电磁波屏蔽层的分析介绍，

电磁波现在已被广泛地用于各种场合，为人类提供了各种便利，但电磁波的干扰（EMI）也给人类带来了很多麻烦，已成为一种新的社会公害，因此国内外有关组织都制定了一系列限制电磁波干扰的法规和标准，如凡屏蔽电磁波不达标准的产品一律不准出厂或进口等。表4-14所列为美国联邦通信委员会的FCC法规和国际无线电抗干扰特别委员会的CISPR标准关于辐射干扰场强的极限值。

电磁屏蔽可分为三类：静电屏蔽用于防止静电作用，常把屏蔽体接地线；磁屏蔽主要用于低磁时屏蔽磁波干扰，常用高磁导率材料来防止感应磁力线干扰；电磁波屏蔽主要用在高频场合，通常用于屏蔽在10³～10¹⁰Hz频率范围时产生的射频及声频带的电磁波干扰。本节主要介绍电磁波屏蔽性能。

1.电磁屏蔽机理

防止电磁波干扰的方法是将电磁波干扰源屏蔽隔离起来，传统的方法是采用导电、导磁的金属罩壳将被干扰的物品屏蔽保护起来，以阻止电磁波侵扰。另一种方法是将发生电磁波干扰源的物品屏蔽起来，将电磁波限制在一定空间范围内，并使其在传导过程中逐渐地转化为热能或消耗在各种阻抗（如空气波阻抗）中，最终使其衰减，达到屏蔽保护的效果。

传统的屏蔽方法常用导电、导磁的金属材料制作屏蔽罩壳类零件将屏蔽物品包覆起来，但随着塑料应用的日益广泛，许多金属制品已被塑料制品替代，而塑料多为绝缘体，几乎没有吸收或反射电磁波的能力，因此人们开发了一系列具有电导和磁导性能的电磁屏蔽塑料。

电磁波是由高频电场导生的感应磁场，再由磁场导生感应电场，如此更迭而形成不断向前传播的辐射波，它不断地作用于周围物体上形成干扰。电磁屏蔽是用屏蔽层，通过反射、吸收和层内反射的作用达到屏蔽目的的。

屏蔽过程的示意如图4-9所示，厚度为t的屏蔽层，当电磁波场源在左侧向屏蔽体发射电磁波p到达界面A时，因空气与屏蔽体两者介质不同，所以发射波p分解为反射波2被反射回去，另一部成为射入波1射入屏蔽体内，在它向B方面传送时，因屏蔽体中分子、磁阻，电阻等阻力导致它在传送过程中一部分能量转换成热能而消耗，当另一部电磁波到B面时又因上述同样原因被分解为反射波2及一部分射出B界面的射出波3，反射波在返回途中又消耗能量转成热能，到A界面时又分解为射出波3和反射波2，在它向B界面行进中又被消耗衰减转化为热能，经多次折返后，直至波能耗尽达到衰减和屏蔽的目的。整个屏蔽过程是由A界面反射、屏蔽层吸收和B界面反射三部分组成。通常，当有足够厚度的屏蔽层时，只要第一次屏蔽能吸收10dB（A）以上，则后面的折返屏蔽作用就可略而不计了。所以要求屏蔽材料必须具备一定水平的电导率及磁导率。屏蔽塑料的体积电阻率必须在10^-1～10³Ω·cm，单位面积表面电阻率在0.5Ω以下。目前，除了直接用导电塑料外，大多数是用常规塑料填充了炭黑、石墨、碳纤维、金属纤维或粉末等的改性塑料。

表4-14 FCC和CISPR辐射干扰场强的极限值

图4-9 电磁波屏蔽过程

1—射入波 2—反射波 3—射出波

2.电磁屏蔽性能指标

电磁波干扰属于噪声干扰，故屏蔽效果可用dB（分贝）值来度量。评定电磁屏蔽性能的指标称为电磁屏蔽效果A，其定义为干扰源场强（电场为E，磁场为H）屏蔽前后的场强之比，表达式为

A=E/E′或H/H′

由于A的范围很宽，为了便于表示，采用dB或Nep（奈比）为计量单位，其一般式为

即有 A_N=0.115A_dB或A_dB=8.686A_N式中H、H′及E、E′分别是屏蔽前后的磁场、电场强度。

A_dB常为无线电通信所用指标，A_N为有线通信所用指标。按屏蔽效果可分为四级：低屏蔽级A_dB为10～30dB、中级A_dB为30～60dB，良好级A_dB为60～90dB、优良级A_dB>90dB。目前塑料最高的A_dB可达80dB，一般电气设备的A_dB应>30dB。还有一些标准规定，电子设备在30～1000MHz范围内，最小A_dB为35～40dB，则材料体积电阻率要低于10^-2Ω·cm。

