屏蔽材料简介ppt课件.ppt
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1、,屏 蔽 材 料,在设计阶段采取电子兼容措施,可以采取结构与电路相结合的技术措施.采取这种方法通常能在正式产品完成之前解决90%的电磁兼容问题.,电磁屏蔽材料-铝箔、铜箔,电子网,引言,随着现代电气、电子技术的发展及广泛应用,在电气系统及电子产品中,电磁环境越来越复杂,电磁污染越来越严重.目前,电磁兼容设计已成为电子产品设计中的一项关键技术.,电磁兼容问题考虑得越早,问题越简单,解决问题所需要的成本越低,在产品的设计方案中就要考虑电磁兼容措施.在产品设计过程中应仔细预测各种可能发生的电磁兼容问题,电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的最重要手段之一,是抑制辐射干扰的最有效手段.大部分电磁兼容问题都可以通
2、过电磁屏蔽来解决.用电磁屏蔽的方法来解决电磁兼容问题的最大好处是它不会影响电路的正常工作,因此不需要对电路做任何修改。,磁场屏蔽材料,emi屏蔽材料,屏蔽材料的定义,屏蔽材料是用来阻止或者减小电磁能量传播、实现电磁兼容的金属板(网)、金属盒(箔)、金属罩及各种特种合金材料的统称。,目 录,第一节、屏蔽的基本分类,静电屏蔽防止静电耦合干扰,是指对静电场的屏蔽,即利用低电阻率导体材料做成容器,把电力线限制在容器内部,也可以使外部电力线进不到容器内部。在静电屏蔽时,屏蔽导体必须接地,屏蔽体和接地线都是具有良好导电性能的金属材料。,1)静电屏蔽,2)电磁屏蔽,电磁屏蔽是防止高频电磁波干扰,用于抑制噪声
3、源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰。,在电磁屏蔽时,屏蔽体本身可以不接地,但为了避免发生静电耦合,所以电磁屏蔽导体一般也做接地处理。,电磁屏蔽必须同时屏蔽电场和磁场,通常采用低电阻率的导体材料。空间电磁波在射入到金属体表面时会产生反射损耗和吸收损耗,使电磁能量被大大衰减,从而达到屏蔽的目的。,3) 磁屏蔽,磁屏蔽是防止低频的磁场感应,屏蔽较困难,通常采用高导磁率和低电阻率的金属材料构成具有一定厚度的壳体,以便将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内部,防止磁场的扩散,这就是磁屏蔽的基本原理。,磁屏蔽现象,与电磁屏蔽类似,在磁屏蔽时,屏蔽体是否接地不影响屏蔽效能,实际结构为了防止静电感应,屏蔽
4、体一般都接机壳(安全接地)。,地球的磁力线由北极经地球表面而进入南极。人体睡眠时的生物电流通道与地球磁力线方向相互垂直,那么地球磁场的磁力就成为人体生物电流的强大阻力。可是人体要为恢复正常运行达到新的平衡状态,就得消耗大量热能,用来提高代谢能力。,睡觉与地球磁场方向一致,即“南北”方向(头北脚南)为好。,若采用“南北”睡向,人体内的细胞电流方向即可与地球磁力线方向成平行状态,人体内的生物大分子排列则为定向排列,这样,气血运行便可通畅,代谢降低,能量消耗锐减,睡眠中的慢波、快波即能协调进行,加深睡眠深度,从而可以提高睡眠质量,有利于身心健康。,若是睡觉方向为“东西”向,机体从外界得不到足够的能量
5、补充,而磁场的磁力又得不到及时排,除所消耗的热量又以热的形态萦绕于周身,导致体温升高,则气血运行就会出现失常,产生病态,通常呈现出头昏、烦躁、失眠、颈椎酸疼等症状。,第二节、需要屏蔽的器件及屏蔽的发展史,变压器、电动机、簧片式继电器、电源、放大器、真空管、光电倍增管、电杆、磁控管、扩音器、仪表、扬声器、记录磁头、电缆、晶体管、电波滤波器等。,需要进行屏蔽的典型元器件有:,电 杆,光电倍增管,电磁屏蔽的发展史,电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应的现象同时被发现,1981年英国科学家发表“论干扰”的文章,标志着研究干扰问题的开始。,1989年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题,使干
6、扰问题的研究开始走向工程化和产业化。,现代化电子设备将不可避免地受到比以前的设备更为严重、复杂的杂散磁场的不良影响,即我们常说的电磁干扰(EMI),美国联邦通讯委员会在1990 年和欧盟在1992 提出了对商业数码产品的有关规章,这些规章要求各个公司确保它们的产 品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。,电屏蔽的实质是减小2个设备间电场感应的影响。电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下,将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体.因此,接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的2个关键因
7、素.,第三节、屏蔽的理论基础,磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰电磁场提供低磁阻的磁通路,从而对干扰磁场进行分流,因而选择钢、铝、铜等高磁导率材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的2个关键因素.,(1)屏蔽的原理,电磁屏蔽是屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽电场和磁场的一种措施.电磁屏蔽的实质是减弱由某些辐射源所产生的某个区(不包含这些源)内的电磁场效应,有效地控制电磁波从某一区域向另一区域辐射而产生的危害。其作用原理是采用低电阻的导体材料,由于导体材料对电磁能流具有反射和引导作用,在导体材料内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化,从而减弱源电磁场的辐射效果。,(2)屏蔽效能,屏蔽体对辐射干扰的抑制能
