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屏蔽體、屏蔽機房、 蔽機柜設計原理及理論基礎
日期：2024-06-25 09:15
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摘要： 屏蔽體屏蔽機房屏蔽機柜設計原理及理論基礎
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見(jiàn)的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒(méi)有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒(méi)有屏蔽效能。這是因為許多設計人員沒(méi)有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)，這是必須明確的。
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屏蔽體屏蔽機房屏蔽機柜設計原理及理論基礎
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見(jiàn)的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒(méi)有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒(méi)有屏蔽效能。這是因為許多設計人員沒(méi)有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)，這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是保證屏蔽體的導電連續性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續的導電體。另一點(diǎn)是不能有穿過(guò)機箱的導體。對于一個(gè)實(shí)際的機箱，這兩點(diǎn)實(shí)現起來(lái)都非常困難。其次，一個(gè)實(shí)用的機箱上會(huì )有很多孔洞和孔縫：通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調節桿的開(kāi)口、不同部分結合的縫隙等。
屏蔽設計的主要內容就是如何妥善處理這些孔縫，同時(shí)不會(huì )影響機箱的其他性能（美觀(guān)、可維性、可靠性）。*后，機箱上總是會(huì )有電纜穿出（入），至少會(huì )有一條電源電纜。這些電纜會(huì )極大地危害屏蔽體，使屏蔽體的屏蔽效能降低數十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設計中的重要內容之一（穿過(guò)屏蔽體的導體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大）。
當電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí)，其作用相當于一個(gè)偶極天線(xiàn)，當孔洞的長(cháng)度達到λ/2時(shí)，其輻射效率*高（與孔洞的寬度無(wú)關(guān)），也就是說(shuō)，它可以將激勵孔洞的全部能量輻射出去。對于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞，在遠場(chǎng)區中，*壞情況下（造成*大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì )更大一些）計算公式為：
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥λ/2，SE = 0 (dB)
式中各量：L = 縫隙的長(cháng)度（mm），H = 縫隙的寬度（mm），f = 入射電磁波的頻率（MHz）。
在近場(chǎng)區，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當輻射源是電場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠場(chǎng)時(shí)?。ㄆ帘涡芨撸?，而當輻射源是磁場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠場(chǎng)時(shí)要大（屏蔽效能低）。近場(chǎng)區，孔洞的電磁屏蔽計算公式為：
若ZC >（7.9/D·f）：SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<（7.9/D·f）：SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中：Zc=輻射源電路的阻抗（Ω），D = 孔洞到輻射源的距離（m），L、H = 孔洞長(cháng)、寬（mm），f = 電磁波的頻率（MHz）
說(shuō)明：
1、在**個(gè)公式中，屏蔽效能與電磁波的頻率沒(méi)有關(guān)系。
2、大多數情況下，電路滿(mǎn)足**個(gè)公式的條件，這時(shí)的屏蔽效能大于**中條件下的屏蔽效能。
3、**個(gè)條件中，假設輻射源是純磁場(chǎng)源，因此可以認為是一種在*壞條件下，對屏蔽效能的保守計算。
4、對于磁場(chǎng)源，屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關(guān)，距離越近，則泄漏越大。這點(diǎn)在設計時(shí)一定要注意，磁場(chǎng)輻射源一定要盡量遠離孔洞。多個(gè)孔洞的情況當N個(gè)尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距離小于λ/2）時(shí)，造成的屏蔽效能下降為20lgN1/2。在不同面上的孔洞不會(huì )增加泄漏，因為其輻射方向不同，這個(gè)特點(diǎn)可以在設計中用來(lái)避免某一個(gè)面的輻射過(guò)強。
除了使孔洞的尺寸遠小于電磁波的波長(cháng)，用輻射源盡量遠離孔洞等方法減小孔洞泄漏以外，增加孔洞的深度也可以減小孔洞的泄漏，這就是截止波導的原理。一般情況下，屏蔽機箱上不同部分的結合處不可能完全接觸，只能在某些點(diǎn)接觸上，這構成了一個(gè)孔洞陣列?？p隙是造成屏蔽機箱屏蔽效能降級的主要原因之一。
減小縫隙泄漏的方法有：
