EMC电磁屏蔽原理解析:什么是波阻抗?

发布日期:2024-01-11     307 次

     电磁屏蔽的原理主要是依据两种机制:反射损失和吸收损失,反射损失是由于屏蔽体与外部空间的波阻抗不匹配导致外在空间入射的电磁波在屏蔽体表面产生反射而成。吸收损失则是部分进入屏蔽体内的电磁波能量被屏蔽体所吸收的现象。  

波阻抗

要清楚反射损失的现象,必须先了解什么是波阻抗,波阻抗是电磁波在两种介质之间传播时,电场和磁场的比值,它是讨论反射损失的关键参数。以自由空间中传递的平面波为例,他的波阻抗为:

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其中:

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以上常数是探讨远场屏蔽问题的重要参考,因为屏蔽问题一般是在自由空间中讨论,而远场的电磁波通常假设为平面波,所以此屏蔽体的波阻抗若与377Ω差异很大时便会造成很明显的反射现象,从而使得远场的屏蔽效能大大提高。

反射损失与吸收损失

阻抗波的大小决定于此电磁波与产生此电磁波的波源的距离,如果距离已达远场范围,波阻抗就为定值。若距离在近场的范围,波阻抗汇随着这个距离而变动。而且也受到产生此电磁波的波源种类影响。波源分为磁场波源和电场波源两大类。

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对于电场波源而言,在很靠近此波源的地方所量到的电磁波的电场会远远大于磁场,故其波阻抗会很大。反之,在很靠近磁场波源的地方所量到的电磁波,其波阻抗就会很小,所以若以最常用来作为屏蔽材料的金属而言,他无法依赖反射损失来屏蔽磁场源所产生在近场的电磁波。因为金属的波阻抗为:

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其中金属的导电率σ会很大,因此波阻抗会很小,和磁场波源的近场波阻抗差异变小,电磁波在屏蔽体表面的反射便降低。 电磁波若不能在屏蔽体表面被反射,便需要历来吸收损失来增强其屏蔽效能。吸收损失的大小一般需视屏蔽的厚度和集肤深度而定,电磁波在导体中因集肤效应影响,仅能传递很短的距离便衰减殆尽,其所能传递的距离便是集肤深度近似表示成:

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其中f为电磁波的频率,如果f越高或者是μ值和σ值越大,则集肤深度越小,所以屏蔽体的厚度若能大于此集肤深度,该屏蔽体便会因吸收损耗而增强屏蔽效能。

案例分享

当我们在整改机器中,确定好噪声源位置,发现噪声源本身已经存在屏蔽盖,但辐射超标依然严重,我们可以尝试在屏蔽盖上再贴上一层铜箔加强其屏蔽效果。

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上图为在频闭壳外增加铜箔加强屏蔽效果。下面是实测数据:

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(未加强屏蔽前数据)

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(加强屏蔽后数据) 从数据上可以看到,当我们在实验室测试的过程中,如果取下屏蔽罩和增加屏蔽罩效果很明显,但是还是差一点才能够过认证,我们可以尝试加强屏蔽,在若能够达到我们想要的数据,后期的生产中可以考虑将屏蔽罩的厚度加强一点,或者是更换为其他屏蔽材料。 以下是常见材料的集肤深度表格大家可以作为参考:

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