基本介紹
- 中文名：電磁禁止技術
- 作用：切斷電磁波的傳播途徑
- 分類：電場波、磁場波、平面波
- 度量標準：禁止效能（SE）
- 單位：分貝(dB)
- 反射損耗：兩個界面上的射損反耗總和
電磁禁止目的,電磁波,禁止效能,禁止效能估算,影響效能因素,設計的關鍵,泄漏的估算,泄漏的措施,密封襯墊原理,密封襯墊選用,密封襯墊比較,
電磁禁止目的
電磁波是電磁能量傳播的主要方式，高頻電路工作時，會向外輻射電磁波，對鄰近的其它設備產生干擾。另一方面，空間的各種電磁波也會感應到電路中，對電路造成干擾。電磁禁止的作用是切斷電磁波的傳播途徑，從而消除干擾。在解決電磁干擾問題的諸多手段中，電磁禁止是最基本和有效的。用電磁禁止的方法來解決電磁干擾問題的最大好處是不會影響電路的正常工作，因此不需要對電路做任何修改。
電磁波
電磁波的波阻抗ZW 定義為：電磁波中的電場分量E與磁場分量H的比值: ZW = E / H
電磁波的波阻抗電磁波的輻射源性質、觀測點到輻射源的距離以及電磁波所處的傳播介質有關。
距離輻射源較近時，波阻抗取決於輻射源特性。若輻射源為大電流、低電壓（輻射源的阻抗較低），則產生的電磁波的波阻抗小於377，稱為磁場波。若輻射源為高電壓、小電流（輻射源的阻抗較高），則產生的電磁波的波阻抗大於377，稱為電場波。
電場波的波阻抗隨著傳播距離的增加降低，磁場波的波阻抗隨著傳播距離的增加升高。
注意:近場區和遠場區的分界面隨頻率不同而不同，不是一個定數，這在分析問題時要注意。例如，在考慮機箱禁止時，機箱相對於線路板上的高速時鐘信號而言，可能處於遠場區，而對於開關電源較低的工作頻率而言，可能處於近場區。在近場區設計禁止時，要分別電場禁止和磁場禁止。
禁止效能
禁止體的有效性用禁止效能（SE）來度量。禁止效能的定義如下：
SE=20lg(E1/E2) (dB)
式中：E1 =沒有禁止時的場強 E2 =有禁止時的場強
禁止前 | 禁止後 | 衰減量 | |
1 | 0.1 | 90% | 20dB |
1 | 0.01 | 99% | 40dB |
1 | 0.001 | 99.9% | 60dB |
1 | 0.0001 | 99.99% | 80dB |
1 | 0.00001 | 99.999% | 100dB |
一般民用產品機箱的禁止效能在40dB以下，軍用設備機箱的禁止效能一般要達到60dB，TEMPEST設備的禁止機箱禁止效能要達到80dB以上。禁止室或禁止艙等往往要達到100dB。100dB以上的禁止體是很難製造的，成本也很高。
禁止效能估算
電磁波在穿過禁止體是發生衰減是因為能量有了損耗，這種損耗可以分成兩個部分：反射損耗和吸收損耗。
反射損耗：當電磁波入射到不同媒質的分界面時，就會發生反射，使穿過界面的電磁能量減弱。由於反射現象而造成的電磁能量損失稱為反射損耗，用字母R表示。當電磁波穿過一層禁止體時要經過兩個界面，要發生兩次反射。因此，電磁波穿過禁止體時的反射損耗等於兩個界面上的射損反耗總和。反射損耗的計算公式如下：
R=20lg(ZW/ZS) (dB) 式中: ZW= 入射電磁波的波阻抗 ，ZS=禁止材料的特性阻抗
吸收損耗：電磁波在禁止材料中傳播時，會有一部分能量轉換成熱量，導致電磁能量損失，損失的這部分能量成為禁止材料的吸收損耗，用字母A表示，計算公式如下：
A=3.34t（fμrσr）1/2 (dB)
