CN101208004A - 一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于微波炉和电脑的电磁屏蔽装置，特别涉及一种带有负磁导率材料的可用于微波炉和电脑的电磁屏蔽装置，利用负磁导率材料的禁带效应抑制电磁辐射泄漏。其主要特征是屏蔽装置由金属材料制成，在其上制备适当几何尺寸的具有一定厚度的开口谐振环(SRRs)，用SRRs代替了原来屏蔽箱体上的孔、洞，抑制了孔、洞的电磁泄露。本发明的开口谐振环厚度为0.6mm－1.5mm，其他几何参数由设备仪器的中心工作频率调控。本发明简单易行，不需改变电器、电子设备的设计，不影响设备正常工作，既能维持原有孔、洞的散热、排气等功能又能抑制电磁辐射泄漏。

Description

一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种可用于微波炉和电脑的电磁屏蔽装置，特别涉及一种带有负磁导率材料的可用于微波炉和电脑的电磁屏蔽装置，此负磁导率材料是由适当几何尺寸的具有一定厚度的开口谐振环组成。

背景技术

随着经济技术的发展和社会文明的进步，人类进入现代化、信息化社会，与人们日常生活密切相关的电子计算机、微波炉、电磁炉、手机、空调、对讲机等进入千家万户，这些家用电器、电子设备在使用过程中都会不同程度的产生辐射或泄漏一定频率、一定强度的电磁波。这些电磁波看不见、摸不着、充斥整个空间，作用于人的肌体上。一旦这些电磁波的能量强度超过人体的耐受极限时，随着作用时间的增加，必将悄悄的侵蚀着我们，影响健康，引发各种文明病，令人防不胜防。因此在进行这些电子设备结构设计时必须考虑电磁屏蔽。

微波炉和电脑可谓与人们生活、工作、学习最为密切，但是它们在工作时都存在电磁辐射泄漏，由于其工作频率高，一旦电磁波泄漏，对人体危害很大。微波炉工作时，微波会从炉体与炉门之间的缝隙、观察窗、排气孔泄露出来。为使微波辐射维持低水平，要求炉门结构设计要严密、合理，在关闭时应当无缝隙。目前，人们已经采用多种形式的炉门结构设计防止电磁波泄露，比如使用金属弹簧片的金属与金属接触门；金属编织网的弹性橡胶管金属与金属门；利用四分之一波长短路扼流槽扼流密封等。而微波炉中排湿孔的电磁辐射泄露问题尚无法很好解决。

电脑也同样存在电磁辐射泄漏，特别是近几年，随着计算机速度的不断提高，传输速度越来越快，同时对外界的电磁辐射强度也越来越大，电磁屏蔽的问题就越来越突出。电脑的辐射源无外乎是两部分：显示器和机箱。显示器的辐射较难直接处理，主要措施是要在购买的时候选择那些通过重要机构认证的“健康”显示器。而机箱的辐射源又来自机箱内部的电脑配件，通过机箱的缝隙、散热孔、通气孔等向外辐射电磁波。由于机箱内部的电脑配件很难直接做到减少电磁辐射，所以要防止电磁辐射泄露就要从机箱的缝隙、散热孔、通气孔着手。发明内容针对微波炉、电脑屏蔽装置中孔、洞存在的电磁辐射泄漏问题，本发明将负磁导率材料引入电磁屏蔽设计之中，通常的负磁导率材料是由周期性排列的开口谐振环(Split RingResonators或SRRs)组成，由于其在一定频段范围表现为禁带并且磁导率为负，在微电子线路元件、滤波器、无线电通信等领域有广阔的应用前景。

本发明的目的是提供一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，利用负磁导率材料的禁带效应抑制电磁辐射泄露。其主要特征是该屏蔽装置由金属材料制成，所用的金属材料可以是不锈钢、镀锌钢板、镀锡钢板、镁铝合金，在其上制备周期性排列的适当几何尺寸的具有一定厚度的SRRs，用SRRs替代原来微波炉、电脑机箱屏蔽体上的孔、洞，抑制孔、洞电磁辐射泄露的同时也能维持孔、洞原有的散热、排气功能。

