屏蔽結構

(1) 電子設備屏蔽
電子設備所用的屏蔽要如下圖所示遮蓋住機身
，電路板或電纜。本節著重於噪聲穿過這些屏蔽的部分（如圖所示），還講述了電磁屏蔽主要根據材料特征來阻擋無線電波的效果。
zhexiepingbibujinyongyuxiangwaipaifangdezaosheng，haiyongyucongwaibujinrudianludezaosheng。leisiyutianxiandeqingxing
，yinweizhelianggexiaoguoshixiangtongde，suoyibenjiejiangzhezhongyuzaoshengpaifang。



(2) 屏蔽效果細分
如圖1所示，用屏蔽限製噪聲的效果一般可使用夏克諾夫的公式來闡釋。
如圖4-2-2所(suo)示(shi)，考(kao)慮(lv)了(le)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)從(cong)左(zuo)側(ce)撞(zhuang)擊(ji)屏(ping)蔽(bi)後(hou)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)以(yi)及(ji)右(you)側(ce)向(xiang)外(wai)泄(xie)露(lu)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。這(zhe)裏(li)我(wo)們(men)假(jia)定(ding)右(you)側(ce)向(xiang)外(wai)泄(xie)露(lu)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)要(yao)比(bi)左(zuo)側(ce)撞(zhuang)擊(ji)屏(ping)蔽(bi)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)弱(ruo)SE(dB)。如下所示，夏克諾夫的公式通過對三項求和來表示屏蔽效果SE。

（公式 1）
R表麵反射造成的無線電波損耗（反射損耗）
A屏蔽內部衰減造成的無線電波損耗（衰減損耗）
B前後端之間多重反射的效果（多重反射效果）

這裏忽略其中的多重反射效果B
，因為隻要不是A的吸收損耗非常小這一特殊情況（如非常薄的金屬箔等）


，多重反射的影響就很小
，可以無視。
盡(jin)管(guan)夏(xia)克(ke)諾(nuo)夫(fu)的(de)公(gong)式(shi)是(shi)近(jin)似(si)公(gong)式(shi)，但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)已(yi)經(jing)足(zu)夠(gou)準(zhun)確(que)且(qie)被(bei)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)，因(yin)為(wei)這(zhe)個(ge)公(gong)式(shi)有(you)助(zhu)於(yu)理(li)解(jie)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。本(ben)節(jie)將(jiang)在(zai)這(zhe)個(ge)公(gong)式(shi)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)進(jin)一(yi)步(bu)講(jiang)述(shu)常(chang)規(gui)的(de)屏(ping)蔽(bi)特(te)性(xing)。[page]

屏蔽特性

(1) 用非常薄的金屬板就可達到大約100dB的屏蔽效果
圖3展示了銅板的情形
，並以此作為用夏克諾夫公式計算結果的一個示例。


圖3(a)表示了厚度為0.1mm時的頻率特征。紅線指示的屏蔽效果SE在從0.1MHz到1000MHz的整個頻率範圍內達到100dB或更高。如果是常規電子設備的噪聲抑製，100dB則被認為是達到了足夠大的效果。
圖3(b)展示了通過在固定頻率10MHz上改變厚度得出的計算結果。即使是厚度隻有10µm的超薄銅板也具有明顯的屏蔽效果。下文闡釋細分的屏蔽效果。

(2) 反射損耗
圖3中的藍線表示了反射損耗R。從圖中可以理解為銅隻從反射損耗就能達到接近100dB的效果。如圖4所suo示shi無wu線xian電dian波bo從cong左zuo到dao右you發fa射she無wu線xian電dian波bo時shi，由you於yu空kong間jian的de固gu有you阻zu抗kang和he屏ping蔽bi材cai料liao的de固gu有you阻zu抗kang之zhi間jian的de阻zu抗kang匹pi配pei非fei常chang差cha，就jiu會hui出chu現xian反fan射she損sun耗hao。空kong間jian的de固gu有you阻zu抗kang為wei377Ω，而10MHz時銅板的固有阻抗隻有1.17MΩ。實際差距達到了32萬倍。因此無線電波的能量幾乎不能進入銅板。
此ci處chu的de固gu有you阻zu抗kang代dai表biao了le無wu線xian電dian波bo在zai特te定ding材cai料liao內nei以yi平ping麵mian波bo形xing傳chuan輸shu的de特te性xing，還hai指zhi示shi了le與yu傳chuan輸shu線xian路lu的de特te征zheng阻zu抗kang等deng效xiao的de數shu值zhi。這zhe表biao示shi電dian場chang與yu磁ci場chang的de比bi率lv

