屏蔽、搭接、系统接地与隔离

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1、第6章屏蔽、搭接、系统接地与隔离6.1电磁屏蔽原理为了保证电设备的正常工作，需要对电磁波辐射进行控制，在通常采取的技术中，比较有效的技术均是基于以下3项技术的：一是优化电路设计技术；二是配线分离技术(该技术包括线路板设计的相关技术)；三是屏蔽技术。电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传播的方法。电磁屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。电磁屏蔽的机理是电磁感应现象。在外

2、界交变电磁场作用下，通过电磁感应屏蔽壳体内产生感应电流，而这感应电流在屏蔽空间又产生了与外界电磁场方向相反的电磁场，从而抵消了外界电磁场对屏蔽体内电路的影响，产生了屏蔽效果。6.1.1屏蔽效能电场强度与磁场强度之比称为波阻抗。对于任何已知电磁波，波阻抗是一个十分关键的参数，因为它决定了耦合效率，也决定了导体的屏蔽效能。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=20lg(E1/E2)dB或SE=20lg(H1/H2)dB其中E1为屏蔽前的场强，E2为屏蔽后的场强，Ｈ1为屏蔽前的磁

3、场强度，Ｈ2为屏蔽后的磁场强度。如下图所示，屏蔽效能包括吸收损耗A、反射损耗R与多次反射损耗B三部分组成。下图是最常见的3种屏蔽体在厚度为1毫米时的吸收损耗随频率变化的曲线。由曲线可以看出，金属屏蔽体的吸收损耗与材料本身的特性密切相关。金属屏蔽体的反射损耗不仅与材料本身的特性(电导率、磁导率)有关，而且与金属屏蔽体所在的位置有关，还与场源特性有关。6.1.2屏蔽技术静电屏蔽静电干扰分为静电场感应产生的干扰和静磁场耦合产生的干扰。它们都可以用屏蔽方法来抑制。设在带正电荷的导体A附近有导体B，则导体B靠近导体A时，

4、A的一侧将会由于静电感应而带负电。如果用金属屏蔽体将导体A包围起来，此时在屏蔽体的内侧就感应出与导体A等量的负电荷，在外侧出现等量的正电荷，电力线继续到达导体B，而且使感应电场更为复杂；如若将金属屏蔽体接地，使屏蔽体的外侧电场消失，导体B就不会受到感应干扰。这就是静电屏蔽的原理。静电屏蔽应具有两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。磁屏蔽常规屏蔽对低频磁场是无效的，因为低频场的屏蔽取决于反射而不是吸收。电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频辐射电磁波在空间传播的技术措施。屏蔽体起着切断或削弱电磁波传输的作用。对于远场情况

5、的交变电磁场，电场分量和磁场分量同时存在，交变电磁屏蔽的机理有3种理论：(1)感应涡流效应。(2)电磁场理论。(3)传输线理论。当要屏蔽的磁场很强时，如果使用高磁导率材料，会在强磁场中饱和，丧失屏蔽效能，而使用低磁导率材料，由于吸收损耗不够，不能满足要求。遇到这种情况，可采用双层屏蔽，如下图所示。第一层屏蔽具有低磁导率，但不易饱和，第二层屏蔽具有高磁导率，但易饱和。第一层屏蔽先将磁场衰减到适当的强度，不会使第二层屏蔽饱和，第二层高磁导率材料能够充分发挥屏蔽效能。对于近处频率很低的磁场骚扰源(AC或DC电源线、电

6、源变压器、马达、继电器等)，为了保护对磁场敏感设备的正常工作，磁旁路是另一种很有效的屏蔽方法。如下图所示，在这里，为磁场提供一条磁阻很小的通路，将磁力线约束在这条低磁阻通路中，使敏感器件免受磁场的骚扰。综上所述，可以得出如下结论：(1)低频时，高磁导率材料的磁屏蔽效能高于高导电性材料，但当频率较高时，高导电性材料的磁屏蔽效能可能高于高磁导率材料。(2)低频磁场屏蔽可使用高磁导率合金构成磁路，以短路磁力线；(3)磁屏蔽效能与材料的厚度、磁导率成正比、与屏蔽体其他尺寸成反比；(4)磁场很强时，要使用多层屏蔽，以防止

7、磁饱和；(5)机械加工会降低高磁导率材料的屏蔽效能，但热处理后可以恢复；(6)高磁导率材料的磁导率与频率有关，一般只用于1kHz以下。电缆屏蔽电缆屏蔽必须对整条电缆在360°范围内覆盖。对于同轴电缆，它的屏蔽层既传输信号的回流，又传输外部干扰电流。可以用两种办法来度量屏蔽电缆的屏蔽效能，一种是屏蔽效能(SE)，另一种是转移阻抗(ZT)。6.2电磁屏蔽材料6.2.1覆膜类电磁屏蔽材料与工艺在机箱内外壁上覆盖一种或多种具有导电导磁的电磁波屏蔽膜，是对设备进行屏蔽的一个非常重要的方法。其主要手段有：涂覆导电导磁涂料、

8、金属溅射、真空镀铝、电镀、化学镀以及粘贴金属箔或复合箔等。电磁辐射防护涂料包括：屏蔽涂料、吸波涂料和屏蔽吸收型涂料。屏蔽涂料屏蔽涂料又称为导电涂料，根据其组成和导电机理又可分为两大类：结构型导电涂料和掺杂型导电涂料。掺杂型导电涂料可大致分为三类：金属系和碳素系及二者的结合系即复合系，金属系导电涂料主要是以银、铜、镍等为填料的涂料。碳素系主要指以高导电性和高结构性碳黑做填料的导电涂料，复