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    線纜屏蔽原理與應用

    [當前欄目:屏蔽電纜]????? [發布日期:2017-01-28]
    線纜屏蔽原理與應用
    屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控制電纜為主,屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、  組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。因為屏蔽體  對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消能量  (電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波)的作用,所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。
    ( 1 )當干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。
    ( 2 )當干擾電磁波的頻率較低時,要采用高導磁率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。
    ( 3 )在某些場合下,如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時,往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
    許多人不了解電磁屏蔽的原理,認為只要用金屬做一個箱子,然后將箱子接地,就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導下結果是失敗。因為,電磁屏蔽與屏  蔽體接地與否并沒有關系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個因素:一個是整個屏蔽體表面必須是導電連續的,另一個是不能有直接穿透屏蔽體的導體。屏蔽體上  有很多導電不連續點,最主要的一類是屏蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。這些不導電的縫隙就產生了電磁泄漏,如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。解  決這種泄漏的一個方法是在縫隙處填充導電彈性材料,消除不導電點。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導電填充材料就是電磁密封襯墊。
    在許多文獻中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器,似乎只有當用導電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實際上這  是不確切的。因為縫隙或孔洞是否會泄漏電磁波,取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當波長遠大于開口尺寸時,并不會產生明顯的泄漏。因此,當干擾的  頻率較高時,這時波長較短,就需要使用電磁密封襯墊。具體說,當干擾的頻率超過 10MHz 時,就要考慮使用電磁密封襯墊。
    凡是有彈性且導電良好的材料都可以用做電磁密封襯墊。按照這個原理制造的電磁密封襯墊有:
    導電橡膠:在硅橡膠內填充占總重量 70 ~ 80 %比例的金屬顆粒,如銀粉、銅粉、鋁粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃球等。這種材料保留一部分硅橡膠良好彈性的特性,同時具有較好的導電性。
    金屬編織網:用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長條,外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。但它的編織方法與電纜屏蔽層不同,電纜屏蔽層是用多根線編成的,  而這種屏蔽襯墊是由一根線織成的。打個形象的比喻,就像毛衣的袖子一樣。為了增強金屬網的彈性,有時在網管內加入橡膠芯。
    指形簧片:鈹銅制成的簧片,具有很好的彈性和導電性。導電性和彈性。
    多重導電橡膠:由兩層橡膠構成,內層是普通硅橡膠,外層是導電橡膠。這種材料克服了傳統導電橡膠彈性差的缺點,使橡膠的彈性得以充分體現。它的原理有些像帶橡膠芯的金屬絲網條。
    選擇使用什么種類電磁密封襯墊時要考慮四個因素:屏蔽效能要求、有無環境密封要求、安裝結構要求、成本要求。屏蔽按機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。
    1 電場屏蔽
    【屏蔽機理】:將電場感應看成分布電容間的耦合。
    【設計要點】:
    a 、屏蔽板以靠近受保護物為好,而且屏蔽板的接地必須良好?。?!
    b 、屏蔽板的形狀對屏蔽效能的高低有明顯影響。全封閉的金屬盒最好,但工程中很難做到!
    c 、屏蔽板的材料以良導體為好,但對厚度無要求,只要有足夠的強度就可了。
    2 磁場屏蔽
    磁場屏蔽通常是指對直流或低頻磁場的屏蔽,其效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要差的多。
    【 屏蔽機理】:主要是依靠高導磁材料所具有的低磁阻,對磁通起著分路的作用,使得屏蔽體內部的磁場大為減弱。
    【設計要點】:
    a 、選用高導磁材料,如坡莫合金;
    b 、增加屏蔽體的厚度;
    以上均是為了減小屏蔽體的磁阻;
    c 、被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上,以盡量減小通過被屏蔽物體體內的磁通;
    d 、注意屏蔽體的結構設計,凡接縫、通風空等均可能增加屏蔽體的磁阻,從而降低屏蔽效果。
    e 、對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結構。
    對要屏蔽外部強磁場的,則屏蔽體的外層選用不易飽和的材料,如硅鋼;而內部可選用容易達到飽和的高導磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要屏蔽內部強磁場  時,則材料的排列次序要到過來。在安裝內外兩層屏蔽體時,要注意彼此間的絕緣。當沒有接地要求時,可用絕緣材料做支撐件。若需接地時,可選用非鐵磁材料  (如銅、鋁)做支撐件。
    3 電磁場屏蔽
    電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施。
    【電磁場屏蔽的機理】:
    a 、當電磁波到達屏蔽體表面時,由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續,對入射波產生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度,只要求交界面上的不連續;