，這zhe個ge值zhi由you介jie電dian常chang數shuε，磁導率µ，電導率σ和頻率ƒ等決定。通常因為金屬的導電率非常高

，所以金屬的固有阻抗非常小。

盡管圖3展示了銅的情形

，但鐵的導電率隻比銅低一個數量級，而磁導率要高1000倍。因此鐵的反射損耗會更小。但鐵在10MHz時依然具有接近 60dB的反射損耗。因此大多數金屬材料均視為能夠達到不造成實際問題的反射損耗。無論厚度多少，都可以達到這個反射損耗。（如果厚度很薄，需要修正多重 反射效果）
因為反射是導電率造成的，所以這也意味著可以在電阻高的截麵（如果有）shangjiangdipingbixiaoguo。liruruguopingbibanneiyouyigejiehedian，lianjiemianderenhedianzujunhuimingxianjiangdipingbidexiaoguo。weilequebaolianjiemiandechuandao，keyishiyongdaodiandianquandeng。


[page](3) 衰減損耗
圖3中的綠線表示了衰減損耗。這個損耗會隨著頻率和/或材料厚度增加而明顯變大。因此在諸如圖3(a)所示的情形下，衰減損耗會在100MHz或更高頻率範圍內超過反射損耗，總共達到200dB或更高的屏蔽效果。


衰減損耗是由通常稱為集膚效應的特性而造成的無線電波衰減。當無線電波進入金屬時，無線電波會在距離表麵的集膚深度δ處以0.37的係數特征進行衰減。因此如果屏蔽板厚度大於集膚深度，就可以預期有明顯的衰減效果。

當使用相同厚度的屏蔽材料時，集膚深度更薄的材料被認為會有更佳的衰減損耗。圖6展示了常規屏蔽材料（銅
，鋁和鐵）的集膚深度的計算結果。頻率越高
，集膚深度就越淺
，且因此可以獲得衰減損耗。在10MHz處，預計可以從厚度不小於20µm的銅和厚度不小於2µm的鐵獲得衰減損耗。

集膚深度也會因材料的磁導率µ和導電率σ而 有所差異。導電性或磁導率越高
，集膚深度越淺。盡管圖6表明了鐵的導電率要比銅的低，但由於鐵的磁導率很大
，鐵的集膚深度要比銅低一個數量級。因 此這可以理解為即使鐵的反射損耗小於銅的反射損耗，鐵這種材料也會具有較大的衰減損耗。（因為圖6假定了鐵的相對磁導率是1000而進行計算的

， 所以不是很準確）


(4) 影響屏蔽效果的材料參數
當如上所述使用金屬板時，通過以下方式可以獲得更大的屏蔽效果:
(i)使用更厚的屏蔽材料（衰減損耗增大）
(ii)提高導電率（衰減損耗和反射損耗同時增大）
(iii)提高磁導率（衰減損耗增大）
通常隻要是金屬板，實際上任何材料或厚度均可以發揮出足夠的屏蔽效果。但是如果如下所述在環形天線的附近處理不高於100kHz的頻率範圍，那麼材料和厚度就會很重要。[page]