3.影响屏蔽效果的因素

影响A_dB的因素很多，但从机理可知，A_dB主要取决于吸收损耗和反射损耗，损耗大则效果好，因此可从这两方面分析其影响因素。(www.xing528.com)

（1）影响吸收损耗的因素 吸收耗损可用趋肤深度δ来度量，δ值是表示屏蔽层对电磁场的吸收能力，即电磁波透入屏蔽层的深度。电磁场强度是随着传播距离增大而减弱的。所以在一定的传播距离时，δ值越小表示材料的导电、导磁性好、吸收电磁波能力强，电磁波被屏蔽层吸收后造成的损耗越大，而且频率越高，吸收越大。

趋肤深度与电磁屏蔽效果等的关系可以通过下列关系式来表示

A=e^t/δ

其对数式为

式中，A是吸收损耗导致的屏蔽效果或吸收损耗；t是屏蔽层厚度；δ是趋肤深度；f是电磁场频率；μ、σ分别是屏蔽层的磁导率和电导率。

由此可知，当屏蔽层材料的t、μ、σ值大及电磁波f值大时，则屏蔽效果好。因f的绝对值远大于μ、σ的绝对值，故它对吸收损耗影响最大。当然，导致改变材料μ、σ、t值的各种环境因素，屏蔽层的结构设计因素，以及材料分子结构因素都会影响吸收损耗。

通过计算可知，当t≥1.15δ时，则A_dB≥10dB，即可达到第一次屏蔽就吸收10dB以上的效果，所以在工程设计中将该t值认可为基本厚度。同时，通过计算还可知，如果用铜或银作屏蔽材料，则在f≥10MHz时，用0.1mm厚的铜片即可将电磁波降低到原来的1/100，在f≥100MHz时，用0.01～0.05mm厚的铜或银层即可达到屏蔽效果。这意味着在塑料绝缘制品上，只要通过电镀或涂覆方法在表面形成铜或银层，即可达到屏蔽效果。

（2）影响反射损耗的因素 电磁波从发射场射出到达屏蔽层外侧面，入射屏蔽层并透过屏蔽层再射出，在全路径中都要受到空气及屏蔽层材料的阻力，称其为波阻抗Z，其值为电磁波行程中，任一点电场强度与磁场强度之比，单位为Ω。波阻抗大小不仅与阻抗介质有关，还与发射场及屏蔽层之间距离有关。该距离称场距r。

当r≥λ/2π时称为远场，λ为波长，空气中波阻抗Z=377Ω。当r≤λ/2π时称为近场。

一般电子设备中的内部干扰，除了已判明为远场造成的外，都可按近场处理。近场的空气波阻抗与发射场场源有关，如果场源是高电位小电流元件，如偶极子天线，则近场主要是电场，如果是低电位大电流元件，如环形天线，电感元件，则近场主要是磁场。两种场源的电磁波在空气中的波阻抗不等，电场源的波阻抗是磁场源波阻抗的倒数，即Z_电=1/Z_磁。

电磁波的反射损耗与波阻抗有关，从图4-9可以看出，电磁波反射只发生在A及B两个界面，由于Z_空≫Z_屏，所以在A面电场反射大于磁场反射，B面磁场反射大于电场反射，两界面反射耗损之和即为屏蔽层总的反射损耗，即反射导致的屏蔽效果，其表示式为

式中，R是反射损耗；Z₀、Z_s分别是空气波阻抗和屏蔽层介质波阻抗。

波阻抗与场距r、频率f、磁导率μ、电导率σ有关。近场时电场反射率大于远场的，r越小反射损耗越大，且随f升高而下降；反之，近场的磁场反射率小于远场的，r越小反射损耗减小，但随频率的升高而增大，可以对高频率近磁场的屏蔽较困难。

综上所述，低频时吸收损耗小，反射损耗大，高频则反之，一般远场干扰较容易屏蔽。屏蔽效果与屏蔽制品的材料，结构、尺寸形状及附近有无其他金属壳体等因素有关。

目前，塑料制品的屏蔽材料可分为表层导电型、填充复合型和导电、导磁功能塑料等三类，前者是采用磁控溅射镀膜、电镀等工艺在制品表面镀（涂）屏蔽层；填充复合材料是采用PA6、PP、PC、ABS、MPPO、PPS等塑料填充石墨、碳纤维、金属丝（粉）等各种导电、导磁材料复合而成；功能塑料有聚噻吩、聚吡咯等导电、导磁高分子功能塑料（电导率在10～100S/cm）。

体积电阻率、电磁波频率与屏蔽效果的关系见表4-15。

表4-15 体积电阻率、电磁波频率、屏蔽效果