎng)：用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長(zhǎng)條，外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。但它的編織方法與電纜屏蔽層不同，電纜屏蔽層是用多根線編成的，而這種屏蔽襯墊是由一根線織成的。打個(gè)形象的比喻，就像毛衣的袖子一樣。為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的彈性，有時(shí)在網(wǎng)管內(nèi)加入橡膠芯。

指形簧片：鈹銅制成的簧片，具有很好的彈性和導(dǎo)電性。導(dǎo)電性和彈性。

多重導(dǎo)電橡膠：由兩層橡膠構(gòu)成，內(nèi)層是普通硅橡膠，外層是導(dǎo)電橡膠。這種材料克服了傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠彈性差的缺點(diǎn)，使橡膠的彈性得以充分體現(xiàn)。它的原理有些像帶橡膠芯的金屬絲網(wǎng)條。

選擇使用什么種類電磁密封襯墊時(shí)要考慮四個(gè)因素：屏蔽效能要求、有無(wú)環(huán)境密封要求、安裝結(jié)構(gòu)要求、成本要求。屏蔽按機(jī)理可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。

1 電場(chǎng)屏蔽

【屏蔽機(jī)理】：將電場(chǎng)感應(yīng)看成分布電容間的耦合。

【設(shè)計(jì)要點(diǎn)】：

a 、屏蔽板以靠近受保護(hù)物為好，而且屏蔽板的接地必須良好?。?！

b 、屏蔽板的形狀對(duì)屏蔽效能的高低有明顯影響。全封閉的金屬盒最好，但工程中很難做到！

c 、屏蔽板的材料以良導(dǎo)體為好，但對(duì)厚度無(wú)要求，只要有足夠的強(qiáng)度就可了。

2 磁場(chǎng)屏蔽

磁場(chǎng)屏蔽通常是指對(duì)直流或低頻磁場(chǎng)的屏蔽，其效果比電場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽要差的多。

【屏蔽機(jī)理】：主要是依靠高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對(duì)磁通起著分路的作用，使得屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)大為減弱。

【設(shè)計(jì)要點(diǎn)】：

a 、選用高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金；

b 、增加屏蔽體的厚度；

以上均是為了減小屏蔽體的磁阻；

c 、被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減小通過(guò)被屏蔽物體體內(nèi)的磁通；

d 、注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，凡接縫、通風(fēng)空等均可能增加屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。

e 、對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)。

對(duì)要屏蔽外部強(qiáng)磁場(chǎng)的，則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料，如硅鋼；而內(nèi)部可選用容易達(dá)到飽和的高導(dǎo)磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏蔽內(nèi)部強(qiáng)磁場(chǎng) 時(shí)，則材料的排列次序要到過(guò)來(lái)。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時(shí)，要注意彼此間的絕緣。當(dāng)沒有接地要求時(shí)，可用絕緣材料做支撐件。若需接地時(shí)，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。

3 電磁場(chǎng)屏蔽

電磁場(chǎng)屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)在空間傳播的一種措施。

【電磁場(chǎng)屏蔽的機(jī)理】：

a 、當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí)，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對(duì)入射波產(chǎn)生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度，只要求交界面上的不連續(xù)；

b 、未被表面反射掉而進(jìn)入屏蔽體的能量，在體內(nèi)向前傳播的過(guò)程中，被屏蔽材料所衰減。也就是所謂的吸收；

c 、在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量，傳到材料的另一表面時(shí)，遇到金屬－空氣阻抗不連續(xù)的交界面，會(huì)形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個(gè)金屬的交界面上可能有多次的反射。

總之，電磁屏蔽體對(duì)電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和電磁波的吸收。

【吸收損耗】不同的材料、不同的材料厚度對(duì)于電磁波的吸收效果不一樣 . 可根據(jù)材料吸收損耗的列線圖得出。

【反射損耗】分為三類：低阻抗磁場(chǎng)、高阻抗電場(chǎng)、平面波場(chǎng)。

其中低阻抗磁場(chǎng)和高阻抗電場(chǎng)的反射損耗列線圖計(jì)算方法相同，與金屬材料、頻率及輻射源到屏蔽體的距離有關(guān)。

對(duì)于平面波，波阻抗為一常數(shù)，而與輻射源到屏蔽體的距離無(wú)關(guān)，在列線圖中只需連接金屬材料和感興趣的頻率就可求出此時(shí)的反射損耗值。

4 實(shí)際的電磁屏蔽體

【結(jié)構(gòu)材料】

a 、適用于底板和機(jī)殼的材料大多數(shù)是良導(dǎo)體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場(chǎng)，主要的屏蔽機(jī)理是反射信號(hào)而不是吸收。

b 、對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽需要鐵磁材料，如高導(dǎo)磁率合金和鐵。主要的屏蔽機(jī)理是吸收而不是反射。

c 、在強(qiáng)電磁環(huán)境中，要求材料能屏蔽電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩種成分，因此需要結(jié)構(gòu)上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。

d 、對(duì)于塑料殼體，是在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層，或在汽塑時(shí)摻入金屬纖維。