8、力用屏蔽效能SE(shieldinge -ffeetiveness)来度量.屏蔽效能是没有屏蔽体时,从辐射干扰源传输到空间某个位置P的场强E1(H1)与加人屏蔽体后,辐射干扰源传输到空间同一个位置P的场强E2(H1)的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度.由于屏蔽体通常能将电磁波衰减到原来的1/l000000一1/100,因此通常用分则dB)来表示.表达式为,电场屏蔽”能:SE=20lg(l E1 l/l E2 l), 磁场屏蔽效能:SE=20lg(l H1 l/l H2 l), 民用设备所需的屏蔽效能:35一65dB, 军用设备所需的屏蔽效能:60一loodB.,明确了所需的屏蔽效能,就可
9、以确定具体的屏蔽结构以及选取所需的屏蔽材料.,根据Schelkunoff电磁屏蔽理论,金属材料的电磁屏蔽效果为电磁波的反射损耗、电磁波的吸收损耗与电磁波在屏蔽材料内部多次反射过程中的损耗三者之和银、铜、铝等是极好的电导体,相对电导率r大,电磁屏蔽效果以反射损耗为主;而铁和铁镍合金等属于高磁导率材料,相对磁导率r大,电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主。一般情况下,材料的导电性越好,屏蔽效果越好;随着频率升高,电磁波穿透力增强,屏蔽效果下降。,(3)电磁兼容三要素及抑制方法,干扰源、藕合途径(传导性藕合与辐射性祸合)及敏感设备组成电磁兼容三要素,缺一不可.,电磁兼容三要素:,抑制干扰源、切断削弱干扰祸合、
10、减小敏感设备的敏感度.,电磁兼容的抑制方法:,(3)影响电磁屏蔽的几个因素,一般除了低频磁场外,大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能.但在实际的情况中,常见的是金属做成的屏蔽体并没有如此高的屏蔽效能,甚至没有屏蔽效能.为了提高机箱的屏蔽效能,应弄清以下几个因素:,1):静电屏蔽不等于电磁屏蔽:在静电中,只要将屏蔽体接地,就能够有效地屏蔽静电场.而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关.,2):保持屏蔽体的导电连续性,减小开口与缝隙:电磁屏蔽的关键是保证屏蔽体的导电连续性,即整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体.但一个实用的机箱上总会有很多开口和不同部分结合的缝隙等.箱体电磁兼容性设计主要
11、内容就是如何妥善处理这些开口与缝隙.,3):穿过屏蔽体的电缆危害最大:实际机箱屏蔽效能降低的一个主要原因是穿过屏蔽机箱的电缆.机箱上总会有电缆的进出,至少会有一条电源电缆.这些电缆极大地影响屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝.妥善处理这些电缆是屏蔽设讨一中的重要内容之一,第四节、几种典型的屏蔽材料,薄膜型的透明屏蔽材料研究比较早, 主要有 In2O3基薄膜、SnO2基薄膜和 ZnO 基薄膜,铅基复合核屏蔽材料:B/Pb复合核屏蔽材料、铅硼聚乙烯屏蔽材料、新型B4C/Pb复合屏蔽材料,其它几种主要类型的屏蔽复合材料有屏蔽混凝土、硼钢、Al- B4C复合材料、PVC-PE复合材料等。,(1)薄
12、膜型的透明屏蔽材料,掺 Sn 的 In2O3薄膜(ITO) 是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜及屏蔽材料。ITO 膜是一种性能优良的透明导电材料, 它对可见光范围透明, 而且又有低的电阻率,并与玻璃等载体有较的附着力、良好的耐磨性及化学稳定性。,制备的 ITO 薄膜, 电阻率可达 5.10-4cm, 可见光的透射率可达 90%。众多的文献5- 8表明,Sn 掺杂的浓度直接影响膜的光学性能及电学性能, 当 Sn 的掺杂量为 10%( 摩尔分数)时, ITO 薄膜具有最优的光电性能。,ITO导电屏蔽薄膜,柔性ITO导电膜(防划伤TIO导电膜),为了进一步降低电阻率, Hultake A 等人在
13、ITO 中加人少量银, 研究表明采用这种办法可以降低后续处理的温度并能得到高性能的透明导电薄膜。在 ITO 中, 掺 Sn 之后构成的 In2O3Sn n 型半导体的禁带宽度比纯 In2O3加宽了。它的电阻率介于10-310-4cm 之间, 可见光透射率达 85%以上。复旦大学 Meng Y 等采用传统的反应蒸发法在 350 的玻璃基体上制备出了一种新的高质量的 In2O3基透明导电薄膜 IMO( In2O3Mo), 它的电阻率可达到 1.710-4cm, 可见光的透射率大于80%。,SnO2基薄膜是应用最早的透明导电薄膜, 早期就是在玻璃上镀一层 SnO2薄膜, 但纯的 SnO2薄膜性能不如
14、掺杂后的 SnO2基薄膜, 掺杂效果最好的是 ATO(掺锑)和 FTO(掺氟)。Ma Honglei 等采用 APCVD 法制备的 FTO 薄膜电阻率可达 510-4cm, 可见光区透射率达到 90%以上。Shanthi S等采用喷射热分解法制得了电阻率为 910-4cm, 可见光区透射率达80%以上的 ATO 薄膜。ZnO 薄膜相对来讲是最近几年才开始引起大家注意的, 目前这个系列的薄膜性能最好的是掺铝的 AZO薄膜, 主要考虑其原料丰富、成本低廉, 是一种具有良好商业前景的透明导电薄膜。Chang J F 等采用磁控溅射法制备的 AZO 薄膜, 电阻率最低可以达到 6.2410-4cm,
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