- 電磁波屏蔽的理論方法
現(xiàn)有的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度的極限值是在３m、１０m或３０m處規(guī)定的。為了EMC測(cè)試設(shè)備是否滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，需要一塊能提供被測(cè)件與天線之間對(duì)應(yīng)距離的足夠大的場(chǎng)地。EMC測(cè)試場(chǎng)地的背景電磁能量大大低于EMC測(cè)試范圍。
被EMC測(cè)設(shè)備所處的狀態(tài)必須與實(shí)際使用狀態(tài)相同，Ｉ／Ｏ接口與適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)連接。被測(cè)系統(tǒng)要放在轉(zhuǎn)臺(tái)上，這樣可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)找到最大輻射信號(hào)。轉(zhuǎn)臺(tái)與天線放在同一個(gè)地面上。這樣就可以測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)的輻射了。
這種測(cè)試也可以在半無(wú)反射室中進(jìn)行，但一個(gè)合適的測(cè)試室其尺寸和成本都是可觀的。大多數(shù)輻射測(cè)試是在開闊場(chǎng)中進(jìn)行，開闊場(chǎng)是精心選擇的，其電磁背景很低，周圍沒(méi)有反射物，如建筑物。
為了獲得不同材料的屏蔽效能，采用一些其它的測(cè)試方法。屏蔽盒是最先開發(fā)的方法之一。在密封的屏蔽盒內(nèi)放置接收天線的裝置如圖１－５所示。這個(gè)盒子上有一個(gè)方形的開口，將它放置在屏蔽室內(nèi)使外界干擾最小。屏蔽室內(nèi)有信號(hào)發(fā)生器和發(fā)射天線。被測(cè)材料的樣品牢固地夾在盒子的開口上，記錄下發(fā)射天線處的場(chǎng)強(qiáng)和接收天線處的場(chǎng)強(qiáng)。這種材料的屏蔽效能就是兩個(gè)值的比值。純銅板可以用來(lái)作為參考值。圖１－６所示的四個(gè)屏蔽室的裝置可以用來(lái)提高測(cè)量精確度，并且拓寬測(cè)量的頻率范圍。
屏蔽的理論方法
電磁波理是經(jīng)典的理論。麥克斯威爾、法拉第和其它人在電子學(xué)之前就建立了描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本方程式。然而，對(duì)實(shí)際中的復(fù)雜硬件幾乎不能直接應(yīng)用這些方程式。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的衰減用從試驗(yàn)中得到的方程式能夠更好的表達(dá)，這些方程式在屏蔽的設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。
有許多因素會(huì)影響電磁能量源周圍的場(chǎng)。源的種類賦予了場(chǎng)一些特征，如輻射幅度。距離源的距離和電磁波傳輸?shù)拿浇榈奶匦远紩?huì)影響場(chǎng)與屏蔽之間的相互作用。
在電磁屏蔽中，波阻抗Zw是聯(lián)系這些參數(shù)的有用的概念。波阻抗定義為電場(chǎng)E與磁場(chǎng)H的比值。
源上的驅(qū)動(dòng)電壓決定了干擾的特性。例如，環(huán)天線中流動(dòng)的電流與較低的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)。結(jié)果是在天線附近產(chǎn)生較小的電場(chǎng)和較大的磁場(chǎng)，具有較低的波阻抗。另一方面，四分之一波長(zhǎng)的距離上，所有源的波的阻抗趨近于自由空間的特征阻抗，377歐姆。這時(shí)，稱為平面波，作為參考，1MHz的波長(zhǎng)是300m。
按照到源的距離，電磁波可以進(jìn)一步分為兩種，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。兩種場(chǎng)的分界以波長(zhǎng)λ除以2π的距離為分界點(diǎn)。λ/2π附近的區(qū)域稱為過(guò)渡區(qū)。源與過(guò)渡區(qū)是近場(chǎng)，超過(guò)這點(diǎn)為遠(yuǎn)場(chǎng)。近場(chǎng)波的特性主要由源特性決定，而遠(yuǎn)場(chǎng)波的特性由傳播媒介決定。如果源是大電流、低電壓。則在的近場(chǎng)以磁場(chǎng)波為主。高電壓、小電流的源產(chǎn)生電場(chǎng)為主的波。
