抑制電磁干擾的三大技術接地屏蔽濾波第5章第5章屏蔽技術一、概述1、屏蔽的目的和作用目的：一、概述1、屏蔽的目的和作用①限制內部輻射的電磁能量泄露出該內部區域；②防止外來的輻射干擾進入某一區域。目的：一、概述1、屏蔽的目的和作用抑制以場的形式造成的干擾。作用：屏蔽輻射干擾一、概述2、屏蔽的分類根據屏蔽的工作原理，分為三大類。電屏蔽磁屏蔽電磁屏蔽一、概述2、屏蔽的分類電屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽靜電屏蔽屏蔽體把電場終止于導體表面，通過地線中和導體表面上的感應電荷。靜電屏蔽必須具備兩個基本要求：完整的屏蔽導體和良好的接地。[例：手機和手持電子設備的防靜電屏蔽]電屏蔽一、概述2、屏蔽的分類

低頻（30kHz以下）磁場的屏蔽常用高磁導率的鐵磁材料，對磁場產生分路作用而實現屏蔽。而高頻時鐵磁材料的磁性損耗很大，導磁率明顯下降。

高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導體材料，例如銅、鋁等。利用電磁感應現象在屏蔽體表面產生的渦流的反磁場，抑制或抵消屏蔽體外的磁場。磁屏蔽例:發電廠鋼筋混泥土墻的屏蔽一、概述2、屏蔽的分類

通常說的屏蔽，一般是指電磁屏蔽，即是指對電場和磁場同時加以屏蔽。（電磁屏蔽通常用來防止高頻電磁場的影響。）

在交變場中，電場和磁場分量同時存在，只是在頻率低時，干擾一般發生在近場，近場隨干擾源不同，電場和磁場區別很大，如高壓低電流源以電場為主，磁場分量可忽略，這時可以只考慮電屏蔽。電磁屏蔽例：金屬盒裝手機能打通嗎？屏蔽效能一、概述3、屏蔽效能屏蔽效能定義為空間某點上未加屏蔽時的電場強度E0（或磁場強度H0）與加屏蔽后該點的電場強度E1（或磁場強度H1）的比值，表示為SE=E0/E1

或SE=H0/H1用分貝表示：一、概述3、屏蔽效能P70表5-1無屏蔽場強有屏蔽場強屏蔽效能SE（dB）10120100140100016010000180100000110010000001120一、概述3、屏蔽效能[例]屏蔽室效能的實測方法介紹P70表5-2機箱類型屏蔽效能SE（dB）民用產品40dB以下軍用設備60TEMPEST設備80屏蔽室屏蔽艙100以上二、電屏蔽1、電屏蔽的原理與分析+q(1)

主動屏蔽二、電屏蔽1、電屏蔽的原理與分析(2)

被動屏蔽二、電屏蔽1、電屏蔽的原理與分析(2)

被動屏蔽屏蔽體等電位，內部沒有電力線二、電屏蔽1、電屏蔽的原理與分析(2)

被動屏蔽二、電屏蔽1、電屏蔽的原理與分析(2)

被動屏蔽二、電屏蔽2、低頻電屏蔽效能的計算CSR0干擾源接受器USCSR0CRUN0CRSRUSUN0

低頻集中參數，用電路的方法分析。接收器盡可能貼近地板，增大CR，增大干擾源與接收器的距離，減小CSR0減小干擾的措施：二、電屏蔽2、低頻電屏蔽效能的計算CSP干擾源接受器USCSRCRUN1CRSRUSUN1加不接地屏蔽體PCRPCSRCPCPCSPCRP不接地屏蔽體增加了電容耦合，使干擾變大。近似情況下：二、電屏蔽2、低頻電屏蔽效能的計算CSP干擾源接受器USCSRCRUN1CRSRUSUN1將屏蔽體P接地CRPCSRCRP

