屏蔽層的頻率響應特性表現為低頻時依賴材料導磁性,高頻時依賴材料導電性及結構設計,且屏蔽效能隨頻率升高先提升后受表面效應影響而加速增長,需根據頻段需求優化材料與結構。以下是對屏蔽層頻率響應特性的詳細分析:
一、頻率響應特性的理論基礎
渦流效應與反射損耗:當干擾電磁場的頻率較高時,低電阻率的金屬材料中會產生渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。此時,反射損耗是屏蔽效率的主要機理,反射損耗與屏蔽層與輻射源之間的距離有關。對于電場輻射源,距離越近,反射損耗越大;對于磁輻射源,距離越近,反射損耗越小。
磁阻限制與吸收損耗:當干擾電磁波的頻率較低時,吸收損耗很小,反射損耗成為屏蔽效率的主要機理。此時,應采用高導磁率的材料,使磁力線限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。
頻率與屏蔽效能的關系:屏蔽效能隨頻率的增高而逐漸增長,但當頻率進一步增高時,表面效應開始起重要作用,電流越來越集中在屏蔽內表面附近,導致屏蔽外表面處的電流密度迅速減小,屏蔽外部的剩余場也隨之減小。這一效應比屏蔽體內電阻的增大效應更強,使得屏蔽效能遠比按正比規律增長得快。
二、不同頻段下的屏蔽層特性
低頻段(<1MHz):
銅絲編織屏蔽:編織間隙易導致高頻信號泄漏,通常適用于低頻場景。但編織密度需嚴格控制,以避免因間隙過大而降低屏蔽效能。
磁場屏蔽:對于低頻磁場,應采用高導磁率材料進行屏蔽,如坡莫合金等。這些材料通過限制磁力線在屏蔽體內部,防止其擴散到屏蔽空間,從而實現有效的磁場屏蔽。
高頻段(>1MHz):
銅箔/銅帶屏蔽:采用全封閉覆蓋(如螺旋繞包或縱包),高頻段屏蔽效率可達99%以上,有效阻斷電磁泄漏。銅箔屏蔽電纜的轉移阻抗(ZT)值普遍低于銅絲編織電纜,表明其高頻抗干擾能力更強。
雙層屏蔽設計:內層屏蔽(金屬箔)抑制內部串擾,外層屏蔽(編織或鎧裝)阻擋外部干擾。組合后在高頻段(10MHz-1GHz)屏蔽效能顯著提升,可比單層屏蔽提升20-40dB。
表面效應與剩余場衰減:隨著頻率的升高,表面效應導致屏蔽體內感應電流的場和由于屏蔽磁化所產生的場對屏蔽線圈造成的一次場產生補償效應。同時,剩余場穿透屏蔽壁時的衰減效應增強,使得屏蔽效能遠比按正比規律增長得快。
三、影響屏蔽層頻率響應特性的關鍵因素
材料特性:
導電性:銅等低電阻率材料在高頻時通過渦流效應實現屏蔽,其導電性越好,高頻屏蔽效能越高。
導磁性:坡莫合金等高導磁率材料在低頻時通過限制磁力線實現屏蔽,其導磁性越好,低頻磁場屏蔽效能越高。
結構設計:
多層屏蔽:通過組合不同材料和結構的多層屏蔽體,可以實現對高頻和低頻電磁場的良好屏蔽效果。例如,外層采用高導電性材料反射低頻干擾,內層采用高導磁性材料吸收高頻噪聲。
接地策略:高頻場景(>1MHz)需采用雙端接地,并通過360°環焊連接屏蔽層與金屬連接器,避免信號反射和駐波干擾。單端接地僅適用于低頻電場防護,高頻下易形成天線效應加劇輻射。
安裝要求:
最小彎曲半徑:需≥6倍電纜直徑,過度彎折會破壞屏蔽層連續性,導致高頻信號衰減。
外層屏蔽與護套貼合:外層屏蔽與護套緊密貼合(如仿形凹槽設計),可減少高頻傳輸時的電容耦合噪聲。


