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屏蔽罩
来自认证百科
| 英文名称 | Shielding Can / Shielding Case |
|---|---|
| 物理基础 | 法拉第笼原理、电磁波反射与吸收 |
| 核心指标 | 屏蔽效能 (dB) |
| 关键参数 | 趋肤深度 、谐振频率 |
| 根本目标 | 隔离电磁干扰 (EMI)、实现系统级 电磁兼容 |
概述
屏蔽罩(Shielding Can)是电子设备中用于电磁兼容(EMC)设计的核心物理器件。它利用导电或导磁材料制成的屏蔽体,将特定的电路区域(如射频前端、高速处理器)封闭,以阻断电磁波在空间上的耦合路径。
在现代硬件设计中,屏蔽罩不仅是解决辐射发射(RE)超标的最后防线,也是保障敏感电路(如低噪声放大器 LNA)抗扰度(RS)的关键手段。
核心原理与屏蔽效能公式
屏蔽罩的总屏蔽效能 (Shielding Effectiveness)定义为无屏蔽时空间某点的场强与加屏蔽后该点场强的比值,通常以分贝(dB)表示:
根据谢昆诺夫(Schelkunoff)理论,总屏蔽效能由以下三部分组成:
1. 反射损耗 (Reflection Loss, )
由于屏蔽材料的阻抗与自由空间的波阻抗(约 )不匹配,电磁波在界面处发生反射。其简化计算公式为:
其中:
- :材料相对于铜的电导率。
- :材料的相对磁导率。
- :电磁波频率。
2. 吸收损耗 (Absorption Loss, )
电磁波穿透屏蔽体时,由于感生涡流产生的热损耗。它与材料的厚度 和趋肤深度 有关:
其中趋肤深度 的公式为:
3. 多次反射修正项 (Multiple Reflection, )
当吸收损耗 时,需考虑电磁波在屏蔽体内壁间的多次反射。在大多数高频工程应用中,若屏蔽体较厚,该项常被忽略。
腔体特性与谐振公式
屏蔽罩内部形成的金属腔体在特定频率下会产生谐振,谐振时屏蔽效能会大幅下降。
1. 腔体谐振频率
对于矩形屏蔽腔,其谐振频率 取决于腔体的长()、宽()、高():
其中:
- :光速。
- :模数(整数,如 模)。
- 设计准则:应确保屏蔽罩内电路的工作频率远低于最低阶谐振频率 。
2. 孔缝泄漏损耗
屏蔽罩上的散热孔或缝隙会降低屏蔽效能。对于最大长度为 的缝隙,其引起的 SE 恶化可估算为:
其中 为干扰信号的波长。
- 工程规则:为了保持 以上的屏蔽效能,孔径或缝隙长度必须小于 。
PCB 协同设计指标
- 接地过孔间距:为了防止屏蔽罩底部与 PCB 接地层之间形成缝隙天线,接地焊盘上的过孔间距 应满足:
- 直流阻抗:屏蔽罩与主地平面之间的直流接触电阻应控制在毫欧级,以确保高频回流路径通畅。
常见应用场景表
| 应用类别 | 关注指标 | 推荐方案 |
|---|---|---|
| RF 射频电路 | 洋白铜材料,双件式结构,内部填充吸波材料。 | |
| 高功率开关电源 | 磁场吸收、散热 | 镀锡钢或硅钢材料,多散热孔设计(注意孔径控制)。 |
| 敏感模拟采样 | 极低频干扰隔离 | 选用高磁导率材料(如坡莫合金),减少开孔。 |
