二节完整屏蔽体屏蔽效能计算导体平板屏蔽效能

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1、 1. 电磁波在屏蔽体电磁波在屏蔽体x0界面处的传播公式界面处的传播公式2.2.单层屏蔽体的有效传输系数单层屏蔽体的有效传输系数3. 3. 电场和磁场的有效传输系数电场和磁场的有效传输系数 4. 单层屏蔽体的屏蔽效能单层屏蔽体的屏蔽效能二二 多层平板屏蔽体的屏蔽效能多层平板屏蔽体的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的计算屏蔽效能的计算1 1 吸收损耗吸收损耗2 反射损耗反射损耗3 多次反射损耗多次反射损耗四四 平面波模型推广到非理想屏蔽结构平面波模型推广到非理想屏蔽结构 入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB电磁波在穿过屏蔽体时发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分为两部

2、分：反射损耗和吸收损耗。电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，因此要发生两次反射电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗的总和。一一单层屏蔽体单层屏蔽体T23 E3 (L） x 0 L 21 T12 E2（0） E1（0） Z1 Z3 Z2 23 图 屏蔽的平面波模型 E2i（0） H H3 32 2 E E3 3 3 E E1 1 H H1 12 2 1 1 具有下标（1,2,3）的、分别依次表示各区域中媒质的磁导率、介电常数和电导率；、Z分别依次表示各区域中平面电磁波的传播常数、媒质的本征阻抗，且)(jj)/(jjZ用表示电磁波由区域i向区域j传播时，分界面处的传输系数和反射系

3、数。Tijij,1. 电磁波在屏蔽体电磁波在屏蔽体x0界界面处的传播公式面处的传播公式T23 E3 (L） x 0 L 21 T12 E2（0） E1（0） Z1 Z3 Z2 23 图 屏蔽的平面波模型 E2i（0） H H3 32 2 E E3 3 3 E E1 1 H H1 12 2 1 1 )0()0()0(triEEE)0()0()0(triHHH)0()0(1rrHZE)0()0(1iiHZE)0()0(2ttHZE透射2122)0()0(12ZZZEETitE2122)0()0(12ZZZHHTitH反射 2121)0()0(21ZZZZEEirE2112)0()0(21ZZZZH

4、HirH2.2.单层屏蔽体的有效传输系数单层屏蔽体的有效传输系数(1).(1).不计分界面对电磁波的多次反射不计分界面对电磁波的多次反射TELEeff310( ) /( )T23 E3 (L） x 0 L 21 T12 E2（0） E1（0） Z1 Z3 Z2 23 图 屏蔽的平面波模型 E2i（0） H H3 32 2 E E3 3 3 E E1 1 H H1 12 2 1 1 由图知： 2323221212)()(,)0()(,)0()0(2TLELEeELETEEL因此 TELET T eeffL31122302( )( )式中 TZZZTZZZ122122332322/ (),/ ()

5、设E2i(0)为区域2中界面X=0处沿+X方向（从左向右）传播的第i次反射波，那么 LLLeEeeEE2222212322123221)0()0()0(T23 E3 (L） x 0 L 21 T12 E2（0） E1（0） Z1 Z3 Z2 23 图 屏蔽的平面波模型 E2i（0） H H3 32 2 E E3 3 3 E E1 1 H H1 12 2 1 1 222123222123212222)0()0()0(LLeEeEE因此，区域2中从X=0处向右传播的所有波的和为：22232122321222212221)0()0()0()0(LLtotaleeEEEEE)()(, )()(2323

6、23212121ZZZZZZZZ式中 (2).(2).计入分界面对电磁波的多次反射计入分界面对电磁波的多次反射T23 E3 (L） x 0 L 21 T12 E2（0） E1（0） Z1 Z3 Z2 23 图 屏蔽的平面波模型 E2i（0） H H3 32 2 E E3 3 3 E E1 1 H H1 12 2 1 1 当 时， 1222321LeLLtotaleTEeEE22223211212232121)0(11)0(LLLLLLtotaleeEeeeEeEE22222222321222321222321223212232122232121)(1 )0(1)1)(1 ()0(1)0(考虑分

7、界面对电磁波的多次反射，单层屏蔽体的有效传输系数为LLLLeffeeTTeETEeTELET2222223212312223211121231311)0()0()0()(分界面的多次反射效应体现于因子 12232121LeT23E3 (L）x0L33311122221T12E2（0）E1（0）Z1 1Z3 3Z2 223图 1 单 层 平 板 屏 蔽 体E2i（0）H H3 32 2E E33 3E E1 1H H1 12 21 1 沿+x方向传播距离L后形成 ，它透过区域2和区域3的分界面，在区域3中X=L处形成E3(L)，totalEEetotalL2ELT EetotalL3232( )

