屏蔽效能（SE）解析
理论：吸收、反射与缝隙
概述
电路板装进了金属机壳，辐射噪声测试还是在几百MHz不合格。用金属包起来不就能屏蔽吗？
板材本身应该已经屏蔽得足够了。问题几乎总在“缝隙”——盖子的接缝、通风孔、连接器和电缆孔。缝隙长度接近半波长时，缝隙本身就像天线一样让电磁波通过。把屏蔽效能分成材料吸收、反射和缝隙泄漏三部分来考虑，就清楚该改哪里了。
屏蔽效能的分解
$E_0$ 为无屏蔽时的电场，$E_s$ 为有屏蔽时的电场。$A$ 为穿过材料时衰减的吸收损耗，$R$ 为表面反射的反射损耗，$B$ 为板内多次反射的修正；板厚远大于趋肤深度时可忽略，板薄时为负值会降低屏蔽效能。
吸收损耗与趋肤深度
趋肤深度 $\delta$ 是电磁场在材料内减弱到约37%（1/e）的深度，频率、磁导率、电导率越大越浅。每一个趋肤深度的板厚约衰减8.7 dB。
反射损耗
这是对远离源的平面波的反射损耗。$\mu_r$ 为相对磁导率，$\sigma_r$ 为相对铜的电导率之比。在源附近的磁场中，波阻抗小，反射损耗小得多——这就是低频磁场难以屏蔽的原因。
法拉第笼
1836年，法拉第进入四壁贴满金属箔的房间，确认即使在外面产生强烈放电，屋内的验电器也不起反应。导体包围后内部电场被抵消，因此金属包围的空间被称为“法拉第笼”。不过这是静电场的情况，对高频电磁波，条件是网孔和缝隙比波长小。微波炉门窗的金属网能关住2.45 GHz（波长约12 cm）的微波又能透光，就是因为网孔只有几毫米，远小于波长。
算例
例1：不同材料和频率的吸收损耗
| 材料 | 1 kHz：趋肤深度 / 吸收 | 100 kHz | 10 MHz |
|---|---|---|---|
| 铜 0.1 mm | 2.09 mm / 0.4 dB | 0.209 mm / 4.2 dB | 0.021 mm / 41.6 dB |
| 铝 1 mm | 2.68 mm / 3.2 dB | 0.268 mm / 32.5 dB | 0.027 mm / 325 dB |
| 钢 1 mm（假设相对磁导率1000） | 0.209 mm / 41.6 dB | 0.021 mm / 416 dB | — |
低频时，薄铜板和铝板比趋肤深度还薄，几乎不吸收。钢板磁导率高，1 kHz时1 mm也能吸收约42 dB——但钢的磁导率随频率和磁场强度变化很大，相对磁导率1000只是低频的参考值。超过10 MHz后，任何金属板本身的效果都远超100 dB，实际上不再是问题。
例2：缝隙泄漏
| 缝隙长度 | 100 MHz | 300 MHz | 1 GHz |
|---|---|---|---|
| 100 mm | 23.5 dB | 14.0 dB | 3.5 dB |
| 30 mm | 34.0 dB | 24.4 dB | 14.0 dB |
| 10 mm | 43.5 dB | 34.0 dB | 23.5 dB |
板材有100 dB以上，一条100 mm的缝隙在1 GHz时就只剩3.5 dB！
对。屏蔽性能由最薄弱处决定。1 GHz的半波长为150 mm，100 mm的缝隙几乎等于畅通。缝隙长度缩短到1/10约改善20 dB，所以缩小盖板螺钉间距、加导电衬垫把接缝分成短段都很有效。相同长度的缝隙并排时，数量增加4倍约变差6 dB，增加100倍约变差20 dB，因此通风口做成蜂窝状深孔比排列许多浅孔更好。
分析与设计方法
分析注意事项
- 在几何中包含缝隙：省略接缝和螺钉间距的理想箱体会大幅高估屏蔽效能。
- 薄板用表面条件：按趋肤深度划分网格单元数会暴增，薄导体用表面阻抗或薄层边界条件处理。
- 箱体谐振：箱体内部就是空腔谐振器，在谐振频率处屏蔽效能大幅下降。
- 电缆穿越：穿过屏蔽的电缆会像天线一样把噪声带到外面，分析中要包含穿越处滤波器和编织层360°连接。
评估步骤
- 用公式估算板材的吸收与反射，确认材料和板厚是否足够。
- 列出缝隙、通风口和孔，用最长缝隙估算上限。
- 用三维电磁场分析确认箱体谐振和缝隙效果。
- 用样机测量，与分析不符时怀疑缝隙的接触状态。
“涂装让屏蔽失效”
样机测试合格，量产品的辐射噪声却差了10 dB以上——这种情况很常见。调查发现量产时机壳接缝处也涂了漆，盖子和本体没有电气连接。漆膜是绝缘体，拧紧螺钉也只有螺钉处接触，螺钉之间就成了长缝隙。接缝处应留出不涂漆的部分，或用导电衬垫确保接触。分析往往假设完全接触，所以要连同量产规格一起确认。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 只按板材数值评估 | 漏掉缝隙泄漏 | 用最长缝隙估算上限 |
| 用薄铜屏蔽低频磁场 | 几乎无效 | 高磁导率材料或厚导体 |
| 假设接缝完全接触 | 预测屏蔽效能过高 | 在几何中包含螺钉间距和接触 |
| 忽略箱体谐振 | 在特定频率突然变差 | 计算空腔谐振 |
| 忽略电缆穿越 | 噪声漏到箱外 | 穿越处滤波和360°连接 |
我想自己试试趋肤深度和缝隙的效果。