BLM模型分析（一些典型的BLS设计模型）

影响板屏蔽罩效率的几个因素

板屏蔽(BLS)广泛应用于各种电子产品或系统中，在解决电磁兼容问题(如电磁干扰辐射、系统内部干扰、射频问题等)中发挥着重要作用。).随着终端客户的要求不断升级，BLS的设计要求也在不断提高。如今，客户需要更高的频带、更轻、更小或更低高度的屏蔽材料等。因此，工程师如何评价BLS产品的屏蔽效能成为关键。本文通过介绍实际仿真和测试，总结了影响板级屏蔽性能的几个关键因素。本文可为工程人员在设计或选择电磁干扰屏蔽方案的过程中提供一些参考。

对孔径屏蔽效能的影响

设计一个完全封闭的BLS是不现实的。设计师通常需要在BLS上开一些洞，以达到通风排气的目的，或者收发信号，躲避器件。本文提供了一些典型的BLS设计模型。通过比较这些模型的屏蔽效能，我们可以得出一些对BLS屏蔽应用有用的设计原则。

孔径的影响

在大多数应用场景下，孔径小于2mm，与电磁学领域中电磁干扰的波长相比，只是很小的长度(即小尺寸)。因此，单个孔不能形成有效的天线。现在，假设我们需要在BLS盖板上打一系列圆孔。以下哪种设计更适合电磁干扰屏蔽？(孔的总面积保持不变。)

通过电磁干扰仿真对比，Laird获得了两种设计模型的屏蔽效能数据。数据显示，孔越小，BLS的屏蔽效果越好。即孔尺寸对屏蔽效能的影响大于孔数。

孔径/间隙结构的影响

条形孔通常用在侧壁或BLS框架和盖板之间。对于两件式BLS，由于装配的限制，盖板与框架之间会有一定的间隙。这就形成了波导效应，会导致电磁干扰的泄漏。所以要考虑加一些搭接来阻挡辐射路径。下面的例子展示了不同设计带来的不同屏蔽效能。需要注意的是，即使我们将间隙宽度保持在0.01 mm，这个微小的孔隙仍然会导致屏蔽效能的大幅下降。

更多研究表明，光圈长边的大小对屏蔽效能起决定性作用，短边影响不大。因此，在实际应用中，工程师应避免长缝孔设计，即使缝隙很窄。

对材料屏蔽效能的影响

BLS最常用的材料是冷轧钢、不锈钢和铜镍锌合金。这些材料具有高导电性。有鉴于此，我们在计算屏蔽效能时可以忽略磁导率的影响。SE的理论公式为：

SE R=20 lg(0/4)

式中，0为电磁干扰源的波阻抗，为377欧姆；在平面波中；是屏蔽材料的阻抗。为简单起见，其表达式为：

因此，材料的电导率()是影响屏蔽效能的关键因素。为了找出不同材料制成的BLS的屏蔽效能，和往常一样，莱尔德进行了许多对比模拟和测试。这些实验表明，不同材料的屏蔽效能基本相同。即使在高温高湿老化试验完成后，屏蔽效能的结果也没有明显变化。

屏蔽的另一个重要因素是趋肤效应。这意味着高频电流倾向于通过导体的外表面，而不是导体的内部。因此，如果电磁屏蔽结构采用金属化电镀，屏蔽性能主要取决于电镀材料；基础材料并不那么重要。

在低频时，BLS产品通常用于抑制通常由低阻抗源(如电感、变压器)引起的磁场。在这种情况下，电磁干扰屏蔽机制会变得更加复杂。在准静态磁场中，磁通量将被感应穿过具有较高磁导率的材料。因此，屏蔽效能取决于屏蔽结构材料的厚度和磁导率。当频率增加时，涡流引起的反射损耗将占主导地位。即材料的导电性成为影响屏蔽效能的关键因素。为了定量分析不同材料的低频屏蔽效能，建立了BLS屏蔽效能的计算模型。我们在BLS内外放置了两个线圈，并在BLS下设置了一个理想的地平面。然后，我们通过测量有无BLS线圈的耦合数据来计算屏蔽效能。此时，屏蔽效能SE可以表示为：

