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。
這(zhe)些(xie)屏(ping)蔽(bi)不(bu)僅(jin)用(yong)於(yu)向(xiang)外(wai)排(pai)放(fang)的(de)噪(zao)聲(sheng)，還(hai)用(yong)於(yu)從(cong)外(wai)部(bu)進(jin)入(ru)電(dian)路(lu)的(de)噪(zao)聲(sheng)。類(lei)似(si)於(yu)天(tian)線(xian)的(de)情(qing)形(xing)，因(yin)為(wei)這(zhe)兩(liang)個(ge)效(xiao)果(guo)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)，所(suo)以(yi)本(ben)節(jie)將(jiang)著(zhe)重(zhong)於(yu)噪(zao)聲(sheng)排(pai)放(fang)。



(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ruoSE(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4suoshiwuxiandianbocongzuodaoyoufashewuxiandianboshi，youyukongjiandeguyouzukanghepingbicailiaodeguyouzukangzhijiandezukangpipeifeichangcha
，jiuhuichuxianfanshesunhao。kongjiandeguyouzukangwei377Ω
，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(shu)ε，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）上shang降jiang低di屏ping蔽bi效xiao果guo。例li如ru如ru果guo屏ping蔽bi板ban內nei有you一yi個ge接jie合he點dian
，連lian接jie麵mian的de任ren何he電dian阻zu均jun會hui明ming顯xian降jiang低di屏ping蔽bi的de效xiao果guo。為wei了le確que保bao連lian接jie麵mian的de傳chuan導dao

，可ke以yi使shi用yong導dao電dian墊dian圈quan等deng。


[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。yincijiangdileyupingbicailiaodeguyouzukangdezukangbupipei
，congerjiangdilefanshesunhao。yincixuyaozengdashuaijiansunhaolaibuchangjiangdiliang。danshiyinweidipinfanweineidejifushenduzengda，suoyixuyaoshiyongbijiaohoudecailiao。
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
如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)，金(jin)屬(shu)板(ban)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)導(dao)電(dian)率(lv)產(chan)生(sheng)的(de)。換(huan)言(yan)之(zhi)
，重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)電(dian)流(liu)易(yi)於(yu)流(liu)過(guo)屏(ping)蔽(bi)表(biao)麵(mian)。如(ru)果(guo)屏(ping)蔽(bi)表(biao)麵(mian)有(you)開(kai)孔(kong)或(huo)間(jian)隙(xi)，電(dian)流(liu)難(nan)以(yi)流(liu)動(dong)，從(cong)而(er)使(shi)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)受(shou)損(sun)。
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。
在(zai)屏(ping)蔽(bi)接(jie)地(di)方(fang)麵(mian)，相(xiang)同(tong)的(de)概(gai)念(nian)也(ye)適(shi)用(yong)於(yu)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)之(zhi)外(wai)的(de)通(tong)用(yong)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)。盡(jin)管(guan)在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)以(yi)清(qing)楚(chu)地(di)分(fen)隔(ge)開(kai)電(dian)流(liu)和(he)屏(ping)蔽(bi)的(de)回(hui)路(lu)

，但(dan)通(tong)用(yong)概(gai)念(nian)也(ye)適(shi)用(yong)於(yu)常(chang)規(gui)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)噪(zao)聲(sheng)抑(yi)製(zhi)。
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)所suo示shi在zai圓yuan周zhou方fang向xiang中zhong有you一yi個ge裂lie縫feng，而er且qie這zhe個ge裂lie縫feng還hai穿chuan過guo了le整zheng個ge圓yuan周zhou
，那na麼me即ji使shi縫feng隙xi很hen小xiao，影ying響xiang也ye會hui很hen嚴yan重zhong。這zhe是shi因yin為wei沿yan著zhe長chang度du方fang向xiang流liu動dong的de屏ping蔽bi電dian流liu受shou到dao了le幹gan擾rao。即ji使shi隻zhi有you一yi個ge裂lie縫feng，整zheng根gen電dian纜lan的de屏ping蔽bi效xiao果guo也ye會hui受shou損sun。
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。