雙屏蔽層屏蔽效能分析及其設計應用

摘 要：針對電磁敏感設備或電磁發射源設備降低EMI影響的常常采用的雙層屏蔽措施有效性問題，通過雙屏蔽層屏蔽效能分析，結合產品電磁兼容設計需求，對雙層蓋板屏蔽應用的有效性及其合理性提出了部分產品設計參考意見。

關鍵詞： 雙屏蔽層 屏蔽效能

中圖分類號：TM2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2011）12（c）-0000-00

隨著電子設備小型化、高度集成化的發展，一方面面臨著產品所處的電磁環境越來越復雜、越來越惡化；另一方面又面臨產品設計性能要求越來越靈敏、越來越精密、越來越智能化、數字化。就數字化時代而言，產品設計時進行電磁兼容設計尤顯重要。電磁兼容設計涉及多方面的內容，而屏蔽技術是抑制產品EMI最常用的方法之一，用于防止輻射性EMI侵入設備或從設備中泄露。在電磁敏感設備或電磁發射源設備中設計案例中，雙層屏蔽層的設計是經常采用的措施之一，但不當的設計帶來了產品設計尺寸和重量的增加，有時是得不償失，甚至是錯誤的。

屏蔽體蓋板的屏蔽效能分析

屏蔽就是利用一個封閉的殼體（屏蔽體）阻止或減少電磁能量傳輸的一種措施。屏蔽體的屏蔽性能用屏蔽效能來衡量。以某電子設備盒體而言，由于產品內部印制板組件及元器件安裝、電氣連接電纜的進出等需要，不可避免的存在孔洞及箱體與蓋板間的接縫等。這些孔縫泄漏，均造成屏蔽體屏蔽效能的降低。

根據平板屏蔽效能

Se=A+R+B

= …（1）

通過合理選擇蓋板和腔體表面處理方法，保證屏蔽體具有良好的導電性能，蓋板吸收損耗在f＝1MHz時，用0.5mm的鋁板已經能達到40dB以上的吸收損耗，選擇材料及其厚度將主要考慮結構的安裝和機械強度、剛度和三防特性。在吸收損耗A>15dB時，多次反射損耗B可忽略。

在蓋板具有一定厚度的條件下，電磁波在兩種不同的介質界面上將產生反射損耗。

采用的鋁合金蓋板時，蓋板周圍介質為空氣，所以Z1>>Z2。故電場在屏蔽體界面1幾乎被全部反射，反射損耗是電場屏蔽的主要機理。磁場分量在屏蔽體內得到加強，在界面2處反射最強，約為2H0，磁場的屏蔽主要依靠屏蔽體材料和一定厚度屏蔽體的吸收。

雙屏蔽層屏蔽效能的分析

在要求提供較高屏蔽效能的場合，經常采用雙層蓋板的結構形式。雙層屏蔽蓋板平行且中間夾層為空氣，在兩層屏蔽蓋板的材料、厚度t均相同時，雙層屏蔽的屏蔽效能Se為：

故雙層屏蔽的吸收損耗和反射損耗均為單層屏蔽（厚度為t）的二倍，多次反射損耗取決于兩層屏蔽層之間的距離d。只有當時（n＝1，2，3…），雙層屏蔽比兩個單層屏蔽的屏蔽效能高約6dB，其余情況雙層屏蔽的屏蔽效能都比該情況有降低，當時（n＝1，2，3…），雙層屏蔽效能最小，其雙層屏蔽的反射損耗減小為單層屏蔽的反射損耗。

電磁屏蔽體結構設計的幾點建議

電磁屏蔽設計是產品結構設計的重要工作內容之一，利用合理有效的屏蔽設計，能有效的為系統敏感部件提供一道抗干擾屏障，提高系統產品抗干擾能力。建議設計時應注意如下幾個方面的內容：

正確選擇屏蔽方案

對單個設備而言，設備的屏蔽體需要解決的屏蔽問題可能來自設備內部、也可能來自設備外部。對設備內部的單個模塊，同樣面臨解決屏蔽模塊內部信號向外輻射的問題和解決設備內部其他模塊或其他設備對它的影響問題。必須根據實際情況和實際要求，有的放矢的采取經濟、有效的屏蔽體設計方案。

考慮到我們經常設計的模塊化機載、彈箭載產品整機尺寸本身較小，單個模塊尺寸更小。在中低頻范圍內設備內部的干擾主要是近場干擾（），在高頻時可能出現遠場干擾（）。而設備外部的干擾遠場干擾更多些，特別是高頻時。選擇屏蔽方案時，應分析干擾源及其特性，選擇正確的方案。

正確設計、使用屏蔽結構

在上述屏蔽方案正確選擇的基礎上，如何從設計、工藝上保證正確使用將至關重要。

雙層屏蔽蓋板設計和加工應嚴格使用原則

雙層屏蔽結構示意圖及等效電路：

當屏蔽盒蓋板與盒體接觸阻抗較小時:

干擾源A對敏感器件B的影響，利用雙層蓋板后產生的屏蔽效能

……（3）

其中：。

故在d＝0時，，雙層屏蔽等同于單層屏蔽，根據需要屏蔽的信號頻率點選擇d值并保證將十分關鍵，當時（n＝1，2，3…）屏蔽效果最佳。在兩蓋板間距很小時，為避免兩層蓋板直接接觸，蓋板間用絕緣層（可以采用添加絕緣材料、噴涂絕緣漆或絕緣氧化涂覆表面等方式）隔開，將保證雙層蓋板提供高于單層蓋板的屏蔽效能。兩層蓋板的中央應避免直接接觸，當兩層蓋板間距很小時，可以借助外蓋和內蓋間絕緣層的彈性將內蓋壓緊。

同時，由于，在保證雙層蓋板隔開且間距不變的情況，利用空氣隔離，將比增加其他絕緣材料層提供更大的屏蔽效能。

結語

正如美國Kentucky大學Dr.C.R.Paul所說：“對于最后的成功驗證，恐怕沒有別的領域像EMC那樣強烈地依賴于測量”。產品的電磁屏磁效能的分析設計僅僅是產品EMC設計中的一環，產品的EMC效果還需要進行專題的試驗測試進行驗證。但所采取的屏蔽設計和理論分析方法、思路對提高接收機產品設計水平，特別是進行產品的小型化、輕量化設計方案選擇和實施具有一定的借鑒作用。