CN105307463A - 一种电磁屏蔽吸波板和电磁屏蔽及吸波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽吸波板和电磁屏蔽及吸波方法，用以解决现有技术中存在的被屏蔽空间的透光性较差的问题。该方法包括：在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，以屏蔽和吸收电磁波；所述电磁屏蔽吸波板包括：由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

Description

一种电磁屏蔽吸波板和电磁屏蔽及吸波方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电磁屏蔽吸波板和电磁屏蔽及吸波方法。

背景技术

随着无线通信及电子技术的飞速发展，空间电磁环境越来越复杂，电磁辐射越来越多。在某些特殊要求的环境下，比如实验室环境，保密部门环境以及对电磁辐射要求较高的居住环境等需要对电磁波进行屏蔽。

为了满足电磁屏蔽的要求，一般需要用良导体的金属板对待屏蔽空间进行包裹。其中，可以将电磁波在良导体的金属板中的传输距离定义为穿透深度δ，其可以按照如下公式(1)和(2)确定：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω\μ\σ}}};---\left(1\right)$

ω＝2πf；(2)

其中，σ为某介质的电导率，μ为某介质的磁导率，ω为待屏蔽的电磁波的角速度，f为待屏蔽的电磁波的频率。此处某介质为良导体的金属板。

通过上述公式(1)和(2)可以计算出频率为90MHz(广播频率的低频段)的电磁波在铜介质中的穿透深度δ为7μm，当屏蔽60dB时需要厚度为7δ＝50μm。频率越高的电磁波的穿透深度越小。

而对于需要透气的待屏蔽空间，目前主要是加装波导板来实现空气的交换。其中，波导板由多个波导管组成，根据波导理论，波导管存在一个截止频率，当电磁波的频率低于波导板的截止频率时，电磁波就被截止或衰减而不能传输，该特性与高通滤波器相似。在电磁波屏蔽方案中，使用最多的是截面为六角形的波导管。如图1所示，为截面为六角形的波导管的示意图。

截面为六角形的波导管的截止频率如下公式(3)所示：

$f_c=\frac{15}{W}\×{10}^9\left(\mathrm{Hz}\right);---\left(3\right)$

其中，f_c为截面为六角形的波导管的截止频率，W为六角形蜂窝内切圆直径。

工程上为了保证屏蔽效果，实际屏蔽的最高频率f_m会小于f_c，一般取f_c＝(5～10)f_m，波导管的长度L一般取L≥3W。

另外，除了对电磁波进行屏蔽之外，在某些场景下还需要达到吸波的效果，即对电磁波进行吸收，目前对于要满足吸波要求的场景主要时通过特殊的吸波材料来实现电磁波的吸收。

然而，无论是采用良导体的金属板，波导板，还是吸波材料，都会导致被屏蔽空间的透光性较差，因此目前的电磁波屏蔽和吸波方案均不能满足对透光要求较高的场合。

发明内容

本发明实施例提供一种电磁屏蔽吸波板和电磁屏蔽及吸波方法，用以解决现有技术中存在的被屏蔽空间的透光性较差的问题。

本发明实施例采用以下技术方案：

本发明实施例提供了一种电磁屏蔽吸波板，包括：

由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

其中，所述密封腔体的填充宽度d不小于待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中的传播距离z；以及，

所述z根据e^-αz确定，其中：

所述e^-αz为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数确定；

所述α为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的衰减常数，其根据如下公式确定：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ϵ}}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω\ϵ}}\right)}^2}-1]};$

ω＝2πf；

其中，所述σ为所述透明导电介质的电导率，所述μ为所述透明导电介质的磁导率，所述ω为待屏蔽的电磁波的角速度，所述f为待屏蔽的电磁波的频率；所述ε为所述透明导电介质的介电常数。

其中，所述透明导电介质为：

电解质溶液。

本发明实施例还提供了一种电磁屏蔽及吸波方法，包括：

在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，以屏蔽和吸收电磁波；所述电磁屏蔽吸波板包括：由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

其中，在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，具体包括：

在待屏蔽空间需要透光的部分，加装至少两块所述电磁屏蔽吸波板；其中，所述电磁屏蔽吸波板之间使用金属边框进行拼接。

其中，所述密封腔体的填充宽度d不小于待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中的传播距离z；以及，

