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屏蔽材料的屏蔽效能估算

-2019-06-03-

電磁波在穿過屏蔽體是發生衰減是因爲能量有了損耗,這種損耗可以分成兩個部分:反射損耗和吸收損耗。反射損耗:當電磁波入射到不同媒質的分界面時,就會發生反射,使穿過界面的電磁能量減弱。由于反射現象而造成的電磁能量損失稱爲反射損耗,用字母R表示。當電磁波穿過一層屏蔽體時要經過兩個界面,要發生兩次反射。因此,電磁波穿過屏蔽體時的反射損耗等于兩個界面上的反射損耗總和。反射損耗的計算公式如下:

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|=3.68×10-7(fμrσr)1/2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=3.34t(fμrσr)1/2 (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,会再次传输到界面,在发射再次反射,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)材料的導電性和導磁性越好,屏蔽效能越高,但實際的金屬材料不可能兼顧這兩個方面,例如銅的導電性很好,但是導磁性很差;鐵的導磁性很好,但是導電性較差。應該使用什麽材料,根據具體屏蔽主要依賴反射損耗、還是吸收損耗來決定是側重導電性還是導磁性;

2)頻率較低的時候,吸收損耗很小,反射損耗是屏蔽效能的主要機理,要盡量提高反射損耗;

3)反射損耗與輻射源的特性有關,對于電場輻射源,反射損耗很大;對于磁場輻射源,反射損耗很小。因此,對于磁場輻射源的屏蔽主要依靠材料的吸收損耗,應該選用磁導率較高的材料做屏蔽材料。

4)反射損耗與屏蔽體到輻射源的距離有關,對于電場輻射源,距離越近,則反射損耗越大;對于磁場輻射源,距離越近,則反射損耗越小;正確判斷輻射源的性質,決定它應該靠近屏蔽體,還是原理屏蔽體,是結構設計的一個重要內容。

5)頻率較高時,吸收損耗是主要的屏蔽機理,這時與輻射源是電場輻射源還是磁場輻射源關系不大。

6)電場波是容易屏蔽的,平面波其次,磁場波是屏蔽的。尤其是(1KHz以下)低頻磁場,很難屏蔽。對于低頻磁場,要采用高導磁性材料,甚至采用高導電性材料和高導磁性材料複合起來的材料。