【導讀】電磁屏蔽技術是電磁兼容技術的一個重要組成部分，是抑制輻射干擾的最有效手段。環(huán)境日益惡化的情況下，其重要性就顯得更為突出。的思路，并盡量結合工程實例，來講述現(xiàn)代電磁屏蔽設計技術。衡量設備是否達到電磁兼容的要求，其主要手段是確定設備是否滿足相應的電磁兼容標準。GJB151A/152A—97軍用分系統(tǒng)或設備電磁發(fā)射與敏感度要求。的要求，98年以后新簽的裝備按GJB151A/152A執(zhí)行，98以前簽訂的裝備按GJB151/152執(zhí)行。GJB151A/152A在GJB151/152的基礎上，等效采用了MIL—STD—461D/462D，與GJB151/152相比，在測試項目、頻率范圍、測試環(huán)境、測試方法等方面均發(fā)生了較大的變化。表給出了GJB151A/152A與GJB151/152的比較。兩個標準中，與屏蔽有直接關系的測試項目如表。CE03電源線和互連線傳導發(fā)射CE10210kHz-10MHz電源線傳導發(fā)射，94-60dBμA；利用50ΩμHLISN. RE0214kHz-10GHz電場輻射發(fā)射RE10210kHz-18GHz電場輻射發(fā)射，2-100MHz；62-24dBμV/m；18GHz，69dBμV. 在實際工程中，RE02是最難通過的項目，我們以要求最高的陸軍用設備的。RE02為例子說明其屏效的指標要求。

　　

【正文】 d）透入機箱內部。電流在箱壁內呈指數(shù)規(guī)律衰減。襯 墊內部、襯墊界面與箱壁內部的等值線存在著 Δ Δ2差值。顯然， Δ 值越小，表明加入襯墊后的屏蔽效能越好。下面分析 Δ存在的原因，從而引出選擇、研制、應用襯墊所應注意的事項。 ? Δ1存在的原因：由于機箱由金屬制成，導電襯墊由摻入導電微粒的導電橡膠、金屬 絲網(wǎng)和導電布制成，因此從一般情況來看，箱壁的電導率 m? 大于導電襯墊的電導率g? ， ? 越大，趨膚深度δ就越小， J(x)也就越小，因此箱壁與導電襯墊電導率的差值是導致Δ1 存在的原因。 ? Δ2存在的原因：由于箱蓋表面存在的氧化膜、油污、發(fā)生電化腐蝕、導電襯墊的安裝不當?shù)?，造成襯墊壓縮量過小，甚至出現(xiàn)縫隙，使得箱體與襯墊界面處的接觸阻抗增大，導致 Δ2 的存在。 由此可見，選擇導電性能高的襯墊，對界面導電狀態(tài)進行適當?shù)目刂疲瑴p小界面阻抗， 都會大大提高機箱的屏蔽性能。 導電襯墊接縫 16 導電襯墊的屏蔽性能 由于襯墊屏蔽效能的計算相當困難，因而可采用實測的方法測得襯墊的轉移阻抗及屏蔽效能。 實際被測及應用的襯墊均有長度。為了反映襯墊自身的屏蔽性能，需消除長度的影響，故定義導電襯墊轉移阻抗為歸一化的襯墊阻抗。圖 給出了導電襯墊阻抗的測試原理圖。圖中， I1為流經(jīng)襯墊的電流， U2 為襯墊兩端所產(chǎn)生的壓降。 襯墊阻抗 : 12IUZg ? () 襯墊轉移阻抗 : lZZ gT ? () 屏蔽質量 : 20lg WTZSQ Z? () 式中， ZW為傳播空間的波阻抗， ZW=377Ω（假設為平面波） 由于屏蔽質量引入了 377Ω，而實際的波阻抗大多低于 377Ω，因此屏蔽質量與屏蔽效能的關系為： E=SQ30 (dB) 導電襯墊的屏蔽效能與材料類型、壓縮情況、金屬配接面的涂覆狀態(tài)等因素有關，再具體應用時，應給予足夠的重視。 屏蔽電 纜的設計 典型泄漏結構及泄漏模型分析 目前，實際中采用的屏蔽電纜主要可分為編織型、熱縮管型、波紋管型、鎧裝型及上述形式的混合型等幾個類型。不同形式的屏蔽電纜其泄漏機理和泄漏模型不同。下面分別就上述幾種形式的電纜進行分析。 編織屏蔽電纜 編織屏蔽電纜由于其機械柔韌性在電子領域內使用最為廣泛，其電磁泄漏是由屏蔽體上的編織孔縫所引起的。編織屏蔽電纜的參數(shù)可通過屏蔽層半徑 a 、編織物內的編束數(shù) B、截面數(shù) p、編束內的導線數(shù) N、導線直徑 d及編 織角 ? 來表示圖（ ）。 