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屏蔽材料的屏蔽效能估算

-2019-04-15-

电磁波在穿过屏蔽体是发生衰减是因为能量有了损耗,这种损耗可以分成两个部分:反射损耗和吸收损耗。反射损耗:当电磁波入射到不同媒质的分界面时,就会发生反射,使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗,用字母R表示。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面,要发生两次反射。因此,电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。反射损耗的计算公式如下:

R=20lg(ZW/ZS) (dB) 

式中: ZW= 入射电磁波的波阻抗 ,ZS=屏蔽材料的特性阻抗

|ZS|=3.68×10-7fμrσr1/2式中: f= 入射电磁波的频率 ,μr=相对磁导率,σr=相对电导率

吸收损耗:电磁波在屏蔽材料中传播时,会有一部分能量转换成热量,导致电磁能量损失,损失的这部分能量成为屏蔽材料的吸收损耗,用字母A表示,计算公式如下: A=3.34tfμrσr1/2 (dB)

多次反射修正因子: 电磁波在屏蔽体的第二个界面(穿出屏蔽体的界面)发生反射后,会再次传输到第一个界面,在第一个界面发射再次反射,而再次到达第二个界面,在这个界面会有一部分能量穿透界面,泄漏到空间。这部分是额外泄漏的。应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子,用字母B表示,大部分场合,B都可以忽略。

SE = R + A + B 

从上面给出的屏蔽效能计算公式可以得出一些对工程有实际指导意义的结论,根据这些结论,我们可以决定使用什么屏蔽材料,注意什么问题。下面给出的结论,出步一看,会感到杂乱无章,无从应用,但是结合上面第3 和第4条仔细分析后,会发现这些结论都有着内在联系。深入理解下面的结论对于结构设计是十分重要的。

1)材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高,但实际的金属材料不可能兼顾这两个方面,例如铜的导电性很好,但是导磁性很差;铁的导磁性很好,但是导电性较差。应该使用什么材料,根据具体屏蔽主要依赖反射损耗、还是吸收损耗来决定是侧重导电性还是导磁性;

2)频率较低的时候,吸收损耗很小,反射损耗是屏蔽效能的主要机理,要尽量提高反射损耗;

3)反射损耗与辐射源的特性有关,对于电场辐射源,反射损耗很大;对于磁场辐射源,反射损耗很小。因此,对于磁场辐射源的屏蔽主要依靠材料的吸收损耗,应该选用磁导率较高的材料做屏蔽材料。

4)反射损耗与屏蔽体到辐射源的距离有关,对于电场辐射源,距离越近,则反射损耗越大;对于磁场辐射源,距离越近,则反射损耗越小;正确判断辐射源的性质,决定它应该靠近屏蔽体,还是原理屏蔽体,是结构设计的一个重要内容。

5)频率较高时,吸收损耗是主要的屏蔽机理,这时与辐射源是电场辐射源还是磁场辐射源关系不大。

6)电场波是最容易屏蔽的,平面波其次,磁场波是最难屏蔽的。尤其是(1KHz以下)低频磁场,很难屏蔽。对于低频磁场,要采用高导磁性材料,甚至采用高导电性材料和高导磁性材料复合起来的材料。