8、 3. 3. 电场和磁场的有效传输系数电场和磁场的有效传输系数 令 233222312221ZZZZZZTTpEEE232321212321ZZZZZZZZqEEE12221LELEEeqepT以TE、TH表示屏蔽体的电场和磁场的有效传输系数 LLeffeeTTELET22223212312131)0()(同理Tp eq eHHLHL22121HHHHHTTpZZZTZZZT23123222321112,2,2式中 HHHHHqZZZZZZZZ2321232323212121,分析：1. 一般，pEpH ，qE=qH=q，所以，TETH。2. 如果Z1=Z3（区域1与区域3媒质相同）， 那么p

9、E=pH=p，qE=qH=q，从而TE=TH=T。4. 单层屏蔽体的屏蔽效能单层屏蔽体的屏蔽效能屏蔽系数:屏蔽区域中同一点屏蔽后与屏蔽前的场强之比.电场和磁场的屏蔽系数分别为： TETEeT ep eq eeECELELELELL112100111221( )( )()THTHeT ep eq eeHCHLHLHLHLL112100111221( )( )() 由上述讨论知，电磁波通过屏蔽体后，电场和磁场为ETELE)0()(13HTHLH)0()(13当Z1=Z3时LLLCHEeqepeTSESESE1221210101log201log20）（电场和磁场的屏蔽效能相等 无限大平板对垂直入射

10、均匀平面波电场及磁场的屏蔽效能 CHCHHCECEETTSETTSE10101010log201log20log201log20一一单层屏蔽体单层屏蔽体1. 电磁波在屏蔽体电磁波在屏蔽体x0界面处的传播公式界面处的传播公式2.2.单层屏蔽体的有效传输系数单层屏蔽体的有效传输系数3. 3. 电场和磁场的有效传输系数电场和磁场的有效传输系数 4. 单层屏蔽体的屏蔽效能单层屏蔽体的屏蔽效能三. 屏蔽效能的计算屏蔽效能的计算1 1 吸收损耗吸收损耗2 反射损耗反射损耗3 多次反射损耗多次反射损耗四四 平面波模型推广到非理想屏蔽结构平面波模型推广到非理想屏蔽结构 二二 多层平板屏蔽体的屏蔽效能多层平板屏

11、蔽体的屏蔽效能 L2+L3+LN 0 x Zn+1 Zn Z4 Z3 Z2 Z1 1 1 H H1 1 E E1 1 n n+ +1 1 E En n+ +1 1 H Hn n+ +1 1 图 多 层 平 板 屏 蔽 体 电场和磁场的屏蔽系数)(123122)(1231223423123213333222232133332222)1 ()1 ()1 ()1 (LLLLLLELLLLLLEEECEeeqeeqepeeqeeqeTTTT)(123122)(1231223423123213333222232133332222)1 ()1 ()1 ()1 (LLLLLLHLLLLLLHHHCHeeqe

12、eqepeeqeeqeTTTT2层（n=3） L2+L3+LN 0 x Zn+1 Zn Z4 Z3 Z2 Z1 1 1 H H1 1 E E1 1 n n+ +1 1 E En n+ +1 1 H Hn n+ +1 1 图 多 层 平 板 屏 蔽 体 434323212342312222ZZZZZZZZZTTTpEEEE433322211342312222ZZZZZZZZZTTTpHHHH)3 , 2(1111iZZZZZZZZqiiiiiiiii式中： n-1层屏蔽体的电场和磁场的屏蔽系数为 式中 niLLiLECEniiiiiieeqepT21221)1 (niLLiLHCHniiiiii

13、eeqepT21221)1 (niiiiEniZZZp111), 3 , 2(2), 3 , 2(211niZZZpniiiiH), 3 , 2(1111niZZZZZZZZqiiiiiiiii根据屏蔽效能的定义知，如果Z1=Zn+1，那么pE=pH=p，从而电场和磁场屏蔽效能相等。媒质1是有耗媒质时，屏蔽效能表达式中的因子不等于零；媒质1无耗时，此因子为零。一一单层屏蔽体单层屏蔽体1. 电磁波在屏蔽体电磁波在屏蔽体x0界面处的传播公式界面处的传播公式2.2.单层屏蔽体的有效传输系数单层屏蔽体的有效传输系数3. 3. 电场和磁场的有效传输系数电场和磁场的有效传输系数 4. 单层屏蔽体的屏蔽效能