其主要參數(shù)為： 編織角： ? ?? ?tan 1 4 apB （ ） 填充部分： F pN d NdW N dBa? ? ?s in cos? ? ?4 （ ） 投影覆蓋率： K F F? ?2 2 （ ） 輸入 圖 17 圖 編織屏蔽體的特性參數(shù) 內導體穿過屏蔽體孔縫與外界的電磁耦合如圖 所示。 (a) 磁場泄漏示意圖 (b) 電場泄漏示意圖 圖 編織型屏蔽電纜的泄漏 芯線電流在周圍引起的磁場有一部分可能穿過菱形孔，并與其它芯線回路相交鏈，在屏蔽體回路與芯線回路間引起互感；芯線電位引起的電場將傳過屏蔽體的孔縫 ，使芯線與屏蔽層外部產(chǎn)生電容耦合。 包容型屏蔽電纜 熱縮管型、波紋管型、鎧裝型屏蔽體都屬于無孔的屏蔽體，可將其簡化為無孔的圓筒殼體，對于這類屏蔽電纜，電纜內外的電磁耦合是通過電磁波在屏蔽體內的擴散而進行的，如圖 所示，決定屏蔽體的屏蔽效能的參數(shù)為屏蔽殼體的材料、厚度、層數(shù)等。 圖 管狀屏蔽體的電磁耦合 18 混合型屏蔽電纜 混合型屏蔽電纜是由編織型與包容型的不同組合而構成的，其泄漏示意如圖。 (a) 結構示意圖。 (b) 電磁場泄漏示意圖。 圖 混合型屏蔽電纜電磁場泄漏示意圖 各種屏蔽電纜的屏蔽效能 屏蔽層參數(shù)變化對電纜屏蔽效能的影響 屏蔽電纜的轉移阻抗及屏蔽效能受到屏蔽層的類型、端接方式、材料特性等眾多因素的影響，下面將用西安電子科技大學所編制的仿真軟件，對上述因素進行分析。 單層屏蔽電纜 單層 屏蔽電纜分為編織、包容兩種形式，影響編織電纜屏蔽性能的參數(shù)有編織密度、編織角及編織導線的絲徑、材質等，影響包容電纜屏蔽性能的參數(shù)有屏蔽層厚度、材料等。 編織型屏蔽電纜 圖 、編織角不同的三種電纜的屏效比較，從圖中可以看出，低頻時電 圖 10k 100k 1M 10M 100M 1G 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 83% 單層編織（編織角 30 度） 83% 單層編織（編織角 度） 83% 單層編織（編織角 度） 屏蔽效能（dB） 頻率（ Hz ） 19 纜的屏效較大，隨頻率增高，其值近似不變，這主要是由于低頻屏效主要取決于屏蔽層的直流電阻。而在高頻時由于縫隙泄漏的影響增大，導致屏效急劇降低。另外還可以看出， 編織角越大 (見圖 )，屏效越高。根據(jù)孔耦合理論，孔的泄漏量取決于孔的極化率， ()式給出了孔極化率的表達式： ?m yy mys v, ? 32 ?m xx mxs v, ? 32 ? ?e avs? 32 （ ） 式中 ,s 為孔的面積， vmx 、 vmy 為沿孔主軸（ x、 y）方向的磁極化系數(shù)， ?av 為垂直于孔平面方向的電極化系數(shù)。顯然，極化率正比于孔的面積及電、磁極化系數(shù)。表 形孔的極化系數(shù) ,圖 給出了菱形孔的示意圖。由于芯線沿軸線方向，因此所產(chǎn)生的磁場僅沿 y方向，電場垂直于 xoy平面。與編織屏蔽電纜有關的極化系數(shù)為 vmy 和 ?av ，從表中可看出， w/l 越大，即編織角 ?越大， vmy 和 ?av 就越高，因此在編織密度相同時 (s相等 )，應選擇編織角大的編織方案。 圖 屏效比較，從圖中可以看出，編織密度增加可以提高屏效，但密度太高會導致電纜很硬，其機械性能就變得很差，因此密度必須控制在一定范圍之內。如前所述，孔的泄漏量由孔的極化系數(shù)和密度決定，在編織角相同的情況下，不 同密度的電 表 菱形孔的極化率 w/l 1 vmy vmx 10 4 ?av 纜其極化系數(shù)相同，因而其泄漏只取決于孔的面積。以 40%、 68%、 83%三種密度為例，（ 93%密度太高，柔韌性較差，不宜采用） s3/2 分別為 39 10－ 10－ 10－ 前兩種的差別為 倍，后兩種 Y X 圖 1 0 k 1 0 0 k 1 M 1 0 M 1 0 0 M 1 G2 03 04 05 06 07 08 09 01 0 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 4 0 % 單 層 編 織 （ 編 織 角 3 0 度 ）6 8 % 單 層 編 織 （ 編 織 角 3 0 度 ）8 3 % 單 層 編 織 （ 編 織 角 3 0 度 ）9 3 % 單 層 編 織 （ 編 織 角 3 0 度 ）屏蔽效能(（((((（dB）頻 率（ H z ） 圖 20 差別僅為 倍。