所述z根据e^-αz确定，其中：

所述e^-αz为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数确定；

所述α为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的衰减常数，其根据如下公式确定：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ϵ}}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω\ϵ}}\right)}^2}-1]};$

ω=2πf；

其中，所述σ为所述透明导电介质的电导率，所述μ为所述透明导电介质的磁导率，所述ω为待屏蔽的电磁波的角速度，所述f为待屏蔽的电磁波的频率；所述ε为所述透明导电介质的介电常数。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例中，通过在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，其中，电磁屏蔽吸波板是由透明材料制作而成的板体，板体内形成有密封腔体，且密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质，因此不仅可以有效的屏蔽和吸收电磁波，还大大增加了需要屏蔽电磁波的空间的透光性。

附图说明

图1为截面为六角形的波导管的示意图；

图2为电磁波在导电介质中的传输示意图；

图3为某些电解质溶液的电导率随浓度变化的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电磁屏蔽吸波板的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的被屏蔽空间的透光性较差的问题，本发明实施例中对电磁波的特性进行了深入研究。

首先，在均匀的导电介质中，电磁波满足波动方程(4)：

$({\▿}^2-{\mathrm{\γ}}^2)E=0;---\left(4\right)$

其中，为哈密顿算子，γ为传播常数，E为电场强度；

而γ的复数形式为 $\mathrm{\γ}=\mathrm{j\ω}\sqrt{\mathrm{\μ}{\mathrm{\ϵ}}_c},$ 而 ${\mathrm{\ϵ}}_c=\mathrm{\ϵ}-j\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω}}.$

其中，ω为电磁波的角速度，μ为导电介质的磁导率，σ为导电介质的电导率，ε为导电介质的介电常数，ε_c为导电介质的等效复介电常数。

如图2所示，为电磁波在导电介质中的传输示意图，其中，水平方向为z轴。假定电磁波是沿+z轴方向传播的均匀电磁波，且电场只有E_x分量(即x轴上的电场强度)，由于γ为复数，因此令γ＝α+jβ，则波动方程(4)的解如公式(5)所示：

E＝e_xE_xme^-αze^-jβz；(5)

其中，E_xm为待屏蔽的电磁波在x轴方向的幅度分量；e^-αz是待屏蔽的电磁波在导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数来确定；z是待屏蔽的电磁波在导电介质中的传播距离，而e^-αz表示待屏蔽的电磁波的振幅随传播距离z的增加而呈指数衰减，α为衰减常数；e^-jβz是相位因子，β为相位常数。

其中，衰减常数α可以按照如下方式确定：

由于则取平方以后可以得出：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ϵ}}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω\ϵ}}\right)}^2}-1]};---\left(6\right)$

又由方程可得对应的磁场强度H为：

$H=e_y\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{E}_{\mathrm{xm}}{e}^{-\mathrm{\γz}}=e_y\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{E}_{\mathrm{xm}}{e}^{-\mathrm{\αz}}{e}^{-\mathrm{j\βz}};---\left(7\right)$

其中，η_c为导电介质的本征阻抗。

由上述分析可知，电磁波的振幅衰减是由于电磁波在导电介质中传播时能量被转化成热能消耗掉了，因此也是一种吸波效应。

由于电解质溶液中存在自由离子，因此电解质溶液也是一种导电介质。如图3所示，为某些电解质溶液的电导率随浓度变化的示意图。

根据电磁波在导电介质中振幅成指数衰减的特性，本发明实施例提供了一种电磁屏蔽吸波板，如图4所示，为该电磁屏蔽吸波板的结构示意图。

该电磁屏蔽吸波板包括：由透明材料制作而成的板体，板体内形成有密封腔体，密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

其中，密封腔体的填充宽度只要不小于待屏蔽的电磁波在透明导电介质中的传播距离，就能满足设定的屏蔽及吸波效果。而待屏蔽的电磁波在透明导电介质中的传播距离可以根据上述公式(5)中的e^-αz确定，其中：

e^-αz为待屏蔽的电磁波在透明导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数确定；比如要实现90MHz的电磁波的屏蔽效果大于60dB，即衰减倍数约为1000倍，则e^-αz约等于1/1000。