低頻磁場的屏蔽

如圖6所示的計算結果，集膚深度會隨著頻率下降而增大。因此當使用厚度大約0.1mm的薄金屬板時，預計會在不高於1MHz的範圍內從銅或鋁中以及在不高於10kHz的範圍內從鐵中獲得較大的衰減損耗。用衰減損耗屏蔽這種低頻噪聲需要很厚的材料。
如(ru)上(shang)一(yi)節(jie)所(suo)述(shu)，我(wo)們(men)假(jia)定(ding)即(ji)使(shi)沒(mei)有(you)衰(shuai)減(jian)損(sun)耗(hao)，正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)反(fan)射(she)損(sun)耗(hao)預(yu)計(ji)能(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)足(zu)夠(gou)好(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。但(dan)前(qian)提(ti)是(shi)材(cai)料(liao)的(de)固(gu)有(you)阻(zu)抗(kang)遠(yuan)小(xiao)於(yu)空(kong)間(jian)的(de)固(gu)有(you)阻(zu)抗(kang)。
實際上
，當屏蔽材料位於噪聲天線附近時，波阻抗（電場與磁場的比率）不同於空間的固有阻抗（377Ω）。有關天線附近的波阻抗，請參閱第2節。位於天線附近的屏蔽材料的反射損耗會因這個波阻抗而有所差異。
特別是在圖7的情形下，環形天線附件的磁場較強
，使得波阻抗一直小於377Ω。因(yin)此(ci)降(jiang)低(di)了(le)與(yu)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)的(de)固(gu)有(you)阻(zu)抗(kang)的(de)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)了(le)反(fan)射(she)損(sun)耗(hao)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)增(zeng)大(da)衰(shuai)減(jian)損(sun)耗(hao)來(lai)補(bu)償(chang)降(jiang)低(di)量(liang)。但(dan)是(shi)因(yin)為(wei)低(di)頻(pin)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)集(ji)膚(fu)深(shen)度(du)增(zeng)大(da)
，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)比(bi)較(jiao)厚(hou)的(de)材(cai)料(liao)。
出於上述原因，難以使用銅等良導體，來屏蔽環形天線附近的低頻噪聲。這種情況下
，鐵板（更淺的集膚深度）比銅板更合適。此外
，除了電磁屏蔽
，可能還需要其他磁屏蔽技術。


連接屏蔽罩

如ru上shang所suo述shu
，材cai料liao的de屏ping蔽bi效xiao果guo可ke以yi用yong夏xia克ke諾nuo夫fu的de公gong式shi來lai估gu算suan。但dan是shi將jiang這zhe個ge公gong式shi應ying用yong到dao實shi際ji的de電dian子zi設she備bei時shi
，通tong常chang無wu法fa獲huo得de此ci處chu所suo述shu的de效xiao果guo。主zhu要yao原yuan因yin是shi任ren何he連lian接jie麵mian或huo開kai孔kong均jun可ke能neng成cheng為wei障zhang礙ai
，使shi材cai料liao無wu法fa發fa揮hui出chu足zu夠gou的de性xing能neng。本ben節jie講jiang述shu了le連lian接jie屏ping蔽bi罩zhao時shi要yao謹jin記ji的de幾ji個ge要yao點dian。
(1) 當裝配屏蔽罩時
rushangsuoshu，jinshubandepingbixiaoguozhuyaoshiyindaodianlvchanshengde。huanyanzhi
，zhongyaodeshidianliuyiyuliuguopingbibiaomian。ruguopingbibiaomianyoukaikonghuojianxi，dianliunanyiliudong，congershipingbixiaoguoshousun。
如圖8所suo示shi，應ying該gai牢lao牢lao地di連lian接jie屏ping蔽bi罩zhao的de連lian接jie麵mian。使shi用yong導dao電dian墊dian圈quan等deng無wu縫feng連lian接jie屏ping蔽bi表biao麵mian

，可ke保bao持chi良liang好hao的de屏ping蔽bi。如ru果guo僅jin使shi用yong螺luo絲si或huo接jie觸chu點dian進jin行xing連lian接jie，應ying縮suo小xiao螺luo絲si或huo接jie觸chu點dian之zhi間jian的de間jian隔ge（大約1/20的波長）。
如果如圖9所示屏蔽罩內依然有間隙
，需要意識到可能會發射無線電波，尤其是在讓間隙長度形成1/2波長的頻率上。（例如，如果是12cm的CD狹槽
，將大約是1.2GHz）。