1、增加導電接觸點(diǎn)、減小縫隙的寬度，例如使用機械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來(lái)增加接觸面的平整度，增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度；
2、加大兩塊金屬板之間的重疊面積；
3、使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導電材料。如果在縫隙處安裝上連續的電磁密封襯墊，那么，對于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì )發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì )發(fā)生電磁波的泄漏。
一般除了低頻磁場(chǎng)外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。但在實(shí)際中，常見(jiàn)的情況是金屬做成的屏蔽體，并沒(méi)有這么高的屏蔽效能，甚至幾乎沒(méi)有屏蔽效能。這是因為許多設計人員沒(méi)有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵。
首先，需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。這與靜電場(chǎng)的屏蔽不同，在靜電中，只要將屏蔽體接地，就能夠有效地屏蔽靜電場(chǎng)。而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無(wú)關(guān)，這是必須明確的。
電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是保證屏蔽體的導電連續性，即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續的導電體。另一點(diǎn)是不能有穿過(guò)機箱的導體。對于一個(gè)實(shí)際的機箱，這兩點(diǎn)實(shí)現起來(lái)都非常困難。其次，一個(gè)實(shí)用的機箱上會(huì )有很多孔洞和孔縫：通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調節桿的開(kāi)口、不同部分結合的縫隙等。
屏蔽設計的主要內容就是如何妥善處理這些孔縫，同時(shí)不會(huì )影響機箱的其他性能（美觀(guān)、可維性、可靠性）。*后，機箱上總是會(huì )有電纜穿出（入），至少會(huì )有一條電源電纜。這些電纜會(huì )極大地危害屏蔽體，使屏蔽體的屏蔽效能降低數十分貝。妥善處理這些電纜是屏蔽設計中的重要內容之一（穿過(guò)屏蔽體的導體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大）。
當電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí)，其作用相當于一個(gè)偶極天線(xiàn)，當孔洞的長(cháng)度達到λ/2時(shí)，其輻射效率*高（與孔洞的寬度無(wú)關(guān)），也就是說(shuō)，它可以將激勵孔洞的全部能量輻射出去。對于一個(gè)厚度為0材料上的孔洞，在遠場(chǎng)區中，*壞情況下（造成*大泄漏的極化方向）的屏蔽效能（實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì )更大一些）計算公式為：
SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥λ/2，SE = 0 (dB)
式中各量：L = 縫隙的長(cháng)度（mm），H = 縫隙的寬度（mm），f = 入射電磁波的頻率（MHz）。
在近場(chǎng)區，孔洞的泄漏還與輻射源的特性有關(guān)。當輻射源是電場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠場(chǎng)時(shí)?。ㄆ帘涡芨撸?，而當輻射源是磁場(chǎng)源時(shí)，孔洞的泄漏比遠場(chǎng)時(shí)要大（屏蔽效能低）。近場(chǎng)區，孔洞的電磁屏蔽計算公式為：
若ZC >（7.9/D·f）：SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<（7.9/D·f）：SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中：Zc=輻射源電路的阻抗（Ω），D = 孔洞到輻射源的距離（m），L、H = 孔洞長(cháng)、寬（mm），f = 電磁波的頻率（MHz）
說(shuō)明：
1、在**個(gè)公式中，屏蔽效能與電磁波的頻率沒(méi)有關(guān)系。
2、大多數情況下，電路滿(mǎn)足**個(gè)公式的條件，這時(shí)的屏蔽效能大于**中條件下的屏蔽效能。
3、**個(gè)條件中，假設輻射源是純磁場(chǎng)源，因此可以認為是一種在*壞條件下，對屏蔽效能的保守計算。
4、對于磁場(chǎng)源，屏蔽效能與孔洞到輻射源的距離有關(guān)，距離越近，則泄漏越大。這點(diǎn)在設計時(shí)一定要注意，磁場(chǎng)輻射源一定要盡量遠離孔洞。多個(gè)孔洞的情況當N個(gè)尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距離小于λ/2）時(shí)，造成的屏蔽效能下降為20lgN1/2。在不同面上的孔洞不會(huì )增加泄漏，因為其輻射方向不同，這個(gè)特點(diǎn)可以在設計中用來(lái)避免某一個(gè)面的輻射過(guò)強。
除了使孔洞的尺寸遠小于電磁波的波長(cháng)，用輻射源盡量遠離孔洞等方法減小孔洞泄漏以外，增加孔洞的深度也可以減小孔洞的泄漏，這就是截止波導的原理。一般情況下，屏蔽機箱上不同部分的結合處不可能完全接觸，只能在某些點(diǎn)接觸上，這構成了一個(gè)孔洞陣列?？p隙是造成屏蔽機箱屏蔽效能降級的主要原因之一。
減小縫隙泄漏的方法有：
1、增加導電接觸點(diǎn)、減小縫隙的寬度，例如使用機械加工的手段（如用銑床加工接觸表面）來(lái)增加接觸面的平整度，增加緊固件（螺釘、鉚釘）的密度；
2、加大兩塊金屬板之間的重疊面積；
3、使用電磁密封襯墊，電磁密封襯墊是一種彈性的導電材料。如果在縫隙處安裝上連續的電磁密封襯墊，那么，對于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會(huì )發(fā)生液體泄漏一樣，不會(huì )發(fā)生電磁波的泄漏。
