以等效電路模型探討電磁屏蔽效率量測系統

電磁波的屏蔽理論大致可從二部分作基本原理的探討：第一部 份，以電磁波在空間中分佈的場型與場型隨時間的變化規則、傳播方 向等條件，來討論電磁波與屏蔽材料界面產生的反射行為，以及電磁 波進入材料中的多重反射與能量吸收行為等情形，都會造成電磁波能 量的衰減。第二部分，根據ASTM 4953-89 的量測規範，假設一等效 電路作為電磁屏蔽效率討論的基礎。

在本研究中，對高頻的電磁波而言，等效於電子電路觀念中的高 頻率震盪伏特源或電流源，而夾具與負載試片在電路中表現出電容、

電感或電阻元件等特性。因為高頻率震盪的訊號源以及材料本身特性 的關係，會發生寄生電容、寄生電感隨頻率變化的效應，可使材料屏 蔽電磁波的行為由發展成熟的電路理論作一簡單且詳盡的探討。

1. 由ASTM D4935-89 的量測規範得知，量測儀器架構是根據同軸傳 輸線（Coaxial Transmission Line）的理論設計，模擬遠場平面電磁 波在夾具中傳播情形。中空的部分可以想像為一波導結構，當交 流電流在夾具的內、外導體傳遞時，自然吸引電場在內、外導體 間分佈，電場也因交流訊號的關係，形成內外震盪的分佈情形（圖 3.10）。

2. 由網路分析儀（Vector Network Analysis）提供一隨時間變化的訊

號源，經傅利業轉換（Fourier Transfer），螢幕上顯現訊號對頻率 的變化，即為頻譜。輸出訊號由50 Ohms 阻抗匹配的電纜線傳輸，

連接夾具端（夾具的設計已考慮 50 Ohms 的阻抗匹配，作用在於 模擬遠場平面電磁波以及限制量測試片的幾何規格），再由下夾具 傳輸經負載試片至上夾具，最後由電纜線回到網路分析儀接收 端，如圖3.10（a）所示。

3. 在傳輸線等效電路模型中，必須考慮等效電容、電感與寄生電容、

寄生電感效應。如上、下夾具因試片的阻隔，兩導體以介電物質 阻隔其間，可想像為電容效應，而「間隔試片」則為此等效電路 的負載。因為試片的厚度會直接影響等效電路中的電容效應，規 範中制訂要製作一參考試片，已減少對量測結果的影響。

本研究所定義的屏蔽效率（Shielding Effectiveness, dB）：

( ) ^{R IL} ( ) ^L

IL

SE = −

4. 此實驗所控制的訊號頻率為300K 赫茲至 3G 赫茲，對一般的電路 及 元 件 已 屬 高 頻 率 操 作 範 圍 ， 元 件 本 身 因 而 產 生 寄 生 電 容

（Parasitical capacitance）、寄生電感效應，使得電路元件阻抗值隨 著頻率而增加或減少（式一）。當電感效應增加，電磁屏蔽效應減 少；電容效應增加，電磁屏蔽效應增加等現象，皆會影響材料對

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2. 模擬值接近量測值時，可以得知屏蔽材料表現出電路元件的電 容、電感或電阻等特性。

所以可由模擬設定參數預先瞭解屏蔽複合材料所需的原料種類與製 作方式。

根據電路理論模擬材料電磁屏蔽效率的工作，主要以單層碳纖維 試片的量測結果為模擬對象，有單層「平織」、「斜織」碳纖維織布，

以及「單一方向」碳纖維試片。模擬的結果大致與量測值相近，控制 的參數為材料在電路中所表現的寄生電容、電感效應。屏蔽數值隨頻 率變化，但全波段的電磁屏蔽效率仍舊是由材料的導電率主導，導電 率越高，屏蔽效果越好。