SE(dB)=S21(不含BLS)- S21(含BLS)

材料电导率和相对磁导率CRS(马口铁)6*106(S/m)100铜镍锌合金3.57*106(S/m)1坡莫合金1*106(S/m)20000

下图显示了电磁仿真模型和结果。三种典型材料用于建模。电气性能参数如上表所示。我们发现坡莫合金在100kHz以下的频率表现最佳。CRS材料也适用于低频应用，当高于100k Hz时，镍银成为最好的屏蔽材料。另外，如果材料的厚度增加一倍，我们可以看到屏蔽效能也会提高。

*请注意，我们在模拟中设置的渗透率是一个常数。现实中，金属材料的磁导率会随着频率的增加而急剧下降。

其他因素(EMI干扰源、接地方式等。)

本质上，电磁干扰屏蔽的目标是形成一个法拉第笼，将电磁场的内外隔开。而BLS只提供了五个屏蔽面，需要用PCB接地，形成一个完整的笼子。我们还需要考虑可能影响整体屏蔽性能的其他因素。以下是对我们研究结果的讨论。

EMI干扰源

首先，我们注意到EMI干扰源(天线)的阻抗对屏蔽效能的影响很小。通常，高阻抗天线(如偶极天线)会带来更高的屏蔽效能或动态范围，但我们可以给出一个定量的数据，因为不同的天线结构会有不同的影响结果。另一个需要注意的因素是屏蔽和干扰源之间的距离。如果干扰源在泄漏点附近，会明显削弱屏蔽效能。这是一个极端的例子。当信号线穿过BLS的缝隙时，电磁干扰的泄漏会变得非常严重。

下图为信号轨迹通过BLS城堡缺口时的电磁场分布。如果我们进行对比测试，会发现两种场景(电磁干扰源在BLS内部和穿过BLS时)的屏蔽效能是完全不同的。

Bl接地

大多数BLS通过贴片安装焊接到PCB上。在某些情况下，还需要穿孔组件。事实上，这是从BLS板接地的一部分组成。接地孔的数量也会影响屏蔽质量。因此，Laird完成了三种接地方式的仿真研究。这些方法包括完全接地(过孔间隙_0.8mm)、部分接地(过孔间隙_7mm)和浮动(不接地过孔)。下图显示了三种不同接地模式的模型。

显然，完全接地时屏蔽效能最好。其次，局部接地。浮在地上效果最低。此外，当BLS以浮动方式安装在PCB上时，寄生电容对屏蔽起着重要作用。发现腔体的谐振点发生了变化，在某些频率下屏蔽效能可能为负值。

BLS内部的电介质材料

在以前的研究中，我们没有考虑电介质材料对屏蔽效能的影响。然而，在实际工程应用中，有许多介电组件安装在BLS(例如，PCB材料，热垫，电磁干扰吸收材料)。这些电介质会影响屏蔽效能，尤其是改变腔体的谐振频率点。一般来说，电介质材料会压缩在其内部传播的电磁波的波长，因为它比空气或真空具有更高的介电常数(=1)。介质中的波长( R)为

其中0是真空下的波长。是电介质材料的介电常数。波长压缩将导致两种屏蔽结果。首先，空腔的谐振频率点将移动到较低的频率。其次，波长越来越短，电磁波越来越容易从洞里漏出。所以屏蔽效能会减弱。如图所示，在BLS内部涂上一层吸波材料会得到不同的效果。因为吸收材料附着在里面，BLS变成了一个损耗腔。谐振频率点全部消除。这是BLS和波材料组合解决方案的一个典型应用，在Laird中通常称为多功能解决方案。

结论

从结构上看，BLS只是一个简单的金属外壳。然而，在电磁干扰屏蔽性能方面，仍然有许多因素可以决定实际的屏蔽效果。总之，BLS主要考虑的是孔径/孔，而与材料的电导率和磁导率相关的因素不是主要因素，但在低频屏蔽的应用中要考虑这样的因素。在更高的频率下，空腔共振将大大削弱屏蔽效能。然而，事实证明全波电磁干扰模拟在解决这些问题时特别有用。结合吸波材料，可以有效抑制高频电磁干扰辐射。

编辑：李倩