(2) 除了無線電波屏蔽之外的因素
如果由於屏蔽中的開孔、整zheng個ge物wu體ti的de外wai殼ke不bu完wan整zheng或huo導dao線xian伸shen出chu屏ping蔽bi罩zhao而er使shi得de屏ping蔽bi中zhong斷duan，屏ping蔽bi罩zhao本ben身shen就jiu會hui成cheng為wei天tian線xian並bing發fa射she無wu線xian電dian波bo。這zhe種zhong情qing形xing下xia，可ke以yi說shuo共gong模mo噪zao聲sheng已yi經jing被bei傳chuan導dao到dao屏ping蔽bi上shang。
這種現象不同於圖9所示的開孔用作天線的問題。而是如圖10(a)所示整個屏蔽罩和整個係統用作天線。這樣一來天線尺寸變大
，發射的噪聲頻率將比從開孔尺寸估算的頻率更低。[page]
如圖10(a)所述由浮動靜電容量等驅動
，因此能量不是很強。但需要完整屏蔽時，應意識到這個可能性。
如圖10(b)所述，為了防止出現這種情形，需要:
(i)導線伸出時插入濾波器
(ii)開孔是產生問題的原因時減小尺寸，或保持內部噪聲源遠離此開孔
(iii)整個物體還未封閉時提高封閉性。
這些方法也對接地增強有效。


連接屏蔽電纜

(1) 屏蔽電纜接地
盡管可以說屏蔽罩的主要功能是“限製內部噪聲”，但屏蔽電纜的屏蔽部分也可以用作電流的路徑。因此，需要特別注意屏蔽接地的部分。
例如如圖11所示的同軸電纜是作為電流路徑的屏蔽部分。眾所周知，同軸電纜可用作屏蔽的電纜。也是理想的傳輸線路。外導線（外護套）是信號電流的回路。
zaipingbijiedifangmian，xiangtongdegainianyeshiyongyutongzhoudianlanzhiwaidetongyongpingbidianlan。jinguanzaimouxieqingkuangxiakeyiqingchudifengekaidianliuhepingbidehuilu
，dantongyonggainianyeshiyongyuchangguidianzishebeidezaoshengyizhi。
因此本節闡釋了與同軸電纜有關的屏蔽連接示例。


若要通過同軸電纜發射信號
，如圖11(b)suoshiwaihutaoyinggailianjiedaodianludedixian。yinciliuguoneibudaotidedianliuchanshengdediancichangyuliuguowaibudaotidedianliuxiangdixiao
，congerxiaochulecongdianlanfashedezaosheng。
對於通用的屏蔽電纜
，屏蔽電纜應該連接到兩端的地線。但是對於靜電屏蔽，有些情況隻可以連接屏蔽電纜的一端。

(2) 連接到屏蔽罩
我們應該如何將這個電纜的屏蔽連接到屏蔽罩
？圖12展示了兩個屏蔽罩彼此互連的示意圖。
如圖12所示，為了獲得完整的屏蔽連接，屏蔽電纜的外護套的整個圓周需要連接到屏蔽罩。為此
，經常會使用屏蔽連接器。
如果兩個屏蔽罩均已經單獨接地，可能會引起接地回路，或可能無法符合如圖12所suo示shi的de單dan點dian接jie地di原yuan則ze。這zhe些xie事shi實shi違wei背bei了le用yong於yu消xiao除chu相xiang對dui低di頻pin範fan圍wei內nei的de噪zao聲sheng幹gan擾rao的de常chang規gui設she計ji策ce略lve。換huan言yan之zhi，讓rang屏ping蔽bi消xiao除chu噪zao聲sheng排pai放fang實shi際ji上shang可ke能neng會hui增zeng加jia低di頻pin噪zao聲sheng。
如上所述
，噪聲抑製與接地連接的狀態存在權衡關係，而且根據具體情況依然可能有無法處理的一部分殘留。（例如
，如果圖12中的一側斷開地線連接，就能解決以上問題
，同時可能會增加電氣化的風險，或可能會折損靜電電荷的敏感性）