多次反射修正因子:電磁波在禁止體的第二個界面（穿出禁止體的界面）發生反射後，會再次傳輸到第一個界面，在第一個界面發射再次反射，而再次到達第二個界面，在這個界面會有一部分能量穿透界面，泄漏到空間。這部分是額外泄漏的。應該考慮進禁止效能的計算。這就是多次反射修正因子，用字母B表示，大部分場合，B都可以忽略。
SE = R + A + B
影響效能因素
從上面給出的禁止效能計算公式可以得出一些對工程有實際指導意義的結論，根據這些結論，我們可以決定使用什麼禁止材料，注意什麼問題。下面給出的結論，初步一看，會感到雜亂無章，無從套用，但是結合上面第3和第4條仔細分析後，會發現這些結論都有著內在聯繫。深入理解下面的結論對於結構設計是十分重要的。
1）材料的導電性和導磁性越好，禁止效能越高，但實際的金屬材料不可能兼顧這兩個方面，例如銅的導電性很好，但是導磁性很差；鐵的導磁性很好，但是導電性較差。應該使用什麼材料，根據具體禁止主要依賴反射損耗、還是吸收損耗來決定是側重導電性還是導磁性；
2）頻率較低的時候，吸收損耗很小，反射損耗是禁止效能的主要機理，要儘量提高反射損耗；
4）反射損耗與禁止體到輻射源的距離有關，對於電場輻射源，距離越近，則反射損耗越大；對於磁場輻射源，距離越近，則反射損耗越小；正確判斷輻射源的性質，決定它應該靠近禁止體，還是遠離禁止體，是結構設計的一個重要內容。
5）頻率較高時，吸收損耗是主要的禁止機理，這時與輻射源是電場輻射源還是磁場輻射源關係不大。
6）電場波是最容易禁止的，平面波其次，磁場波是最難禁止的。尤其是（1KHz以下）低頻磁場，很難禁止。對於低頻磁場，要採用高導磁性材料，甚至採用高導電性材料和高導磁性材料複合起來的材料。
設計的關鍵
一般除了低頻磁場外，大部分金屬材料可以提供100dB以上的禁止效能。但在實際工作中，要達到80dB以上的禁止效能也是十分困難的。這是因為，禁止體的禁止效能不僅取決於禁止體的結構。禁止體要滿足電磁禁止的基本原則。電磁禁止的基本原則有兩個：
1）禁止體的導電連續性：這指的是整個禁止體必須是一個完整的、連續的導電體。這一點在實現起來十分困難。因為一個完全封閉的禁止體是沒有任何使用價值的。一個實用的機箱上會有很多孔縫造成禁止：通風口、顯示口、安裝各種調節桿的開口、不同部分的結合縫隙等。由於這些導致導電不連續的因素存在，如果設計人員在設計時沒有考慮如何處理，禁止體的禁止效能往往很低，甚至沒有禁止效能。
2）不能有直接穿過禁止體的導體：一個禁止效能再高的禁止機箱，一旦有導線直接穿過禁止機箱，其禁止效能會損失99.9%（60dB）以上。但是，實際機箱上總會有電纜穿出（入），至少會有一條電源電纜存在，如果沒有對這些電纜進行妥善的處理（禁止或濾波），這些電纜會極大的損壞禁止體。妥善處理這些電纜是禁止設計的重要內容之一。（穿過禁止體的導體的危害有時比孔縫的危害更大）
電磁禁止體與接地無關：對於靜電場禁止，禁止體是必須接地的。但是對於電磁禁止，禁止體的禁止效能卻與禁止體接地與否無關，這是設計人員必須明確的。在很多場合，將禁止體接地確實改變了電磁狀態，但這是由於其它一些原因，而不是由於接地導致禁止體的禁止效能發生改變。
泄漏的估算
如前所述，禁止體上的孔洞是造成禁止體泄漏的主要因素之一孔洞產生的電磁泄漏並不是一個固定的數，而是與電磁波的頻率、種類、輻射源與孔洞的距離等因素有關孔洞對電磁波的衰減可以用下面公式進行計算這裡假設孔洞深度為0
在遠場區：SE=100-20lgL-20lgf+20lg(1+2.3lg(L/H))
若L≥λ/2，則SE=0 dB ，這時，孔洞是完全泄漏的
