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电磁波吸收材料的电磁兼容解决方案（一）2009-8-1011:17:00【文章字体：大中小】推荐收藏打印导言电磁干扰可以发生在电子设备的任何部位，其结果是为电子设备带来了品质因素的下降，甚至影响其正常工作性能，而且是不可预期的。使用导电型屏蔽材料可以有效地解决设备对外的射频干扰问题，同时也可以防止外界干扰对其自身的干扰，是目前最流行的高频EMI解决方案之一。然而经常困扰EMI/RF工程师的是电子设备工作在百兆赫兹频率时，其高次谐波噪音辐射通常会达到千兆赫兹。此时，导电的屏蔽材料会带来电磁波的自我反射干扰问题，或者因反射干扰产生的耦合作用会导致其邻近敏感器件被干扰的问题。更有甚者，高度集成的电子PCB板级系统，会因为长时间沐浴在电磁辐射干扰中产生复杂的交叉串扰问题，这些问题仅靠屏蔽或接地技术是难以获得彻底解决。3M电磁波吸收片为有效消除这一类射频噪音问题提供了有效且相对容易的解决方案。这类片状复合材料是由填充能对电磁波起到有效耗散作用的吸收介质的聚合物制成，它具有很好的从百兆赫兹到千兆赫兹干扰噪音的吸收衰减作用，这个频段覆盖了大部分民用消费电子杂波频段或高次谐波频段，因而具有很强的使用价值。独一无二的电磁特性和优异的机械及物理特性使得这种材料能够有效地应用到各类电子设备的电磁兼容解决方案中。电磁波吸收机制[1,2,3,4]3M复合型吸波材料的噪音吸收同时适用于近场和远场的情况。就近场应用而言，吸波材料的磁损耗在吸收高频噪音中扮演着重要的角色。复合吸波材料可以看成是一种磁导率的范围为10~200的磁性材料。这种吸波材料在低频有一个稳定的磁导率特性，然而在更高频的范围内，它们就会产生二次磁导率效应。当遇到高频电磁场作用时，而在粒子的磁化强度和外叠加磁场之间就会有一个相位差出现，这个现象可以用下面公式（1）表示：III札=埠+见（1）其中，称为磁导率的实部，称为磁导率的虚部。某一频率上的磁损耗强度及频率特性是可以随着嵌入到材料中磁性颗粒的密度改变而改变的。材料特性参数，如饱和磁化强度，颗粒尺寸，磁各向异性及颗粒的形状等都是可以调谐吸波材料特性的关键参数。就远场应用而言，3M复合吸波材料的反射损耗很大程度是由电磁波在空气中和吸波材料中的传输阻抗的匹配性决定的。当一束电磁波,其自由空间的传播阻抗为，入射到一个半无限大的，阻抗为的电磁介质表面时,会有部分电磁波发生反射,电磁波的反射率可以用下面公式（2）表示:——L此公式中：召=曲％；召=“/£]为了获得一个0反射率,必须保证，在这个条件下，如果要此等式成立，必须满足下面等式条件（3）：匕⑶在电磁波进入吸波材料内部后，就会和吸波材料的有效粒子发生作用，这种作用可以是各种电效应或磁效应，或是电磁相互交杂或磁后效应的作用，从而使得大部分入射电磁波能量被损耗掉，这种电磁损耗可以用损耗角的形式表示，如式（4）和（5）所示，这也常被当作损耗系数对待：Lun玄-巴:（4）tan（^.=—〔5'、获得更大的损耗系数需要对吸波材料进行配方，控制吸波材料的和。3M吸波材料就是在尽可能降低材料厚度的基础上，调整材料的电磁参数，尽可能提高材料的损耗系数，增强电磁干扰、杂波噪音等的吸收效能。入射电磁波与吸收材料内部的有效粒子的微观作用情况如图1所示：越于谥础图1入射电磁波和与粒子微磁畴的作用我们可以看到吸收粒子的畴矩会随着入射电磁波而发生转动或移动，这种转动或移动会消耗电磁波能，从而起到吸收的作用。波吸收材料特性参数测量磁导率和材料的吸收效能有很强相关性，它考虑的是磁损耗问题，是从材料“铁磁共振和磁后效应”考虑问题。对于一束高频的入射电磁波，磁自旋会产生相位滞后现象。因此入射到吸波材料内部的电磁波能会转化成小量的热耗散掉。该效应可以通过微波带法（MSL）和波导反射方法来进行测量，如图2和图3所示。图3波导反射法示意图图2微波带测试方法示意图微波带的阻抗要调谐到50欧姆，采用同轴线夹具将其连接到矢量网络分析仪上可以对通过吸波材料的特性，进行反射损耗和透射损耗的测量。