14、单层屏蔽体的屏蔽效能二二 多层平板屏蔽体的屏蔽效能多层平板屏蔽体的屏蔽效能 1 1 吸收损耗吸收损耗2 反射损耗反射损耗3 多次反射损耗多次反射损耗四四 平面波模型推广到非理想屏蔽结构平面波模型推广到非理想屏蔽结构 三. 屏蔽效能的计算屏蔽效能的计算设厚度为t的导体平板屏蔽体两侧的区域为自由空间，则单层平板屏蔽体的屏蔽效能 BRAqepeeqepeTTSEtttttCC21010)(10121010101log20log20log20)1 (log20log201log2011teA)(101log20pR10log20tqeB2101log20吸收损耗 反射损耗 多次反射损耗1 1 吸收损耗

15、吸收损耗令 ,和是电磁波在金属屏蔽体中的衰减常数和相移常数。对于良导体 ，集肤深度 。jZZk,21ff111自由空间传播常数1吸收损耗忽略te1 吸收损耗是电磁波通过屏蔽体所产生的热损耗引起v 当f l0MH z用0.1mm厚的铜皮制成的屏蔽体能将场强减弱100倍以上。屏蔽体可用表面贴有铜箔的绝缘材料制成。v 当f 100MHz时，可在塑料壳体上镀或喷以铜层或银层制成屏蔽体。屏蔽材料越厚，吸收损耗越大，厚度每增加一个趋肤深度，吸收损耗增加约9dB；屏蔽材料的磁导率越高，吸收损耗越大； 屏蔽材料的电导率越高，吸收损耗越大； 被屏蔽电磁波的频率越高，吸收损耗越大。结论结论v当f 1MH z时，用

16、0.5mm厚的任何一种金属板制成的屏蔽体，能将场强减弱l00倍左右。因此，在选择材料与厚度时，应着重考虑材料的机械强度、刚度、工艺性及防潮、防腐等因素。特点特点t剩余电磁波E1E1 = E0e-t/tteeAtt6859. 86859. 8log20log2010)(101入射电磁波E0趋肤深度趋肤深度（mm）MHz用金属屏蔽材料的相对电导率、磁导率来表示吸收损耗， )(131. 0dBftArr式中t为屏蔽体厚度（mm）； 为屏蔽体的相对磁导率； 为屏蔽体相对于铜的电导率 rr或根据所要求的吸收衰减量，求出屏蔽体的厚度，即)(131. 0mmfAtrr在频率较高时，吸收损耗是相当大的，2反射

17、损耗反射损耗pR10log20一般情况下，自由空间的波阻抗Z1比金属屏蔽体的波阻抗Z2大得多，即 21ZZ 21104log20ZZR反射损耗是由屏蔽体表面处阻抗不连续性引起的远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变rrfZ721068. 3反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。越大。源 的 性 质应用条件波阻抗反 射 损 耗 (dB)远区平面波的波阻抗近区电场的波阻抗 近区磁场的波阻抗2r377120000Z)(lg10168dBfRrrp2rrfjZEW10108 . 12rrfjZHW6109 . 7)(lg107

18、.32123dBrfRrre)(lg106 .142dBrfRrrm150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源对于特定的屏蔽材料，波阻抗越高，反射损耗越大。对于铜屏蔽材料，电场源和磁场源的波阻抗变化规律，如图。（1）屏蔽材料：）屏蔽材料：mnrrrfCR1lg10屏蔽材料的电导率越高、磁导率越低，反射损耗越大。（2）场源特性：）场源特性：对于同一屏蔽材料，不同的场源特性有不同的反射损耗。通常，磁场反射损耗小于平面波反射损耗和电场反射损耗。即ep

19、mRRR但当频率升高时，电场波和磁场波的反射损耗趋向于一致，最终汇合在平面波的反射损耗数值上。 150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源反射损耗的一般方程（3）场源至屏蔽体的距离）场源至屏蔽体的距离：150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源电场波：屏蔽体距离辐射源越近，反射损耗越大。磁场波：

20、屏蔽体距离辐射源越远，反射损耗越大。因此要获得尽量高的屏蔽效能，如果是电场源，则屏蔽体应尽量靠近辐射源，如果是磁场，则应尽量远离辐射源。平面波的反射损耗Rp与距离r无关，电场的反射损耗Re与距离的平方成反比，磁场的反射损耗Rm与距离的平方成正比。（4） 频率：频率：频率对反射损耗的影响是从两个方面发生，频率升高时，电磁波的波阻抗发生变化，电场波的波阻抗变低，磁场波的波阻抗变高。150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源频率升高时，屏蔽材料的阻抗

