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屏蔽材料的屏蔽效能估算

-2019-06-24-

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|=3.68×10-7fμrσr1/2式中: f= 入射电磁波的频率 ,μr=相對磁導率,σr=相對電導率

吸收損耗:電磁波在屏蔽材料中傳播時,會有一部分能量轉換成熱量,導致電磁能量損失,損失的這部分能量成爲屏蔽材料的吸收損耗,用字母A表示,計算公式如下: A=3.34tfμrσr1/2 (dB)

多次反射修正因子: 電磁波在屏蔽體的第二個界面(穿出屏蔽體的界面)發生反射後,會再次傳輸到第一個界面,在第一個界面發射再次反射,而再次到達第二個界面,在這個界面會有一部分能量穿透界面,泄漏到空間。這部分是額外泄漏的。應該考慮進屏蔽效能的計算。這就是多次反射修正因子,用字母B表示,大部分場合,B都可以忽略。

SE = R + A + B 


從上面給出的屏蔽效能計算公式可以得出一些對工程有實際指導意義的結論,根據這些結論,我們可以決定使用什麽屏蔽材料,注意什麽問題。下面給出的結論,出步一看,會感到雜亂無章,無從應用,但是結合上面第3 和第4條仔細分析後,會發現這些結論都有著內在聯系。深入理解下面的結論對于結構設計是十分重要的。

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)電場波容易屏蔽的,平面波其次,磁場波是難屏蔽的。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。