式中： L=縫隙的長度（mm），H=縫隙的寬度（mm），f=入射電磁波的頻率（MHz）
在近場區：
若輻射源是電場輻射源 SE=48+20lgZC-20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))
若輻射源是磁場輻射源 SE=20lg（πD/L）+20lg(1+2.3lg(L/H))
式中：ZC=輻射源電路的阻抗（Ω），D=孔洞到輻射源的距離（m）， L、H=孔洞的長、寬（mm），f=電磁波的頻率（MHz）
注意：
1)近場區,孔洞的泄漏與輻射源的特性有關當輻射源是電場源時，孔洞的泄漏遠比遠場小（禁止效能高），當輻射源是磁場源時，孔洞的泄漏遠比遠場大（禁止效能低）
2）對於近場，磁場輻射源的場合，禁止效能與電磁波的頻率沒有關係，因此，千萬不要認為輻射源的頻率較低（許多磁場輻射源的頻率都較低），而掉以輕心
3）這裡對磁場輻射源的假設是純磁場源，因此可以認為是一種在最壞條件下，對禁止效能的保守計算
對於磁場源，禁止與孔洞到輻射源的距離有關，距離越近，則泄漏越大這點在設計時一定要注意，磁場輻射源一定要遠離孔洞
多個孔洞的情況：當N個尺寸相同的孔洞排列在一起，並且相距很近（距離小於1/2）時，造成的禁止效能下降為10lgN在不同面上的孔洞不會增加泄漏，因為其輻射方向不同，這個特點可以在設計中用來避免某一個面的輻射過強
泄漏的措施
一般情況下，禁止機箱上的不同部分的結合處不可能完全接觸，只能在某些點接觸上，這構成了一個孔洞陣列。縫隙是造成禁止機箱禁止效能降級的主要原因之一。在實際工程中，常常用縫隙的阻抗來衡量縫隙的禁止效能。縫隙的阻抗越小，則電磁泄漏越小，禁止效能越高。
縫隙處的阻抗：
縫隙的阻抗可以用電阻和電容並聯來等效，因為接觸上的點相當一個電阻，沒有接觸的點相當於一個電容，整個縫隙就是許多電阻和電容的並聯。低頻時，電阻分量起主要作用；高頻時，電容分量起主要作用。由於電容的容抗隨著頻率升高降低，因此如果縫隙是主要泄漏源，則禁止機箱的禁止效能優勢隨著頻率的升高而增加。但是，如果縫隙的尺寸較大，高頻泄漏也是縫隙泄漏的主要現象。
影響電阻成分的因素：
影響縫隙上電阻成分的因素主要有：接觸面積（接觸點數）、接觸面材料（一般較軟的材料接觸電阻較小）、接觸面的清潔程度、接觸面的壓力（壓力要足以使接觸點穿透金屬表層氧化層）、氧化腐蝕等。
影響電容成分的因素：
根據電容器原理，很容易知道：兩個表面之間距離越近，相對的面積越大，則電容越大。
解決縫隙泄漏的措施：
1） 接觸面的重合面積，這可以減小電阻、增加電容。
2） 使用儘量多的緊固螺釘，這也可以減小電阻、增加電容。
3） 保持接觸面清潔，減小接觸電阻。
4） 保持接觸面較好的平整度，這可以減小電阻、增加電容。
5） 使用電磁密封襯墊，消除縫隙上不接觸點。
密封襯墊原理
電磁密封襯墊是一種表面導電的彈性物質。將電磁密封襯墊安裝在兩塊金屬的結合處，可以將縫隙填充滿，從而消除導電不連續點。
使用了電磁密封襯墊後，縫隙中就沒有較大的孔洞了，從而可以減小高頻電磁波的泄漏。使用電磁密封襯墊的好處如下：
1）降低對加工的要求，允許接觸面的平整度較低。
2）減少結合處的緊固螺釘，增加美觀性和可維修性。
3）縫隙處不會產生高頻泄漏。
雖然在許多場合電磁密封襯墊都能夠極大地改善縫隙泄漏，但是如果兩塊金屬之間的接觸面是機械加工（例如，銑床加工），並且緊固螺釘的間距小於3厘米，則使用電磁密封后禁止效能不會有所改善，因為這種結構的接觸阻抗已經很低了。