只是由于屏蔽體不是無限大，由剩余電容CSR造成的一點干擾。二、電屏蔽2、低頻電屏蔽效能的計算電屏蔽效能的計算根據感應電壓正比于干擾場強用V/m單位解釋（電磁輻射安全見下頁）二、電屏蔽2、低頻電屏蔽效能的計算用V/m單位解釋波長單位一級(安全區)容許場強二級(中間區)容許場強長、中、短波V／m〈10〈25超短波V／m〈5〈12微波μW／cm2〈10〈40混合V／m按主要波段場強；若各波段場分散，則按復合場強加權確定二、電屏蔽3、電屏蔽的設計要點（1）良好接地最好是屏蔽體直接接地二、電屏蔽3、電屏蔽的設計要點（1）良好接地（2）正確選擇接地點由于地線非理想導體，地電流會在上圖三個接地點間產生電位差。屏蔽體的接地點應盡量靠近低電平部件。CSP干擾源接受器CRSRUSCRPCSR二、電屏蔽3、電屏蔽的設計要點（1）良好接地（2）正確選擇接地點（3）合理設計屏蔽體形狀盒狀好于板狀屏蔽，剩余電容CsR小；全封閉好于有孔。二、電屏蔽3、電屏蔽的設計要點（1）良好接地（2）正確選擇接地點（3）合理設計屏蔽體形狀（4）注意屏蔽材料的選擇采用銅、鋁等良導體，高頻時銅鍍銀，提高屏蔽效能二、電屏蔽3、電屏蔽的設計要點（1）良好接地（2）正確選擇接地點（3）合理設計屏蔽體形狀（4）注意屏蔽材料的選擇（5）電屏蔽的厚度只需滿足結構剛性要求電屏蔽效能對厚度沒有要求二、電屏蔽4、多級級聯電路的屏蔽盒結構（1）共蓋結構中間加螺母或安放導電襯墊USCSZRURCRUSCSCRZRZGZG可見，減小ZG可以減小干擾二、電屏蔽4、多級級聯電路的屏蔽盒結構（1）共蓋結構中間加螺母或安放導電襯墊USCSZRURCRZG可見，減小ZG可以減小干擾二、電屏蔽4、多級級聯電路的屏蔽盒結構（1）共蓋結構（2）分蓋結構分蓋結構就是在每一個屏蔽隔板間單獨用蓋子封閉。二、電屏蔽4、多級級聯電路的屏蔽盒結構（1）共蓋結構（2）分蓋結構分蓋結構就是在每一個屏蔽隔板間單獨用蓋子封閉。USCSCRZRCZG1ZG2USCSZRURCZG1CRZG2二、電屏蔽4、多級級聯電路的屏蔽盒結構（1）共蓋結構（2）分蓋結構分蓋結構的屏蔽效能優于共蓋結構。但成本更高，級間隔離要求高時采用。USCSCRZRCZG1ZG2USCSZRURCZG1CRZG2三、磁屏蔽1、磁屏蔽的原理與分析（1）低頻磁屏蔽是利用屏蔽體對磁通進行分流。磁阻越小越好。磁阻與磁路的橫截面S和磁導率成反比。(通常指從恒定磁場到30KHz)例：DC-DC電路三、磁屏蔽①μ越高，屏蔽罩越厚，磁阻Rm越小，屏蔽效果越好。1、磁屏蔽的原理與分析（1）低頻磁屏蔽是利用屏蔽體對磁通進行分流。磁阻越小越好。磁阻與磁路的橫截面S和磁導率成反比。②在垂直磁力線的方向不能開口或縫隙，否則切斷磁力線，磁阻增大，屏蔽效果變差。③不能用于高頻磁場，因高頻時鐵磁材料中的磁性損耗很大，導磁率明顯下降。三、磁屏蔽1、磁屏蔽的原理與分析（2）射頻磁屏蔽是利用良導體在入射高頻磁場作用下產生渦流，并由渦流的反向磁通抑制和抵消入射磁場。射頻磁屏蔽原理P75圖5-10三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的計算（1）薄壁球形屏蔽體（邊界條件簡單）abμr通過求解球坐標系的拉普拉斯方程，可得：三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的計算（1）薄壁球形屏蔽體abμr實際電子設備中極少使用球形屏蔽體，我們討論它，是因為邊界條件簡單。三、磁屏蔽2、磁屏蔽的效能的計算（2）非球形屏蔽體的屏蔽效能轉換為體積相等的球體，求等效半徑三、磁屏蔽3、磁屏蔽體的設計要點（1）選用鐵磁性材料（硅鋼、鐵鎳合金等）（2）磁性元件不能碰內壁，防磁短路現象（3）由于加工厚度不超過2.5mm，可用雙層或多層（4）屏蔽強磁場時防止磁飽和（5）注意屏蔽體上開孔方向（6）磁屏蔽不需接地，接地可同時電屏蔽四、電磁屏蔽1、電磁屏蔽的原理和分析（1）空氣和金屬交界面的阻抗不連續，產生反射。（2）部分透射入屏蔽體，在屏蔽體內傳播衰減。（3）剩余能量在兩個分界面多次反射四、電磁屏蔽2、單層金屬板的電磁屏蔽的屏蔽效能反射損耗吸收損耗多次反射修正因子無限大平面均勻屏蔽體的屏蔽效能用分貝表示：四、電磁屏蔽2、單層金屬板的電磁屏蔽的屏蔽效能（1）吸收損耗At為金屬屏蔽體厚度（mm）μr