(3) 連接到電路板
盡管存在如上所述的問題，屏蔽電纜的地線通常會牢牢地連接到如圖12所示兩端的屏蔽罩，然後連接到電路的地線。這樣可以:
(i)對於噪聲
，提供與噪聲屏蔽罩一體化的屏蔽結構。
(ii)為信號提供正確的電流反饋電路。[page]
圖13展示了與同軸電纜有關的連接電路板的示例。
圖13(a)展示了將導線連接到電路板的情形。電纜的屏蔽外護套通過同軸連接器連接到屏蔽罩。這就可以生成正確的屏蔽結構。
圖13(b)biaomingletongzhoulianjieqihedianlubanzhijiandejianxiyetongguoduantongzhoudianlanlailianjie。zhezhongqingkuangxia，keyixingchenggenghaodexinhaochuanshudianlu。qingzhuyi，yeyinggaizaidianlubancelianjietongzhoudianlandejiedi。


不合適的屏蔽示例

(1) 軟辮
將屏蔽電纜不正確的接地作為一個例子
，存在一個名為軟辮的結構。這種連線方法是將屏蔽外護套接地，將其捆紮為如圖14(a)所示的導線。這樣做易於進行連接。但是捆紮的部分會產生阻抗
，並削弱屏蔽效果。
圖14(b)展示了連接到屏蔽罩的軟辮示例。這種情況下，連接目標適合屏蔽噪聲。但屏蔽效果會因軟辮而受損。此外，信號電流沒有回路（插圖顯示了 電流通過相對較遠的屏蔽罩的地線形成回路）。這種情況下，噪聲可能會通過信號電流被傳導到接地，從而屏蔽電纜可作為這種噪聲的天線。
圖14(c)展(zhan)示(shi)了(le)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)路(lu)接(jie)地(di)側(ce)的(de)軟(ruan)辮(bian)示(shi)例(li)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)回(hui)路(lu)是(shi)合(he)適(shi)的(de)。但(dan)是(shi)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)和(he)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)的(de)地(di)線(xian)已(yi)經(jing)互(hu)相(xiang)隔(ge)開(kai)。因(yin)此(ci)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)明(ming)顯(xian)受(shou)損(sun)。


(2) 如何改善軟辮
實際上
，沒有屏蔽罩時或由於單點接地原理而無法連接到屏蔽罩時

，必須作為通用方法進行如圖14(c)所示的連接。盡管不建議在需要大量消除噪聲的情形下進行此連接，但圖15展示了一種方法可改善此情形。
圖15(a)是大幅屏蔽信號的情形。連接電路板和同軸電纜要使用專用的連接器。如果這個電路板的接地穩定，電纜屏蔽的功能會相對有效。
為了穩定電路板的接地，應該在如圖所示的電纜（可能是最近的距離）基礎上將電路地線連接到屏蔽罩（如果有）。如果由於單點接地的設計策略而無法連接，則應該如圖所示通過一個電容器進行連接。[page]
圖15(b)是用EMI靜(jing)噪(zao)濾(lv)波(bo)器(qi)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)的(de)示(shi)例(li)。因(yin)為(wei)屏(ping)蔽(bi)已(yi)經(jing)在(zai)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)的(de)外(wai)露(lu)部(bu)分(fen)斷(duan)開(kai)，所(suo)以(yi)在(zai)這(zhe)個(ge)位(wei)置(zhi)安(an)裝(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)阻(zu)擋(dang)噪(zao)聲(sheng)進(jin)出(chu)。盡(jin)管(guan)圖(tu)中(zhong)顯(xian)示(shi)了(le)一(yi)根(gen)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)，但(dan)如(ru)果(guo)是(shi)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)，這(zhe)個(ge)部(bu)分(fen)會(hui)使(shi)用(yong)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)線(xian)圈(quan)。


(3) 屏蔽斷開
如果屏蔽電纜的屏蔽外護套破裂，會造成什麼影響？如果如圖15(a)suoshizaiyuanzhoufangxiangzhongyouyigeliefeng，erqiezhegeliefenghaichuanguolezhenggeyuanzhou，namejishifengxihenxiao

，yingxiangyehuihenyanzhong。zheshiyinweiyanzhechangdufangxiangliudongdepingbidianliushoudaoleganrao。jishizhiyouyigeliefeng，zhenggendianlandepingbixiaoguoyehuishousun。
如果如圖13(b)所示的縱向有一個裂縫，就不會幹擾屏蔽電流，造成的影響相對較小。