必須盡量減少結(jié)構(gòu)的電氣不連續(xù)性，以便控制經(jīng)底板和機(jī)殼進(jìn)出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結(jié)構(gòu)措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長(zhǎng)度，在結(jié)合面上加入導(dǎo)電襯墊，在接縫處涂上導(dǎo)電涂料，縮短螺釘間距離等。

【搭接】

a 、在底板和機(jī)殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好的搭接。最壞的電搭接對(duì)殼體的的屏蔽效能起決定性作用。

b 、保證接縫處金屬對(duì)金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。

c 、在可能的情況下，接縫應(yīng)焊接。在條件受限制的情況下，可用點(diǎn)焊、曉間距的鉚接和用螺釘來(lái)固定。

d 、在不加導(dǎo)電襯墊時(shí)，螺釘間距一般應(yīng)小于最高工作頻率的 1 ％，至少不大于 1/20 波長(zhǎng)。

e 、用螺釘或鉚接進(jìn)行搭接時(shí)，應(yīng)首先在縫的中部搭接好，然后逐漸向兩端延伸，以防金屬表面的彎曲。

f 、保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應(yīng)力、沖擊、震動(dòng)時(shí)保持表面接觸。

g 、在接縫不平整的地方，或在可移動(dòng)的面板等處，必須使用導(dǎo)電襯墊或指形彈簧材料。

h 、選擇高導(dǎo)電率的和彈性好的襯墊。選擇襯墊時(shí)要考慮結(jié)合處所使用的頻率。

i 、選擇硬韌性材料做成的襯墊，以便劃破金屬上的任何表面。

j 、保證同襯墊材料配合的金屬表面沒有任何非導(dǎo)電保護(hù)層。

k 、當(dāng)需要活動(dòng)接觸時(shí)，使用指形壓簧，并要注意保持彈性指簧的壓力。

l 、導(dǎo)電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時(shí)，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或 monel 線性襯墊將出現(xiàn)最嚴(yán)重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導(dǎo)電橡膠是鹽霧環(huán)境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

以下是按優(yōu)先等級(jí)排列的各種襯墊。

1 金屬網(wǎng)射頻襯墊容易變形，壓力為 1.4kg/cm 時(shí)，衰減為 54db 。

資料表明，頻率較低時(shí)衰減最大。用于永久密封較好，不適宜用于開與關(guān)的面板。

2 銅鍍合金有很高的導(dǎo)電性和很好的抗腐蝕性。

彈性好，最適合用于和活動(dòng)面板配合。可制成指條形、螺旋和鋸齒面。衰減為 100db 。

3 導(dǎo)電橡膠適用于只需名義上連接和少量螺釘?shù)牡胤健?o:p>

實(shí)現(xiàn)水汽密封和電氣密封經(jīng) 1500 ℃、 48 小時(shí)老化后，體電阻率為 10 ～ 20m ω /cm（max）。變形度限制值為 25 ％。資料表明，頻率較高時(shí)衰減為最大。

4 導(dǎo)電蒙布在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物，形成一個(gè)軟襯墊，占去大部分疏松空間，主要為民用，適用于泡沫襯墊機(jī)柜和門板。

　a、要注意由于電纜穿過(guò)機(jī)殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導(dǎo)線穿過(guò)屏蔽體時(shí)，屏蔽效能降低 30db 以上。

b 、電源線進(jìn)入機(jī)殼時(shí)，全部應(yīng)通過(guò)濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機(jī)殼外；若濾波器結(jié)構(gòu)不宜穿出機(jī)殼，則應(yīng)在電源線進(jìn)入機(jī)殼出專為濾波器設(shè)置一隔艙。

c 、信號(hào)線、控制線進(jìn)入 / 穿出機(jī)殼時(shí)，要通過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波器。具有濾波插針的多芯連接器適于這種場(chǎng)合使用。

d 、穿過(guò)屏蔽體的金屬控制軸，應(yīng)該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸，而用其它軸貫通波導(dǎo)截止頻率比工作頻率高的園管來(lái)做控制軸。

e 、必須注意在截止波導(dǎo)孔內(nèi)貫通金屬軸或?qū)Ь€時(shí)會(huì)嚴(yán)重降低屏蔽效能。

f 、當(dāng)要求使用對(duì)地絕緣的金屬控制軸時(shí)，可用短的隱性控制軸，不調(diào)節(jié)時(shí)，用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。

g 、為保險(xiǎn)絲、插孔等加金屬帽。

h 、用導(dǎo)電襯墊和墊圈、螺母等實(shí)現(xiàn)鈕子開關(guān)防泄漏安裝。

i 、在屏蔽、通風(fēng)和強(qiáng)度要求高而質(zhì)量不苛刻時(shí)，用蜂窩板屏蔽通風(fēng)口，最好用焊接方式保持線連接，防止泄漏。

j 、盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對(duì)所有引線用穿心電容濾波。

k 、在不能從后面屏蔽指示器 / 顯示器和對(duì)引線濾波時(shí)，要用與機(jī)殼連續(xù)連接的金屬網(wǎng)或?qū)щ姴Ａ帘沃甘酒?/ 顯示器的前面。對(duì)夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理透光度條件下，對(duì) 30 ～ 1000m 的屏蔽效能可達(dá) 50 ～ 110db 。在透明塑料或玻璃上鍍透明導(dǎo)電膜，其屏蔽效果一般不大于20db 。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。

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