本发明屏蔽装置中的SRRs不同于通常SRRs，通常SRRs的厚度很小，当其工作于微波波段时，厚度仅为0.01mm-0.04mm，不考虑厚度效应。当其工作时要求电磁波平行于SRRs面入射，即波矢K平行于环面，磁场H垂直于环面，由法拉第电磁感应定律可知在SRRs内产生了感应电流，从而引入了电感。由于内外环间和环的开口存在间隙，即可以产生电容。从而产生了LC谐振，在一定的频段电磁波不能传播，实现了负磁导率(图1)。而将SRRs实际用于器件设计中时，通常电磁波垂直环面入射，比如当电磁波从孔、洞泄露出来时，相当于电磁波垂直于孔、洞入射，如果仍采用常规SRRs是无法实现负磁导率的。本发明使用了具有一定厚度的SRRs，即将SRRs厚度由通常的0.01mm-0.04mm增加到0.6mm-1.5mm，这样即使当电磁波垂直SRRs方向入射也能实现负磁导率(图2)。

实际应用中，屏蔽体主要以平面金属板为主，若屏蔽体设计成完全密闭的导电壳体，可以较好地实现屏蔽。但是实际中不可能做到完全密闭，必然存在着缝隙和孔洞，这些缝隙和孔洞导致了屏蔽体电流的局部不连续，使屏蔽效能降低。为了达到较好的屏蔽效能，一般要求所开孔洞的直径为波长的1/20，这样虽然减小电磁泄露，但是由于孔、洞很小导致散热、排气性能不好，长期使用会造成设备仪器的损坏。而SRRs几何尺寸一般为波长的1/10，若将微波炉、电脑机箱屏蔽装置中孔、洞等电磁能量泄露的地方改造设计成适当几何尺寸的具有一定厚度的SRRs，既能提高设备的散热、排气等性能又能屏蔽电磁辐射泄露。通常屏蔽箱体的厚度约为1mm时即可满足屏蔽要求，常用的屏蔽材料厚度一般有1.5mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm。因此本发明可直接将原屏蔽箱体中洞或孔等电磁辐射泄漏的地方改造制备成适当几何尺寸的具有一定厚度的SRRs，即在微波炉、电脑原有的屏蔽体上制备周期性排列的SRRs阵列，即使电磁波垂直SRRs面入射，也可产生负磁导率。根据电器、电子设备的不同工作频率设计不同几何尺寸的SRRs，使其中心谐振频率与相应的电器、电子设备的工作频率一致，利用SRRs的禁带效应抑制电磁辐射泄漏，负磁导率材料制备简单，造价低廉，不影响设备正常工作，而由于SRRs形状多种多样如圆形、方形、六边形、树枝状分形，也使屏蔽装置美观。

附图说明

图1普通SRRs平行入射的透射波谱

图2普通SRRs和具有一定厚度SRRs垂直入射的透射波谱

图3本发明实施例一微波炉示意图

图4本发明实施例二微波炉所用的负磁导率材料结构单元

图5本发明实施例三电脑机箱的结构示意图

图6本发明实施例四电脑机箱所用的分形数枝结构谐振环单元

具体实施方式

微波炉通常是指用微波烹饪食物的装置，当启动微波炉时，微波炉内的磁控管开始工作，将所产生的微波能量通过波导管输送到微波炉腔内。为了保证腔内能量分布均匀或使加热均匀，一般微波炉的腔体内设有能量搅拌器，这样输送到腔内的微波能量可以迅速将食品加热或解冻、消毒。由于设计、制造方面的原因，微波炉存在微波泄漏问题，主要表现为炉门关闭不严，排湿孔设置的不合理或孔、洞过大等所致。本发明不改变原有的微波炉设计，仅将微波炉腔体中的排湿孔改造成SRRs，用SRRs代替排湿孔，抑制其电磁辐射泄露。常用微波炉工作频率有两个，分别为915MHz和2450MHz。针对不同工作频率，设计不同几何尺寸的SRRs阵列。对于工作频率为915MHz的微波炉，SRRs的几何尺寸为：环的内切圆直径为d＝20mm-27mm，开口g＝1.5mm-2mm，线宽c＝1.8mm-3mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝25mm-35mm；对于工作频率为2450MHz的微波炉，SRRs的几何尺寸为：环的内切圆直径d＝8mm-11mm，开口g＝0.7mm-1.2mm，线宽c＝0.5mm-1.3mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝15mm-20mm。

电脑的电磁辐射泄漏主要来源于机箱的缝隙、散热孔或通风孔，本发明主要解决散热孔、排气孔或通风孔的电磁泄漏问题，在金属屏蔽装置上制备周期性排列的SRRs，用SRRs替代原机箱屏蔽体上的散热孔、通风孔。电脑辐射的电磁波波长约为6.5cm，即频率大约是4.6GHz，若采用形状规则的圆形、方形、六边形开口谐振环，其几何尺寸为：环的内切圆直径d＝4mm-6.5mm，开口g＝0.3mm-1mm，线宽c＝0.5mm-1mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝10mm-15mm；若采用数枝分形谐振环，其几何尺寸为：一级线长a＝2.2mm-3mm，二级线长b＝1.2mm-1.8mm，三级线长e＝0.7mm-1.0mm，线宽c＝0.5mm-1.0mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，谐振环的行间距、列间距均为h＝10mm-15mm。