    b 、未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量,在體內向前傳播的過程中,被屏蔽材料所衰減。也就是所謂的吸收;
    c 、在屏蔽體內尚未衰減掉的剩余能量,傳到材料的另一表面時,遇到金屬-空氣阻抗不連續的交界面,會形成再次反射,并重新返回屏蔽體內。這種反射在兩個金屬的交界面上可能有多次的反射。
    總之,電磁屏蔽體對電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和電磁波的吸收。
    【吸收損耗】不同的材料、不同的材料厚度對于電磁波的吸收效果不一樣 . 可根據材料吸收損耗的列線圖得出。
    【反射損耗】分為三類:低阻抗磁場、高阻抗電場、平面波場。
    其中低阻抗磁場和高阻抗電場的反射損耗列線圖計算方法相同,與金屬材料、頻率及輻射源到屏蔽體的距離有關。
    對于平面波,波阻抗為一常數,而與輻射源到屏蔽體的距離無關,在列線圖中只需連接金屬材料和感興趣的頻率就可求出此時的反射損耗值。
    4 實際的電磁屏蔽體
    【結構材料】
    a 、適用于底板和機殼的材料大多數是良導體,如銅、鋁等,可以屏蔽電場,主要的屏蔽機理是反射信號而不是吸收。
    b 、對磁場的屏蔽需要鐵磁材料,如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射。
    c 、在強電磁環境中,要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分,因此需要結構上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。
    d 、對于塑料殼體,是在其內壁噴涂屏蔽層,或在汽塑時摻入金屬纖維。
    必須盡量減少結構的電氣不連續性,以便控制經底板和機殼進出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度,減少縫隙長度,在結合面上加入導電襯墊,在接縫處涂上導電涂料,縮短螺釘間距離等。
    【搭接】
    a 、在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好的搭接。最壞的電搭接對殼體的的屏蔽效能起決定性作用。
    b 、保證接縫處金屬對金屬的接觸,以防電磁能的泄漏和輻射。
    c 、在可能的情況下,接縫應焊接。在條件受限制的情況下,可用點焊、曉間距的鉚接和用螺釘來固定。
    d 、在不加導電襯墊時,螺釘間距一般應小于最高工作頻率的 1 %,至少不大于 1/20 波長。
    e 、用螺釘或鉚接進行搭接時,應首先在縫的中部搭接好,然后逐漸向兩端延伸,以防金屬表面的彎曲。
    f 、保證緊固方法有足夠的壓力,以便在有變形應力、沖擊、震動時保持表面接觸。
    g 、在接縫不平整的地方,或在可移動的面板等處,必須使用導電襯墊或指形彈簧材料。
    h 、選擇高導電率的和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮結合處所使用的頻率。
    i 、選擇硬韌性材料做成的襯墊,以便劃破金屬上的任何表面。
    j 、保證同襯墊材料配合的金屬表面沒有任何非導電保護層。
    k 、當需要活動接觸時,使用指形壓簧,并要注意保持彈性指簧的壓力。
    l 、導電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時,要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或 monel 線性襯墊將出現最嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導電橡膠是鹽霧環境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。
    以下是按優先等級排列的各種襯墊。
    1 金屬網射頻襯墊 容易變形,壓力為 1.4kg/cm 時,衰減為 54db 。
    資料表明,頻率較低時衰減最大。用于永久密封較好,不適宜用于開與關的面板。
    2 銅鍍合金 有很高的導電性和很好的抗腐蝕性。
    彈性好,最適合用于和活動面板配合??芍瞥芍笚l形、螺旋和鋸齒面。衰減為 100db 。
    3 導電橡膠 適用于只需名義上連接和少量螺釘的地方。
    實現水汽密封和電氣密封經 1500 ℃、 48 小時老化后,體電阻率為 10 ~ 20m ω /cm(max) 。變形度限制值為 25 %。資料表明,頻率較高時衰減為最大。
    4 導電蒙布 在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物,形成一個軟襯墊,占去大部分疏松空間,主要為民用,適用于泡沫襯墊機柜和門板。
     a、要注意由于電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時,屏蔽效能降低 30db 以上。
    b 、電源線進入機殼時,全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機殼外;若濾波器結構不宜穿出機殼,則應在電源線進入機殼出專為濾波器設置一隔艙。
    c 、信號線、控制線進入 / 穿出機殼時,要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多芯連接器適于這種場合使用。
    d 、穿過屏蔽體的金屬控制軸,應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸,而用其它軸貫通波導截止頻率比工作頻率高的園管來做控制軸。
    e 、必須注意在截止波導孔內貫通金屬軸或導線時會嚴重降低屏蔽效能。
    f 、當要求使用對地絕緣的金屬控制軸時,可用短的隱性控制軸,不調節時,用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。
    g 、為保險絲、插孔等加金屬帽。
    h 、用導電襯墊和墊圈、螺母等實現鈕子開關防泄漏安裝。
    i 、在屏蔽、通風和強度要求高而質量不苛刻時,用蜂窩板屏蔽通風口,最好用焊接方式保持線連接,防止泄漏。
    j 、盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽,并對所有引線用穿心電容濾波。
    k 、在不能從后面屏蔽指示器 / 顯示器和對引線濾波時,要用與機殼連續連接的金屬網或導電玻璃屏蔽指示器 /   顯示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃,在保持合理透光度條件下,對 30 ~ 1000m 的屏蔽效能可達 50 ~ 110db   。在透明塑料或玻璃上鍍透明導電膜,其屏蔽效果一般不大于20db 。但后者可消除觀察窗上的靜電積累,在儀器上常用。
     






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