在設(shè)計(jì)屏蔽控制輻射時(shí)，這個(gè)概念十分有用。由于這時(shí)屏蔽殼與源之間的距離通常在厘米數(shù)量級(jí)，相對(duì)于屏蔽電磁波為近場(chǎng)的情況。在遠(yuǎn)場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)都變?yōu)槠矫娌?，即，波阻抗等于自由空間的特性阻抗。
知道干擾輻射的近場(chǎng)波阻抗對(duì)于設(shè)計(jì)控制方法是十分有用的。用能將磁通分流的高導(dǎo)磁率鐵磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反過(guò)來(lái)，用能將電磁波中電矢量短路的高導(dǎo)電性金屬能夠屏蔽電場(chǎng)波和平面波。入射波的波阻抗與屏蔽體的表面阻抗相差越大，屏蔽體反射的能量越多。因此，一塊高導(dǎo)電率的薄銅片對(duì)低阻抗波的作用很小。
對(duì)于任何電磁干擾，屏蔽作用由三種機(jī)理構(gòu)成。入射波的一部分在屏蔽體的前表面反射，另一部分被吸收，還有一部分在后表面反射，如圖1-7所示。
屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。SE=A+R+B
表1.10和表1.11給出了不同的屏蔽效能，吸收損耗的計(jì)算公式如下：
A=1.13t
式中；t-屏蔽厚度，cm;
μr-屏蔽材料的相對(duì)導(dǎo)磁率；
σr-屏蔽材料的相對(duì)導(dǎo)電率；
f-頻率，Hz。
由于吸收主要由屏蔽厚度產(chǎn)生的，吸收因子對(duì)所有類型的電磁波都一樣，與近場(chǎng)還是遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)關(guān)。
以下是計(jì)算平面后反射損耗的公式，等于電場(chǎng)波和磁場(chǎng)波有類似的公式。
R=168101g(μrf/σr)dB
表1.12給出了一些常用屏蔽材料的相對(duì)導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率。
如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，僅當(dāng)屏蔽層很薄或頻率低于20KHz時(shí)，B才是重要的。在設(shè)計(jì)磁屏蔽時(shí)，特別是14KHz以下時(shí)，除了吸收損耗外，其它因素都可以忽略。同樣，在設(shè)計(jì)電場(chǎng)或平面波屏蔽時(shí)，只考慮反射因子。
當(dāng)一束電磁波碰到屏蔽體時(shí)，在表面上感應(yīng)出電流。屏蔽的一個(gè)作用是將這些電流在最小擾動(dòng)的情況下送到大地，如果在電流的路徑上有開口，電流受到擾動(dòng)要繞過(guò)開口。較長(zhǎng)的電流路徑帶來(lái)附加阻抗，因此在開口上有電壓降。這個(gè)電壓在開口上感應(yīng)出電場(chǎng)并產(chǎn)生輻射。當(dāng)開口的長(zhǎng)度達(dá)到λ/4時(shí)，就變成效率很高的輻射體，能夠?qū)⒄麄€(gè)屏蔽體接收到的能量通過(guò)開口發(fā)射出去。為了限制開口效應(yīng)，一個(gè)一般的規(guī)則是，如果屏蔽體的屏蔽效能要達(dá)到60dB，開口長(zhǎng)度在感興趣的最高頻率處不能超過(guò)0.01λ。每隔一定間隔接觸的復(fù)合或用指形簧片連接的縫隙可以作為一系列開口來(lái)處理。
值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下縫隙開口等屏蔽不連續(xù)性是更應(yīng)該注意的因素。
所有從事電氣或電子設(shè)備設(shè)計(jì)的工程師都應(yīng)該認(rèn)識(shí)到他們所開發(fā)的項(xiàng)目的電磁兼容性要求。為了用較低的成本來(lái)解決這些問(wèn)題，必須在項(xiàng)目的初期就考慮適當(dāng)?shù)腅MC措施來(lái)滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然仔細(xì)地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)能夠有效一減小電磁發(fā)射和敏感度，但本文后面所詳細(xì)介紹的有關(guān)實(shí)際屏蔽技術(shù)的資料將使你在每一個(gè)特殊項(xiàng)目中采取一種適當(dāng)?shù)钠帘巍?br />
