(1) 用非常薄的金属板就可达到大约100dB的屏蔽效果
图4-4-3展示了铜板的情形,并以此作为用夏克诺夫公式计算结果的一个示例。
图4-4-3 铜板的屏蔽效果
图4-4-3(a)表示了厚度为0.1mm时的频率特征。红线指示的屏蔽效果SE在从0.1MHz到1000MHz的整个频率范围内达到100dB或更高。如果是常规电子设备的噪声抑制,100dB则被认为是达到了足够大的效果。
图4-4-3(b)展示了通过在固定频率10MHz上改变厚度得出的计算结果。即使是厚度只有10µm的超薄铜板也具有明显的屏蔽效果。下文阐释细分的屏蔽效果。
(2) 反射损耗
图4-4-3中的蓝线表示了反射损耗R。从图中可以理解为铜只从反射损耗就能达到接近100dB的效果。
如图4-4-4所示无线电波从左到右发射无线电波时,由于空间的固有阻抗和屏蔽材料的固有阻抗之间的阻抗匹配非常差,就会出现反射损耗。空间的固有阻抗为377Ω,而10MHz时铜板的固有阻抗只有1.17MΩ。实际差距达到了32万倍。因此无线电波的能量几乎不能进入铜板。
此处的固有阻抗代表了无线电波在特定材料内以平面波形传输的特性,还指示了与传输线路的特征阻抗等效的数值。这表示电场与磁场的比率,这个值由介电常数ε,磁导率µ,电导率σ和频率ƒ等决定。
通常因为金属的导电率非常高,所以金属的固有阻抗非常小。
尽管图4-4-3展示了铜的情形,但铁的导电率只比铜低一个数量级,而磁导率要高1000倍。因此铁的反射损耗会更小。但铁在10MHz时依然具有接近60dB的反射损耗。因此大多数金属材料均视为能够达到不造成实际问题的反射损耗。无论厚度多少,都可以达到这个反射损耗。(如果厚度很薄,需要修正多重反射效果)
因为反射是导电率造成的,所以这也意味着可以在电阻高的截面(如果有)上降低屏蔽效果。例如如果屏蔽板内有一个接合点,连接面的任何电阻均会明显降低屏蔽的效果。为了确保连接面的传导,可以使用导电垫圈等。
图4-4-4 屏蔽板表面的无线电波的反射
(3) 衰减损耗
图4-4-3中的绿线表示了衰减损耗。这个损耗会随着频率和/或材料厚度增加而明显变大。因此在诸如图4-4-3(a)所示的情形下,衰减损耗会在100MHz或更高频率范围内超过反射损耗,总共达到200dB或更高的屏蔽效果。
图4-4-5 屏蔽板内无线电波的衰减
衰减损耗是由通常称为集肤效应的特性而造成的无线电波衰减。当无线电波进入金属时,无线电波会在距离表面的集肤深度δ处以0.37的系数特征进行衰减。因此如果屏蔽板厚度大于集肤深度,就可以预期有明显的衰减效果。
当使用相同厚度的屏蔽材料时,集肤深度更薄的材料被认为会有更佳的衰减损耗。图4-4-6展示了常规屏蔽材料(铜,铝和铁)的集肤深度的计算结果。频率越高,集肤深度就越浅,且因此可以获得衰减损耗。在10MHz处,预计可以从厚度不小于20µm的铜和厚度不小于2µm的铁获得衰减损耗。
集肤深度也会因材料的磁导率µ和导电率σ而有所差异。导电性或磁导率越高,集肤深度越浅。尽管图4-4-6表明了铁的导电率要比铜的低,但由于铁的磁导率很大,铁的集肤深度要比铜低一个数量级。因此这可以理解为即使铁的反射损耗小于铜的反射损耗,铁这种材料也会具有较大的衰减损耗。(因为图4-4-6假定了铁的相对磁导率是1000而进行计算的,所以不是很准确)
图4-4-6 金属板的集肤深度
(4) 影响屏蔽效果的材料参数
当如上所述使用金属板时,通过以下方式可以获得更大的屏蔽效果:
(i) 使用更厚的屏蔽材料(衰减损耗增大)
(ii) 提高导电率(衰减损耗和反射损耗同时增大)
(iii) 提高磁导率(衰减损耗增大)
通常只要是金属板,实际上任何材料或厚度均可以发挥出足够的屏蔽效果。但是如果如下所述在环形天线的附近处理不高于100kHz的频率范围,那么材料和厚度就会很重要。