截止波导对高于截止频率的电磁波予以通过(高通),而对低于截止频率的电磁波进行衰减,其衰减量(屏蔽效能)正比于波导的长度。
参数计算公式
1. 截止频率 (fc):
矩形波导:fc = 15×109/a (Hz),单位厘米
圆形波导:fc = 17.6×109/D (Hz),单位厘米
六角波导:fc = 15×109/W (Hz),单位厘米
注:当 f << fc 时,设计时一般 fc = 3-5f
2. 屏蔽效能 (SE):
矩形波导:SE = 20lg(fc/f) + 27.3(l/a) - 20lgn dB (设计时一般 l >> 3-5a)
圆形波导:SE = 20lg(fc/f) + 32(l/D) - 20lgn dB (设计时一般 l >> 3-5D)
六角波导:SE = 20lg(fc/f) + 27.3(l/W) - 20lgn dB (设计时一般 l >> 3-5W)
从波导窗的加工特性看,正六边形蜂窝状的波导窗其制造工艺最为成熟,工程中的应用也最为广泛。根据屏蔽波导的屏蔽 L ≥ 5D,所以屏蔽波导通风窗的屏蔽效能取决于波导的长度和孔径(即蜂窝芯的厚度、蜂窝芯孔径的大小)。式中,W为六角形峰窝的外接圆直径(cm),L为波导的长度即通风窗的厚度(cm),n为通风窗上总的波导个数(孔数)。
通风窗面积越大,孔数越多,在厚度不变的情况下,屏蔽效能就较低(如面积为200×200mm²的通风窗,其孔数约为3500个(W=3.67mm),所减少的屏蔽效能高达71dB)。因此实际使用时,单块通风窗的面积不宜过大,建议不超过300×300mm,否则需要增加通风窗的厚度。
发泡金属通风窗一方面利用电磁波在层叠界面处产生多次反射损耗,同时由于发泡金属中的微孔孔径大约在200~500μm内随机分布,其截止频率很高,因而在厚度很薄的情况下仍可达到很高的屏蔽效能。
应用注意事项
在将截止波导应用到屏蔽体上时,要注意以下几个问题:
- 波导管必须是截止的。波导管对于频率在截止频率以上的电磁波没有任何衰减作用,至少要使波导的截止频率是所屏蔽频率的5倍。
- 不能有金属材料穿过截止波导管。当有金属材料穿过截止波导管时,会导致严重的电磁泄漏。需要注意的是有些光缆的内部加有金属加强筋,这时将光缆穿过截止波导时也会引起泄漏。
- 波导管的安装。最可靠的方法是焊接,在屏蔽体上开一个尺寸与波导管截面相同的孔,然后将波导管的四周与屏蔽体连续焊接起来。如果波导管本身带法兰盘,利用法兰盘来将波导管固定在屏蔽体上,需要在法兰盘与屏蔽体基体之间安装电磁密封衬垫。
截止波导管设计步骤
- 确定需要屏蔽的最高频率 fmax 和屏蔽效能 SE
- 确定截止波导管的截止频率 fc 使 fc ≥ 5fmax
- 根据 fc,利用计算 fc 的方程计算波导管的截面尺寸 W
- 根据 W 和 SE,利用波导管吸收损耗的公式计算波导管长度 l