為相對磁導率σr為相對于銅的電導率四、電磁屏蔽2、單層金屬板的電磁屏蔽的屏蔽效能（2）反射損耗R遠場區：近場區：電場為主：磁場為主：四、電磁屏蔽2、單層金屬板的電磁屏蔽的屏蔽效能（3）多次反射修正因子BA>10dB，可以不考慮多次反射的影響P82例5-2四、電磁屏蔽3、雙層屏蔽的電磁屏蔽效能12多次反射損耗，以兩層之間的空氣為主疊加關系：四、電磁屏蔽4、薄膜屏蔽的電磁屏蔽效能時，稱為薄膜屏蔽由于吸收損耗可以忽略，屏蔽效能與頻率相關性不大。P83表5-4屏蔽層厚度105nm1259nm2196nm21960nm頻率1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz1MHz1GHz吸收損耗A0.0140.440.165.20.299.22.992反射損耗R10979109791097910979修正因子B-47-17-26-0.6-21-0.6-3.50屏蔽效能SE626283848890108171銅薄膜屏蔽層的屏蔽效能四、電磁屏蔽4、薄膜屏蔽的電磁屏蔽效能由于薄膜工藝的缺陷，屏蔽效能的計算值與實測值有差異。四、電磁屏蔽5、非實心型屏蔽體的電磁屏蔽效能共有P種因素產生泄漏，綜合屏蔽效能為在電氣上存在不連續的屏蔽體，稱為非實心型P85例5-3四、電磁屏蔽5、非實心型屏蔽體的電磁屏蔽效能共有P種因素產生泄漏，綜合屏蔽效能為P85例5-3某頻率下機殼屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，其它泄漏因素有：（1）濾波與連接器面板101dB；（2）通風孔92dB；（3）門88dB；（4）接縫泄漏83dB。求機箱的總屏蔽效能。解：根據式（5-41）四、電磁屏蔽5、非實心型屏蔽體的電磁屏蔽效能共有P種因素產生泄漏，綜合屏蔽效能為P85例5-3去掉接縫泄漏因素某頻率下機殼屏蔽材料本身有110dB的屏蔽效能，其它泄漏因素有：（1）濾波與連接器面板101dB；（2）通風孔92dB；（3）門88dB。求機箱的總屏蔽效能。解：根據式（5-41）四、電磁屏蔽5、非實心型屏蔽體的電磁屏蔽效能共有P種因素產生泄漏，綜合屏蔽效能為P85例5-3不同因素屏蔽效能泄漏因素機殼濾波板通風孔門接縫總屏蔽效能11010192888376.61101019288×82.711010192××88.6110101×××98.3110××××110四、電磁屏蔽6、裝配面處接縫泄漏的抑制縫隙的泄漏，對高頻電磁波很嚴重!方法1：增加縫隙深度，縫隙越深衰減越大四、電磁屏蔽6、裝配面處接縫泄漏的抑制縫隙的泄漏，對高頻電磁波很嚴重!方法2：使用電磁密封襯墊，導電性和彈性導電橡膠鈹銅指形簧片四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（1）在通風孔上加金屬網罩100MHz以上時屏蔽效能顯著下降，適合于屏蔽要求低的場合孔隙率高時，每個波長60根以上的金屬絲，與金屬板反射損耗相近。四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（2）用穿孔金屬板做通風孔四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（2）用穿孔金屬板做通風孔孔數目修正項低頻穿透修正項孔間互耦修正項P88例5-4四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（3）截止波導式通風孔A、矩形波導