能量的损耗可以采用下面的公式表示：八八’八1"通过这种方法，我们可以得到材料磁导率和介电常数值，图4显示了3MAB5000系列吸波材料电磁参数的测试结果：图43M吸波材料的磁导率和介电常数图5显示了采用微带法测试3MAB5000S系列吸波材料的损耗结果:60CO|DO—翩—flBWME—AA&CHS—ABW14£图53MAB5000S系列吸波材料的损耗可以看出，AB5000S系列吸波材料的吸收效能在很宽的一个频率范围内是随着吸波材料厚度增加而增加的。从应用的角度，这些能量可以大致的估算为80%损失是来自磁损耗,剩余的能量损耗可以简单地看成是来自20%的电介质损耗，以及少量的空气损耗和仪器基座等带来的消耗。3M吸波材料应用解决方案直接应用于辐射源器件的表面上EMI调试技术常用的解决方案之一就是找到由一个特定的时钟频率产生的二次或三次谐波。贴一块模切成制定形状的3M吸波材片就能明显地衰减这个噪音水平。请参考图6和图7：图6吸波片贴到芯片上应用（三维图）图7吸波片贴到芯片上应用（截面图）就这种应用，3M复合吸波片可以有效地吸收这种辐射能量，同时可以衰减耦合噪音。总体而言，3M吸波材料的电阻抗值很高，可以达到106Q以上,所以不用担心吸波片贴金属性导线上而会发生短路的问题。这些应用的典型地方有：直接贴在电子设备内部的高速CPU芯片、图象信号处理器、存储芯片以及振荡器芯片上等。电磁波吸收材料的电磁兼容解决方案（一）2009-8-1011:17:00【文章字体：大中小】推荐收藏打印应用于柔性线路板（FPCB）在解决EMI干扰问题时，工程师经常会把注意力放在关键元器件上；其间，连接器件间的柔性线路板（FPC）经常是被忽略的地方，FPC连接不同器件，承载信号传输的作用，既是信号设备信号传输的桥梁，同时也是EMI电磁干扰的噪音源，电磁干扰会通过其从干扰原器件传导到敏感器件引起干扰问题。另外，这段承载高频信号的FPC对系统来讲，还可以看成是一段对系统辐射电磁波的天线。在解决这类干扰问题时，工程师常会采用高频条件下磁导率较高的磁环，这样的磁环可以制成电感用于设备电路的纹波或尖峰的抑制。3M复合吸波材料也有非常类似的应用，如图8所示：图8应用于FPC上的EMI处理方式然而，铁氧体体积比较大而且比较硬，而3M吸波片是比较薄且比较柔软，相应地这种片状材料可以设计应用于结构比较紧凑，空间比较狭小的地方，在应用时又不需要改变原有的设计和排版方案。这种吸波片材料经常不仅仅是一个类似于电感磁环的应用，同时其高频吸收特性也是减少FPC直接辐射干扰的有效方案。对于高速信号线束类产品，可以采用3M吸波片（胶带）进行绕包来解决其对外辐射的问题，这类线数产品包括手持数码产品配备的高速USB数据线，高速端口连接线束，蓝牙及无限局域网等设备用线束等。包裹一层3M吸波片（胶带）可以有效的起到降低线束EMI干扰的问题，同时也可以降低线束本身之间因联结而导致的耦合干扰等问题，是一个有效解决线束电磁干扰的解决方案。包裹方式可以采用对折包裹和绕包的方式进行，图9就是对于一种高频数据线的EMI处理解决方案，采用绕包的方式解决。铜线编织3财吸波胶带(0,05-0.2mm)图9应用于线束的绕包EMI解决方案应用于屏蔽罩内侧最好的解决交叉干扰的方法是将同一电路板间的器件进行隔离，或将器件与不同基频的电路板隔离。然而，对于目前电子设备的小型化和高度集中的电子原器件在电路板上的排列或堆垛，空间隔离是几乎不可能的方式，而且更不可能分割不同频率工作的器件。此外，对于具有屏蔽结构的电子设备，器件产生的电磁波会在屏蔽结构内部不断地反射，致使不论是电磁干扰元器件还是电磁敏感元器件，它们都沐浴在不断产生的电磁波的屏蔽空间内侧，引起干扰，乃至最终导致性能的下降。就这种情况，屏蔽本身是不能解决问题的，然而应用一片3M的吸波片在这种体系内侧，如贴在屏蔽结构的内壁上。这个吸波片可以吸收电磁能量，将其转化成毫无损害的低热散发出去，使得屏蔽内侧是电磁洁净的空间。这个技术也适用于解决屏蔽罩内穴腔共振以及PCB或金属壳体有小孔缝的场合。