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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

屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電纜為主，屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€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、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽體對來自導(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，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)干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。

（ 2 ）當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時，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 ）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，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。因為，電磁屏蔽與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因素：一個是整個屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的，另一個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，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，如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料，消除不導(dǎo)電點。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。實際上這是不確切的。因為縫隙或孔洞是否會泄漏電磁波，取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當(dāng)波長遠(yuǎn)大于開口尺寸時，并不會產(chǎn)生明顯的泄漏。因此，當(dāng)干擾的頻率較高時，這時波長較短，就需要使用電磁密封襯墊。具體說，當(dāng)干擾的頻率超過 10MHz 時，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，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要考慮四個因素：屏蔽效能要求、有無環(huán)境密封要求、安裝結(jié)構(gòu)要求、成本要求。屏蔽按機(jī)理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

1 電場屏蔽

【屏蔽機(jī)理】：將電場感應(yīng)看成分布電容間的耦合。

【設(shè)計要點】：

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?。。?o:p>

b 、屏蔽板的形狀對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，但對厚度無要求，只要有足夠的強(qiáng)度就可了。

2 磁場屏蔽

磁場屏蔽通常是指對直流或低頻磁場的屏蔽，其效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要差的多。

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

【設(shè)計要點】：

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，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 、對于強(qiáng)磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)。

對要屏蔽外部強(qiáng)磁場的，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)磁場時，則材料的排列次序要到過來。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的絕緣。當(dāng)沒有接地要求時，可用絕緣材料做支撐件。若需接地時，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。

3 電磁場屏蔽

電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施。

【電磁場屏蔽的機(jī)理】：

a 、當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對入射波產(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，遇到金屬－空氣阻抗不連續(xù)的交界面，會形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個金屬的交界面上可能有多次的反射。

總之，電磁屏蔽體對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、高阻抗電場、平面波場。

其中低阻抗磁場和高阻抗電場的反射損耗列線圖計算方法相同，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的反射損耗值。

4 實際的電磁屏蔽體

【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，主要的屏蔽機(jī)理是反射信號而不是吸收。

b 、對磁場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和磁場兩種成分，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 、對于塑料殼體，是在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層，或在汽塑時摻入金屬纖維。

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。最壞的電搭接對殼體的的屏蔽效能起決定性作用。

b 、保證接縫處金屬對金屬的接觸，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，可用點焊、曉間距的鉚接和用螺釘來固定。

d 、在不加導(dǎo)電襯墊時，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。

e 、用螺釘或鉚接進(jìn)行搭接時，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、震動時保持表面接觸。

g 、在接縫不平整的地方，或在可移動的面板等處，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)需要活動接觸時，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，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，衰減為 54db 。

資料表明，頻率較低時衰減最大。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>

實現(xiàn)水汽密封和電氣密封經(jīng) 1500 ℃、 48 小時老化后，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)線穿過屏蔽體時，屏蔽效能降低 30db 以上。

b 、電源線進(jìn)入機(jī)殼時，全部應(yīng)通過濾波器盒。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 、信號線、控制線進(jìn)入 / 穿出機(jī)殼時，要通過適當(dāng)?shù)臑V波器。具有濾波插針的多芯連接器適于這種場合使用。

d 、穿過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€時會嚴(yán)重降低屏蔽效能。

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

g 、為保險絲、插孔等加金屬帽。

h 、用導(dǎo)電襯墊和墊圈、螺母等實現(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，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 / 顯示器和對引線濾波時，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。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理透光度條件下，對 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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