其截止波長為：故截止頻率為：其中，a為矩形波導寬邊尺寸（單位：cm）電磁波頻率低于波導截止頻率時，電磁波傳輸產生很大衰減。具有最大截止波長的傳播模式是四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（3）截止波導式通風孔B、圓波導C、六角形波導屏蔽效能：四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽（3）截止波導式通風孔用很多根截止波導排列成陣，增大通風量雙層錯位疊置的蜂窩狀通風板，增大屏蔽效能四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率最高需要屏蔽的頻率為fm一般取fc=（5~10）fm四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率②確定波導的截面形狀四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率②確定波導的截面形狀③確定波導的截面尺寸四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率②確定波導的截面形狀③確定波導的截面尺寸④根據波導通風面積確定波導數目N四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率②確定波導的截面形狀③確定波導的截面尺寸④根據波導通風面積確定波導數目N⑤確定單根波導的屏蔽效能四、電磁屏蔽7、通風孔的屏蔽截止波導通風窗的設計步驟：①確定波導的截止頻率②確定波導的截面形狀③確定波導的截面尺寸④根據波導通風面積確定波導數目N⑤確定單根波導的屏蔽效能⑥確定波導的長度四、電磁屏蔽8、觀察窗口（顯示器件）泄漏的抑制透明屏蔽材料在顯示器后面加屏蔽艙屏蔽玻璃四、電磁屏蔽9、器件調諧孔（有連接桿的操作器件）泄漏的抑制截止頻率：采用截止波導結構（圓波導）長度大于三倍直徑五、電磁屏蔽設計要點（1）確定屏蔽效能

根據未實施屏蔽時存在的干擾發射電平以及按電磁兼容標準和規范允許的干擾發射電平極限值，或干擾輻射敏感度電平極限值，提出必須的屏蔽效能值。例：不同應用，不同屏蔽要求；接收機調試（低）和靈敏度測試（高）屏蔽要求不同。五、電磁屏蔽設計要點（1）確定屏蔽效能（2）確定屏蔽類型導電塑料機殼----單層金屬板屏蔽----雙層屏蔽五、電磁屏蔽設計要點（1）確定屏蔽效能（2）確定屏蔽類型（3）進行屏蔽結構的完整性設計①對必須的通風孔、焊接縫、電源線路、信號線路等電磁泄漏，采取相應措施抑制②屏蔽體的諧振問題（通過設計，使工作頻段內無諧振點）mnp取正整數lwh為長寬高習題1.習題5.42.習題5.5抑制電磁干擾的三大技術接地屏蔽濾波第6章第6章濾波技術引言干擾源敏感體傳導干擾輻射干擾電源線屏蔽濾波一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性濾波器的特性參數包括：插入損耗、頻率特性、阻抗特性、額定電壓額定電流等

當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時，用濾波器。完全抑制不可能，只能減小到一定程度。(例：雙工器）一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（1）插入損耗U1不接濾波器時，源在同一負載建立的電壓[注意符號]U2源通過濾波器在負載上建立的電壓例：功放和天線間接入濾波器插損0.30.50.8123功率93%89%83%79%63%50%一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（2）頻率特性濾波器的插入損耗隨頻率變化的特性頻率特性參數通帶與阻帶中心頻率、截止頻率、帶寬fS21一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（3）阻抗特性EMI濾波器常工作于阻抗不匹配的狀態信號濾波器則嚴格匹配

濾波器的輸入阻抗、輸出阻抗直接影響濾波器的插入損耗一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（4）額定電流一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（5）額定電壓C=εS/d=Q/U一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（6）安全性能耐壓、漏電流、絕緣、溫升一、電磁干擾濾波器概述1、濾波器的特性（7）可靠性

電磁兼容問題不能及時發現，使電磁兼容濾波器可靠性要求更高。一、電磁干擾濾波器概述2、濾波器的分類按頻率特性分：帶通濾波器帶阻濾波器低通濾波器高通濾波器收音機雙頻帶功率放大功放末級濾波ADSL分音器一、電磁干擾濾波器概述2、濾波器的分類按濾波機理分反射式濾波器吸收式濾波器不要的能量反射回干擾源不要的能量吸收發熱一、電磁干擾濾波器概述2、濾波器的分類按工作條件分無源濾波器有源濾波器一、電磁干擾濾波器概述2、濾波器的分類按使用場合分電源濾波器信號濾波器一、電磁干擾濾波器概述3、電磁干擾濾波器的特點①往往工作于阻抗不匹配的條件下，源阻抗和負載阻抗隨頻率變化而變化；②干擾電平幅度變化大，有可能使電磁干擾濾波器出現飽和效應；③頻率范圍往往是超寬帶。二、插入損耗的計算方法ZLZSUSU20二、插入損耗的計算方法ZLZSUSU20ZSUSU2濾波網絡U1I2I1ZL用A參數表示濾波器網絡，其參數矩陣為：其中：二、插入損耗的計算方法ZLZSUSU20ZSUSU2濾波網絡U1I2I1ZL傳輸方程：聯立求解：二、插入損耗的計算方法ZLZSUSU20ZSUSU2濾波網絡U1I2I1ZL由于得到插入損耗三、反射式濾波器1、低通濾波器