本发明的实现过程由实施例和附图说明：

实施例一：

本实施例的微波炉工作频率为915MHz，其屏蔽电磁波的腔体材料为不锈钢，在腔体的两个侧面分别刻蚀3×3个SRRs，用SRRs替代原微波炉中的排湿孔，抑制排湿孔电磁辐射泄露。所用SRRs为多开口六边形谐振单环，其几何尺寸为：环的内切圆直径为d＝20mm，开口均为g＝1.5mm，线宽c＝2mm，厚度t＝0.8mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝26mm。如图3所示，此图仅示出了炉腔一个侧面的SRRs。

实施例二：

本实施例与实施例一相似，本实施例微波炉工作频率为2450MHz，其屏蔽电磁波的腔体材料为不锈钢，在腔体的两个侧面分别刻蚀3×3个SRRs，用SRRs替代原微波炉腔体中的排湿孔，抑制排湿孔电磁辐射泄露。所用SRRs为单开口六边形谐振单环，其几何尺寸为：环的内切圆直径为d＝8.5mm，开口g＝0.85mm，线宽c＝0.7mm，厚度t＝1.0mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝16mm。图4为本实施例所用的单开口六边形单谐振环结构单元。

实施例三：

为了屏蔽电脑机箱的散热孔、通气孔辐射，本实施例在电脑机箱屏蔽装置上制备周期性排列的SRRs，所用屏蔽装置材料为镀锌钢板，分别在机箱的两侧刻蚀4×4个SRRs，在机箱的后面刻蚀3×3个SRRs，所用SRRs为圆形二开口谐振单环，其几何尺寸为：环的内切圆直径为d＝4.5mm，开口均为g＝0.5mm，线宽c＝0.6mm，厚度t＝0.7mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝12mm，如图5所示。

实施例四：

本实施例在电脑机箱屏蔽装置上制备周期性排列的数枝状分形谐振环，所用屏蔽装置材料为镁铝合金，分别在机箱的两侧刻蚀4×4个数枝状分形谐振环，在机箱的后面刻蚀3×3个数枝状分形谐振环，其几何尺寸为：一级线长a＝2.3mm，二级线长b＝1.3mm，三级线长e＝0.8mm，线宽c＝0.5mm，厚度t＝0.8mm，谐振环的行间距、列间距均为h＝13mm。图6为本实施例所用的数枝状分形谐振环结构单元。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims (5)

1.一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，其主要特征是屏蔽装置由金属材料制成，在屏蔽装置上制备适当几何尺寸的具有一定厚度的开口谐振环。

2.如权利要求1所述的一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，其特征是所用的金属材料可以是不锈钢、镀锌钢板、镀锡钢板、镁铝合金。

3.如权利要求1所述的一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，其特征是当其用于工作频率为915MHz的微波炉时，屏蔽装置上的周期性排列开口谐振环几何尺寸为：环的内切圆直径d＝20mm-27mm，开口g＝1.5mm-2mm，线宽c＝1.8mm-3mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝25mm-35mm。

4.如权利要求1所述的一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，其特征是当其用于工作频率为2450MHz的微波炉时，屏蔽装置上的周期性排列开口谐振环几何尺寸为：环的内切圆直径d＝8mm-11mm，开口g＝0.7mm-1.2mm，线宽c＝0.5mm-1.3mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝15mm-20mm。

5.如权利要求1所述的一种可用于微波炉和电脑的负磁导率材料电磁屏蔽装置，其特征是当其用于电脑机箱的屏蔽装置设计中时，若采用形状规则的圆形、方形、六边形开口谐振环，其几何尺寸为：环的内切圆直径d＝4mm-6.5mm，开口g＝0.3mm-1mm，线宽c＝0.5mm-1mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，SRRs的行间距、列间距均为h＝10mm-15mm；若采用数枝分形谐振环，其几何尺寸为：一级线长a＝2.2mm-3mm，二级线长b＝1.2mm-1.8mm，三级线长e＝0.7mm-1.0mm，线宽c＝0.5mm-1.0mm，厚度t＝0.6mm-1.5mm，谐振环的行间距、列间距均为h＝10mm-15mm。

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