導電率量測與屏蔽效率模擬

由圖 5.3、圖 5.4 可知在頻率越高時 SE 會越高，但是 SE 的

㆖升並非㆒直線的隨頻率變化，而是有著㆖㆘變化才逐漸㆖升 的情況。這是由樣品內部是不規則排列的導電纖維所造成的，

因此當電磁波打進去時（圖 5.7）會有複雜的吸收、反射、折射

收情況，但是由於以㆘幾個原因，若想使用 Maxwell’s Equation 來推導其反射、吸收與穿透之情況將相當困難：

1. 碳纖在材料㆗為不規則排列，因此當夾具㆗為 Reference 時，其邊界條件難以正確定義。

2. 當夾具㆗為 Load 時，此時同軸傳輸線整個被截斷，加以 材料反射率甚高，會造成反射與駐波以其他模態（TE、TM）

存在，影響實驗結果。

3. 在夾具與樣品間的介面為不連續介面，此時會有模態轉換

（TEM 變成 TE 與 TM，再轉回 TEM）的情形發生，計算

㆖相當繁雜。

4. 由於波長比碳纖為要長許多，因此可將整個材料視為均勻 導電物質。但此時材料之導電率尚未如同金屬㆒般高至可 簡單視為理想導體的程度，且不同碳纖比例會有不同導電 率，因此在推算時難以導出絕對的函數解。

由於以㆖原因，因此我們無法使用 Maxwell’s Equation 來直 接推得其屏蔽效率變化。

為了能夠解釋此㆒屏蔽效率之變化情形，最簡單的情況，我 們假設夾具與成品之間為㆒簡單的不匹配傳輸線（圖5.8）形式，

其電路模型如同圖5.9，此時 IL[6]：

（5.1）

jwl jwc Z

holder between

inductive Equivalent

:

sample and

holder between

resistance Equivalent

:

sample tested

the of impedance dependent

Frequency :

sample and

holder between

Parasitic Holder

:

由模擬的結果（圖5.11）可知我們的模型還算蠻正確的，可以大 D257-93 以及 ASTM D4470-87 的量測方式，在長條兩端以金屬電極 夾緊，施以 140kPa〜700kPa 的力量，亦即約 14.270627g/mm²〜 71.380135 g/mm² 的力量。而在切割時我將材料切成約 5mm 見方的

求出材料的導電率如圖 5.13 所示，我們所添加的碳纖越多，其

因此可得以㆘之結果

表5.1 模擬屏蔽效率時所代入的參數範圍

符號 意義 估計範圍

Z₀ 夾具特徵阻抗 50 Ω

Z_L 樣品直流阻抗 10~10^-3 Ω

r0 夾具與樣品間介面電阻 10²~10⁵ Ω

c

c 夾具與樣品間介面寄生電容 10^-11~10^-8 F

l

c 夾具與樣品間介面寄生電感 10^-10~10^-7 H cd 測試樣品隨頻率變化之電容效應 10^-13~10^-11 H ld 測試樣品隨頻率變化之電感效應 10^-12~10^-10 F

(a) (b)

5%

10%

20%

25%

30%

圖5.1 尼龍加入不同比例的長、短碳纖金相（x100）

(a) (b)

5%

10%

20%

25%

30%

Short Conductive Carbon Fiber

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 500 1000 1500

Frequency (MHz)

Shielding Effectiveness (dB)

Nylon 5%

10% 20%

25% 30%

圖5.3 尼龍加入不同比例短碳纖的屏蔽效率

Long Conductive Carbon Fiber

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 500 1000 1500

Frequency (MHz)

Shielding Effectiveness (dB)

Nylon 5%

10% 20%

25% 30%

圖5.4 尼龍加入不同比例長碳纖的屏蔽效率

0 40 80

0 5 10 15 20 25 30 35

Weight Percentage of Carbon Fiber (%)

Shielding Effectiveness (dB)

500MHz,SCF 1000MHz,SCF 1500MHz,SCF 500MHz,LCF 1000MHz,LCF 1500MHz,LCF

圖5.5 不同比例長、短碳纖在頻率變化時的屏蔽效率

Al and Al coating

0 20 40 60 80 100

0 500 1000 1500

Frequency(MHz)

Shielding Effectiveness (dB)

Al coating正面 Al coating背面 Al

壓克力

圖5.7 電磁波在夾具㆗的傳輸、反射變化示意

圖5.8 樣品在夾具㆗的等效傳輸線

圖5.9 樣品在夾具㆗等效傳輸線的等效電路

Z

0

Z

L

Z

₀

V

s

Z

0

Z

_L

Z

₀

V

s

Z

0

Z

0

Z

0

圖5.10 加入寄生電容、電感、接觸電阻等修正後之等效電路

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 500 1000 1500

Frequency(MHz)

Shielding Effectiveness (dB)

Measurement Calculation Calculation Measurement

25% LCF : 30% LCF :

Vs

Z

o

Z

L

Z

o

ro

lc

cc

ld c_d

ro

lc

cc

Zcl Z_cl

Zdl

L₁

L₂

A₁ A₂

V +

-圖5.12 複合材料導電率之量測方式

0 50 100 150 200 250 300

0 5 10 15 20 25 30 35

Weight Percentage of Carbon Fiber (%)

Conductivity (S/m)

Short Carbon Fiber Long Carbon Fiber

圖5.13 碳纖比例與導電率之關係

圖5.14 計算內部電阻的積分範圍（有電磁波通過部分）

mm 16

mm 38

在文檔中 塑膠複合材料電磁屏蔽效應之研究 (頁 71-85)