利用并聯電容的旁路作用和串聯電感的阻擋作用，濾除干擾電流。

低通濾波器，對低頻信號幾乎無衰減通過，但阻止高頻信號通過，在抗干擾技術中采用最多。fS21三、反射式濾波器（1）低通濾波器的電路形式R(高)CUSR(高)

并聯電容濾波器由（6-9）式：求A參數若ZS=ZL=R三、反射式濾波器R(低)LUSR(低)（1）低通濾波器的電路形式

串聯電感濾波器

常用于源和負載都是低阻抗的電路。三、反射式濾波器R(高)LUSR(低)C（1）低通濾波器的電路形式

Г形濾波器

常用高干擾源阻抗和低負載阻抗的電路。三、反射式濾波器R(低)LUSR(高)C（1）低通濾波器的電路形式

反Γ形濾波器

常用低干擾源阻抗和高負載阻抗的電路。三、反射式濾波器R(高)LUSR(高)CC（1）低通濾波器的電路形式

Π形濾波器干擾源和負載都是高阻抗三、反射式濾波器R(低)LUSR(低)CL（1）低通濾波器的電路形式T形濾波器干擾源和負載都是低阻抗三、反射式濾波器（2）低通濾波器的設計

低通原型濾波器

角頻率為1rad/s、阻抗為1Ω的濾波器。2FU1Ω1Ω2HU1Ω1Ω三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計

低通原型濾波器

帶寬換算所有電抗分量除以截止頻率（角頻率）三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計

低通原型濾波器

帶寬換算

阻抗換算所有電阻和電感乘以阻抗值所有電容除以阻抗值三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計

低通原型濾波器

帶寬換算

阻抗換算

帶寬和阻抗綜合換算三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計2FU1Ω1Ω6400pFU50Ω50Ω例：設計一個阻抗為50Ω，截止頻率為1MHz的低通濾波器三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計

n級濾波器單級濾波器插損20dB/10倍頻采用n級濾波器級聯的方式增大插損巴特沃思響應切比雪夫響應貝塞爾響應巴特沃思-湯普森響應橢圓響應通帶內最平坦通帶等波紋最平坦時延三、反射式濾波器（1）低通濾波器的設計RL2USRC1L4C3C5①歸一化頻率，查圖6-13，得n值；②查表6-1，得原型各元件值；③用換算法則得實際元件值。P101例6-1R1.618HUSR0.618F2.0F1.618H0.618F三、反射式濾波器2、高通濾波器fS21高通與低通具有對稱性

把每個電感L（H）轉換為數值為1/L（F）的電容

把每個電容C（F）轉換為數值為1/C（H）的電感R10HUSR0.5F0.5FR0.1FUSR2H2H三、反射式濾波器3、帶通濾波器fS21Cp1URLp1Cp2CS1CS2Lp2LS1LS2R三、反射式濾波器4、帶阻濾波器fS21Cp1URLp1Cp2CS1CS2Lp2LS1LS2R四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性CfIL四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性Cf插入損耗CLR四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性由于實際的電容存在電感，其衰減曲線為LC串聯網絡的衰減曲線。f插入損耗四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性由于實際的電容存在電感，其衰減曲線為LC串聯網絡的衰減曲線。要濾除高頻干擾，一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率鋁電解電容，鋁箔卷繞+引線，20MHz四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性由于實際的電容存在電感，其衰減曲線為LC串聯網絡的衰減曲線。要濾除高頻干擾，一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率鋁電解電容，鋁箔卷繞+引線，20MHz云母電容、陶瓷電容，200MHz四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性由于實際的電容存在電感，其衰減曲線為LC串聯網絡的衰減曲線。要濾除高頻干擾，一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率鋁電解電容，鋁箔卷繞+引線，20MHz云母電容、陶瓷電容，200MHz穿心電容，1GHz以上四、電容、電感的高頻特性1、電容的頻率特性由于實際的電容存在電感，其衰減曲線為LC串聯網絡的衰減曲線。要濾除高頻干擾，一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率兼顧高頻和低頻濾波要求，可以采用大小電容并聯。fIL四、電容、電感的高頻特性2、電感的頻率特性理想電感實際電感

理想電感的阻抗隨頻率的增大而線性增大。Lf|ZL|RC

實際電感的阻抗在并聯諧振點頻率達到最大，然后下降。四、電容、電感的高頻特性2、電感的頻率特性

空心電感，不易飽和，L值穩定；外界干擾大，電感量小。例：無線話筒四