顯然，相對于 40%的密度而言， 68%的密度可較大的提高屏效，而密度再高，提高屏效的作用就不明顯了。 包容型屏蔽電纜 圖 、鍍鎳，厚度不同的四種電纜屏效比較，與編織型電纜相反，包容型電纜由 于不存在縫隙泄漏，在高頻時的屏效高于低頻，頻率越高，屏效越大。包容型電纜的屏效還與金屬包容層的材料和厚度有關，導電性能越好 、厚度越厚，其屏效就越高。從圖中可以看出，厚度為 ? m 的鍍銀熱縮管的屏效與 ? m 厚的鍍鎳熱縮管相同。 圖 從 ，單層屏蔽由于編織、包容所具有的固有缺陷，所能提供的屏效有限，在屏效要求較高時，必須采取多層屏蔽。多層屏蔽應綜合利用編織、包容型屏蔽的優(yōu)點，以保證電纜具有足夠高的屏效。 多層編織屏蔽電纜 圖 10k 100k 1M 10M 100M 1G203040506070203040506070鍍銀熱縮管（厚1 . 2 微米）鍍銀熱縮管（厚0 . 6 微米）鍍鎳熱縮管（厚1 . 2 微米）鍍鎳熱縮管（厚2 . 4 微米）屏蔽效能（dB）頻率（H z ）1 0 k 1 0 0 k 1M 1 0 M 1 0 0 M 1G0204060801 0 01 2 01 4 01 6 08 7 % 單層編織（編織角3 8 度）8 7 % 雙層編織（編織角3 8 度）3 7 % 單層編織（編織角3 0 度）3 7 % 雙層編織（編織角3 0 度）屏蔽效能（dB）頻 率（ Hz ） 21 圖 37%單層編織、 87%單層編織、 37%雙層編織、 87%雙層編織四種屏蔽電纜的屏效比較，從圖中可以看出， 37%雙層編織電纜屏效要好于 87%單層編織電纜，而前者的綜合覆蓋密度最多只有 74%，小于 87%，這說明密度高的單層編織屏蔽所達到的屏蔽性能有可能低于采用密度低的雙層編織屏蔽，而后者的柔韌性要好于前者。 圖 圖 63%、 64%雙層編織電纜與 40%、 87%雙層編織電纜的屏效比較，雖然兩種電纜綜合覆蓋密度相同，但兩層密度相差較近的雙層編織電纜屏效比兩層密度相差較大的雙層編織電纜屏效在高頻時要高幾個 dB，顯然前者實際的覆蓋效果要好于后者。 另外還可以看出，雖然采用了雙層屏蔽，但高頻的屏效仍呈下降趨勢，這說明提高高頻屏效，僅僅增加編織密度及層數(shù)，并不能從根本上解決問題。 圖 、 87%單層編織、 87%雙層編織 、單層鋁箔 87%單層編織、單層鋁箔 87%雙層編織等五種電纜的屏效比較。從圖中可以看出，混合型屏蔽電纜的屏效在低頻時主要取決于編織層的性能，這是因為實際電纜的鋁箔厚度很薄，只有 10?m 左右，而編織導線的半徑為 ，遠遠大于鋁箔的厚度，而直流阻抗又取決于屏蔽層的厚度。高頻時，由于屏效取決于抑制縫隙的泄漏，因此起主要作用的是包容型屏蔽層。屏蔽層越多，屏效也就越高。由此可見，對于要求高的電纜，必須采用多層混合型屏蔽，這樣才能從根本上解決高頻屏效低的問題。 10k 100k 1M 10M 100M 1G30405060708090100110120130140304050607080901001101201301404 0 % 、8 7 % 雙層編織6 3 % 、6 4 % 雙層編織屏蔽效能（dB）頻率（H z ） 10k 100k 1M 10M 100M 1G2040608010012014016020406080100120140160單層鋁箔單層鋁箔8 7 % 單層編織（編織角3 8 度） 單層鋁箔8 7 % 雙層編織（編織角3 8 度）8 7 % 雙層編織（編織角3 8 度）8 7 % 單層編織（編織角3 8 度）屏蔽效能（dB）頻率（H z ） 圖 22 屏蔽層接地方式的仿真計算 屏蔽層接地方式、接地阻抗對于屏蔽電纜的屏效起著非常重要的作用。