- 電磁波屏蔽的理論方法
現有的規范和標準對產(chǎn)品輻射的電場(chǎng)強度的極限值是在３m、１０m或３０m處規定的。為了EMC測試設備是否滿(mǎn)足這些標準，需要一塊能提供被測件與天線(xiàn)之間對應距離的足夠大的場(chǎng)地。EMC測試場(chǎng)地的背景電磁能量大大低于EMC測試范圍。
被EMC測設備所處的狀態(tài)必須與實(shí)際使用狀態(tài)相同，Ｉ／Ｏ接口與適當的外設連接。被測系統要放在轉臺上，這樣可以通過(guò)旋轉來(lái)找到最大輻射信號。轉臺與天線(xiàn)放在同一個(gè)地面上。這樣就可以測量系統工作時(shí)的輻射了。
這種測試也可以在半無(wú)反射室中進(jìn)行，但一個(gè)合適的測試室其尺寸和成本都是可觀(guān)的。大多數輻射測試是在開(kāi)闊場(chǎng)中進(jìn)行，開(kāi)闊場(chǎng)是精心選擇的，其電磁背景很低，周?chē)鷽](méi)有反射物，如建筑物。
為了獲得不同材料的屏蔽效能，采用一些其它的測試方法。屏蔽盒是最先開(kāi)發(fā)的方法之一。在密封的屏蔽盒內放置接收天線(xiàn)的裝置如圖１－５所示。這個(gè)盒子上有一個(gè)方形的開(kāi)口，將它放置在屏蔽室內使外界干擾最小。屏蔽室內有信號發(fā)生器和發(fā)射天線(xiàn)。被測材料的樣品牢固地夾在盒子的開(kāi)口上，記錄下發(fā)射天線(xiàn)處的場(chǎng)強和接收天線(xiàn)處的場(chǎng)強。這種材料的屏蔽效能就是兩個(gè)值的比值。純銅板可以用來(lái)作為參考值。圖１－６所示的四個(gè)屏蔽室的裝置可以用來(lái)提高測量精確度，并且拓寬測量的頻率范圍。
屏蔽的理論方法
電磁波理是經(jīng)典的理論。麥克斯威爾、法拉第和其它人在電子學(xué)之前就建立了描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本方程式。然而，對實(shí)際中的復雜硬件幾乎不能直接應用這些方程式。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的衰減用從試驗中得到的方程式能夠更好的表達，這些方程式在屏蔽的設計中廣泛應用。
有許多因素會(huì )影響電磁能量源周?chē)膱?chǎng)。源的種類(lèi)賦予了場(chǎng)一些特征，如輻射幅度。距離源的距離和電磁波傳輸的媒介的特性都會(huì )影響場(chǎng)與屏蔽之間的相互作用。
在電磁屏蔽中，波阻抗Zw是聯(lián)系這些參數的有用的概念。波阻抗定義為電場(chǎng)E與磁場(chǎng)H的比值。
源上的驅動(dòng)電壓決定了干擾的特性。例如，環(huán)天線(xiàn)中流動(dòng)的電流與較低的驅動(dòng)電壓對應。結果是在天線(xiàn)附近產(chǎn)生較小的電場(chǎng)和較大的磁場(chǎng)，具有較低的波阻抗。另一方面，四分之一波長(cháng)的距離上，所有源的波的阻抗趨近于自由空間的特征阻抗，377歐姆。這時(shí)，稱(chēng)為平面波，作為參考，1MHz的波長(cháng)是300m。
按照到源的距離，電磁波可以進(jìn)一步分為兩種，近場(chǎng)和遠場(chǎng)。兩種場(chǎng)的分界以波長(cháng)λ除以2π的距離為分界點(diǎn)。λ/2π附近的區域稱(chēng)為過(guò)渡區。源與過(guò)渡區是近場(chǎng)，超過(guò)這點(diǎn)為遠場(chǎng)。近場(chǎng)波的特性主要由源特性決定，而遠場(chǎng)波的特性由傳播媒介決定。如果源是大電流、低電壓。則在的近場(chǎng)以磁場(chǎng)波為主。高電壓、小電流的源產(chǎn)生電場(chǎng)為主的波。