α为待屏蔽的电磁波在透明导电介质中传播时的衰减常数，其可以根据上述公式(6)确定。

在本发明实施例中，公式(6)中的每个参数含义为：

σ为透明导电介质的电导率，μ为透明导电介质的磁导率，ε为透明导电介质的介电常数，ω为待屏蔽的电磁波的角速度，而ω＝2πf，f为待屏蔽的电磁波的频率。

因此，为了使密封腔体的填充宽度尽量减小，可以选择电导率尽可能大的透明导电介质。

另外，在密封腔体内填充的透明导电介质可以是电解质溶液。

比如，当填充1mol/L的盐酸HCL溶液，电导率σ＝40S·m^-1时，要对90MHz电磁波的屏蔽效果大于60dB，只需要密封腔体的填充宽度d＝5.7cm。需要屏蔽及吸收的电磁波的频率越高，所需要的d越小。

基于上述提供的电磁屏蔽吸波板，本发明实施例还提供了一种电磁屏蔽及吸波方法，具体包括：

在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，以屏蔽和吸收电磁波；其中，所述电磁屏蔽吸波板包括：由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

可选的，当加装至少两块所述电磁屏蔽吸波板时，电磁屏蔽吸波板之间可以使用金属边框进行拼接。

具体的，以建筑物为例，对于建筑物的屏蔽可以考虑在建筑物的墙体加装金属板进行屏蔽，并且达到美观的效果。金属板的厚度需要根据屏蔽要求进行设计。而对于需要透光的部分，比如窗户部分，可以加装上述电磁屏蔽吸波板来达到电磁屏蔽及吸波的效果，其中当需要加装多块电磁屏蔽吸波板时，可以通过金属边框来实现多块电磁屏蔽吸波板的拼接。

本发明实施例中，通过在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，其中，电磁屏蔽吸波板是由透明材料制作而成的板体，板体内形成有密封腔体，且密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质，因此不仅可以有效的屏蔽和吸收电磁波，还大大增加了需要屏蔽电磁波的空间的透光性。

除了能够大大增加待屏蔽空间的透光性之外，还可以节省屏蔽及吸波成本，并增加待屏蔽空间的美观性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种电磁屏蔽吸波板，其特征在于，包括：

由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

2.如权利要求1所述的电磁屏蔽吸波板，其特征在于，所述密封腔体的填充宽度d不小于待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中的传播距离z；以及，

所述z根据e^-αz确定，其中：

所述e^-αz为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数确定；

所述α为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的衰减常数，其根据如下公式确定：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ϵ}}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω\ϵ}}\right)}^2}-1]};$

ω＝2πf；

其中，所述σ为所述透明导电介质的电导率，所述μ为所述透明导电介质的磁导率，所述ω为待屏蔽的电磁波的角速度，所述f为待屏蔽的电磁波的频率；所述ε为所述透明导电介质的介电常数。

3.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽吸波板，其特征在于，所述透明导电介质为：

电解质溶液。

4.一种电磁屏蔽及吸波方法，其特征在于，包括：

在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，以屏蔽和吸收电磁波；所述电磁屏蔽吸波板包括：由透明材料制作而成的板体，所述板体内形成有密封腔体，所述密封腔体内填充有能够屏蔽和吸收电磁波的透明导电介质。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在待屏蔽空间需要透光的部分，加装电磁屏蔽吸波板，具体包括：

在待屏蔽空间需要透光的部分，加装至少两块所述电磁屏蔽吸波板；其中，所述电磁屏蔽吸波板之间使用金属边框进行拼接。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述密封腔体的填充宽度d不小于待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中的传播距离z；以及，

所述z根据e^-αz确定，其中：

所述e^-αz为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的振幅因子，其根据预先设置的待屏蔽的电磁波的衰减倍数确定；

所述α为所述待屏蔽的电磁波在所述透明导电介质中传播时的衰减常数，其根据如下公式确定：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ϵ}}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω\ϵ}}\right)}^2}-1]};$

ω＝2πf；

其中，所述σ为所述透明导电介质的电导率，所述μ为所述透明导电介质的磁导率，所述ω为待屏蔽的电磁波的角速度，所述f为待屏蔽的电磁波的频率；所述ε为所述透明导电介质的介电常数。