21、发生变化（变大）。综合这两个方面的影响，就得出图示的反射损耗特性。对于平面波，由于波阻抗一定（377），因此随着频率升高，反射损耗降低。屏蔽材料的反射损耗并不是将电磁能量损耗掉，而是将其反射到空间，传播到其它地方。因此，反射损耗很大并不一定是好事情，反射的电磁波有可能对其它电路造成影响。特别是当辐射源在屏蔽机箱内时，反射波在机箱内可能会由于机箱的谐振得到增强，对电路造成干扰。150250平面波平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高频时高频时电磁波种类电磁波种类的影响很小的影响很小电场波电场波 r = 0.5 m磁场波磁场波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）频率总的屏蔽效能等

22、于吸收损耗与反射损耗之和低频：低频：趋肤深度很大，吸收损耗很小，屏蔽效能主要决于反射损耗。而反射损耗与电磁波的波阻抗关系很大，因此，低频时不同的电磁波的屏蔽效能相差很大。电场波的屏蔽效能远高于磁场波。高频：高频：频率升高，电场波的反射损耗降低，磁场波的反射损耗增加；由于趋肤深度减小，吸收损耗增加，当频率高到一定程度时，吸收损耗已经很大，屏蔽效能主要由吸收损耗决定。由于屏蔽的吸收损耗与电磁波的种类（波阻抗）无关，在高频时，不同种类的电磁波的屏蔽效能几乎相同。电场波种类与屏蔽效能：电场波种类与屏蔽效能：屏蔽的难度按电场波、平面波、磁场波的顺序依次增加。电场波是最容易屏蔽的，而磁场波是最难屏蔽的。特

23、别是频率较低的磁场波，很难屏蔽。选购屏蔽材料时，要参考厂家提供的屏蔽数据，一定要搞清楚数据是在什么条件下获得的。导电薄膜、导电涂覆层等对磁场往往屏蔽效能很低，厂家给出的屏蔽数据一般是电场波或平面波的。3 多次反射损耗多次反射损耗多次反射损耗是电磁波在屏蔽体内反复碰到壁面所产生的损耗。当屏蔽体较厚或频率较高时，导体吸收损耗较大. 在吸收损耗大于10dB时，多次反射损耗B可以忽略。 在吸收损耗小于10dB时，多次反射损耗B必须考虑。一般情况下，自由空间的波阻抗比金属屏蔽体的波阻抗大得多， 即Z1Z2 )(1lg20/2dBeBt说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时

24、，可以忽略 对于电场波，可以忽略对于电场波，由于大部分能量在金属与空气的第一个界面反射，进入金属的能量已经很小，造成多次反射泄漏时，电磁波在屏蔽材料内已经传输了三个厚度的距离，其幅度往往已经小可以忽略的程度。对于磁场波，在第一个界面上，进入屏蔽材料的磁场强度是入射磁场强度的2倍，因此多次反射造成的影响是必须考虑的。当屏蔽材料的厚度较厚时，形成多次反射泄漏之前，电磁波在屏蔽材料内传输三个厚度的距离，衰减已经相当大，多次反射泄漏也可以忽略。一一单层屏蔽体单层屏蔽体1. 电磁波在屏蔽体电磁波在屏蔽体x0界面处的传播公式界面处的传播公式2.2.单层屏蔽体的有效传输系数单层屏蔽体的有效传输系数3. 3.

25、 电场和磁场的有效传输系数电场和磁场的有效传输系数 4. 单层屏蔽体的屏蔽效能单层屏蔽体的屏蔽效能二二 多层平板屏蔽体的屏蔽效能多层平板屏蔽体的屏蔽效能 三. 屏蔽效能的计算屏蔽效能的计算1 1 吸收损耗吸收损耗2 反射损耗反射损耗3 多次反射损耗多次反射损耗四四 平面波模型推广到非理想屏蔽结构平面波模型推广到非理想屏蔽结构 上述方法1. 将实际具有各种形状的屏蔽体做为无限大平板处理。2.屏效仅仅是屏蔽体材料、厚度以及频率的函数忽略了屏蔽体形状的影响，3. 只适用于屏蔽体的几何尺寸比干扰波长大以及屏蔽体与干扰源间距离相对较大这种情况，即只适用于频率较高的倩况。 当需考虑屏蔽体的形状和计算低频情况的屏效时利用电磁场边值问题的各种解法，可求出屏蔽前后某点的场强： 解析方法(分离变量法，格林函数法等) 数值解法(矩量法、有限差分法等)