在設計屏蔽控制輻射時(shí)，這個(gè)概念十分有用。由于這時(shí)屏蔽殼與源之間的距離通常在厘米數量級，相對于屏蔽電磁波為近場(chǎng)的情況。在遠場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)都變?yōu)槠矫娌?，即，波阻抗等于自由空間的特性阻抗。
知道干擾輻射的近場(chǎng)波阻抗對于設計控制方法是十分有用的。用能將磁通分流的高導磁率鐵磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反過(guò)來(lái)，用能將電磁波中電矢量短路的高導電性金屬能夠屏蔽電場(chǎng)波和平面波。入射波的波阻抗與屏蔽體的表面阻抗相差越大，屏蔽體反射的能量越多。因此，一塊高導電率的薄銅片對低阻抗波的作用很小。
對于任何電磁干擾，屏蔽作用由三種機理構成。入射波的一部分在屏蔽體的前表面反射，另一部分被吸收，還有一部分在后表面反射，如圖1-7所示。
屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。SE=A+R+B
表1.10和表1.11給出了不同的屏蔽效能，吸收損耗的計算公式如下：
A=1.13t
式中；t-屏蔽厚度，cm;
μr-屏蔽材料的相對導磁率；
σr-屏蔽材料的相對導電率；
f-頻率，Hz。
由于吸收主要由屏蔽厚度產(chǎn)生的，吸收因子對所有類(lèi)型的電磁波都一樣，與近場(chǎng)還是遠場(chǎng)無(wú)關(guān)。
以下是計算平面后反射損耗的公式，等于電場(chǎng)波和磁場(chǎng)波有類(lèi)似的公式。
R=168101g(μrf/σr)dB
表1.12給出了一些常用屏蔽材料的相對導電率和導磁率。
如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，僅當屏蔽層很薄或頻率低于20KHz時(shí)，B才是重要的。在設計磁屏蔽時(shí)，特別是14KHz以下時(shí)，除了吸收損耗外，其它因素都可以忽略。同樣，在設計電場(chǎng)或平面波屏蔽時(shí)，只考慮反射因子。
當一束電磁波碰到屏蔽體時(shí)，在表面上感應出電流。屏蔽的一個(gè)作用是將這些電流在最小擾動(dòng)的情況下送到大地，如果在電流的路徑上有開(kāi)口，電流受到擾動(dòng)要繞過(guò)開(kāi)口。較長(cháng)的電流路徑帶來(lái)附加阻抗，因此在開(kāi)口上有電壓降。這個(gè)電壓在開(kāi)口上感應出電場(chǎng)并產(chǎn)生輻射。當開(kāi)口的長(cháng)度達到λ/4時(shí)，就變成效率很高的輻射體，能夠將整個(gè)屏蔽體接收到的能量通過(guò)開(kāi)口發(fā)射出去。為了限制開(kāi)口效應，一個(gè)一般的規則是，如果屏蔽體的屏蔽效能要達到60dB，開(kāi)口長(cháng)度在感興趣的最高頻率處不能超過(guò)0.01λ。每隔一定間隔接觸的復合或用指形簧片連接的縫隙可以作為一系列開(kāi)口來(lái)處理。
值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下縫隙開(kāi)口等屏蔽不連續性是更應該注意的因素。
所有從事電氣或電子設備設計的工程師都應該認識到他們所開(kāi)發(fā)的項目的電磁兼容性要求。為了用較低的成本來(lái)解決這些問(wèn)題，必須在項目的初期就考慮適當的EMC措施來(lái)滿(mǎn)足相關(guān)的標準。雖然仔細地進(jìn)行電路設計能夠有效一減小電磁發(fā)射和敏感度，但本文后面所詳細介紹的有關(guān)實(shí)際屏蔽技術(shù)的資料將使你在每一個(gè)特殊項目中采取一種適當的屏蔽。