1）選用導電性好的襯墊材料。
2）保持接觸面的清潔
3）對襯墊施加足夠的壓力（以保證足夠小的接觸電阻）。
4）襯墊的厚度要足以填充最大的縫隙
電磁密封襯墊的靈活運用
除非對禁止的要求非常高的場合，否則並不需要在縫隙處連續使用電磁密封襯墊。在實踐中，可以根據禁止效能的要求間隔的安裝襯墊，每段襯墊之間形成的小孔洞泄漏可以用前面的公式計算。在樣機上精心地調整襯墊間隔，使既能滿足禁止的要求，又使成本最低。對於民用產品，襯墊之間的間隔可以為λ/20~λ/100之間。軍用產品則一般要連續安裝。
密封襯墊選用
任何同時具有導電性和彈性的材料都可以作為電磁密封襯墊使用因此，市場上可以見到很多種類的電磁密封襯墊這些電磁密封襯墊各有特色，適合於不同的套用場合設計者要熟悉各種電磁密封襯墊的特點，在設計中靈活選用，達到滿足產品性能要求、提高產品可靠性、降低產品成本的目的選擇電磁密封襯墊時需要考慮幾個主要因素：禁止效能、環境適應性、便於安裝性、電器穩定性
禁止效能：根據需要抑制的干擾頻譜確定整體禁止效能，電磁密封襯墊要滿足整體禁止的要求不同種類的襯墊，在不同頻率的禁止效能是不同的
使用環境：電磁密封襯墊之所以有這么多的種類的一個主要原因是要滿足不同環境的要求，使用環境對襯墊的性能和壽命有很大的影響
結構要求：襯墊的主要作用是減小縫隙的泄漏，縫隙的結構設計對襯墊的效果有很大的影響在進行結構設計時，有以下幾個因素要考慮：
·壓縮變形：電磁密封襯墊只有受到一定壓力時才起作用在壓力作用下，襯墊發生形變，形變數與襯墊上所受的壓力成正比大部分襯墊要形變30~40%才能具有較好的禁止效果
·壓縮永久形變：當襯墊長時間受到壓力時，即使壓力去掉，它也不能完全恢復原來的形狀，這就是壓縮永久形變這種特性當襯墊頻繁被壓縮、放開時（例如門和活動面板）要特別注意
電器穩定性：電磁密封襯墊是通過在金屬之間提供低阻抗的導電通路來實現禁止的目的的因此，其電器穩定性對於保持禁止體的禁止效能是十分重要的
安裝成本：電磁密封襯墊的安裝方法是決定禁止成本的一個主要因素襯墊的成本包括襯墊本身的成本、安裝工時成本、加工成本等在考慮襯墊成本時，要綜合考慮這些因素
密封襯墊比較
金屬絲網襯墊：這是一種最常用的電磁密封材料。從結構上分，有全金屬絲、空心和橡膠芯等三種。常用的金屬絲材料為：蒙乃爾合金、鈹銅、鍍錫鋼絲等。其禁止性能為：低頻時禁止效能較高，高頻時禁止效能較低。一般用在1GHz以下的場合。
主要優/缺點：價格低，過量壓縮時不易損壞/高頻時禁止效能較低。
導電橡膠：通常用在有環境密封要求的場合。從結構上分，有板材和條材兩種，條材又分為空心和實心兩種。板材則有不同的厚度。材料為：矽橡膠中摻入銅粉、鋁粉、銀粉、鍍銀銅粉、鍍銀鋁粉、鍍銀玻璃粉等。其禁止性能為：低頻時禁止效能較低，高頻時禁止效能較高。
主要優/缺點：同時提供電磁密封和環境密封。較硬，價格高，由於表面較軟，有時不能刺透金屬表面的氧化層，導致禁止效能很低。
指形簧片：通常用在接觸面滑動接觸的場合。性狀繁多，材料為鈹銅，但表面可做不同塗覆。禁止性能為高頻、低頻時禁止效能都較高。
主要優/缺點：變形量大、禁止效能高、允許滑動接觸（這便於拆卸）/價格高。
螺旋管襯墊：由鈹銅或不鏽鋼材捲成的螺旋管，禁止效能高（所有電磁密封襯墊禁止效能最高的）。
主要優/缺點：價格低，禁止效能高/受過量壓縮時容易損壞。
主要優/缺點：價格低，過量壓縮時不容易損壞、柔軟、具有一定的環境密封作用/頻繁摩擦會損壞導電錶層
