電磁屏蔽材料及其測試技術(shù)研究

史有強，吳昕昱，張昳，何山，賈汶錦，劉偉峰

（中國航發(fā)北京航空材料研究院, 北京 100095）

0 引言

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展促進了各類電子產(chǎn)品技術(shù)的迭代提升。利用電磁波作為長距離信號傳輸?shù)闹饕d體，其合理使用給人們生產(chǎn)生活提供了巨大方便，但同時也不可避免地會產(chǎn)生電磁輻射問題。強烈的電磁輻射不但影響精密電子器件的正常工作，而且還會影響人們的身體健康。尤其是通過使用高強度電磁波所制造的電磁脈沖武器，將新型電子對抗技術(shù)運用于現(xiàn)代的高技術(shù)作戰(zhàn)中，可以進行精確攻擊電力設(shè)備、電子遠程檢測系統(tǒng)和信息通訊裝置，從而使武器及電子設(shè)備陷入癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重威脅國家安全和民眾生命。

電磁屏蔽材料作為電磁防護材料的重要成員，可以有效降低雷達散射截面、抑制電磁波的輻射、干擾，改善電磁環(huán)境，提高武器裝備的戰(zhàn)場生存能力，已經(jīng)應(yīng)用于軍用飛機、民用客機和直升飛機的雷達艙、電子儀器艙、駕駛艙、工作艙、休息艙等部位。高性能電磁屏蔽材料有利于解決電磁波引起的電磁干擾問題，應(yīng)對電磁脈沖武器打擊，提升通訊網(wǎng)絡(luò)、信息傳輸、武器裝備等的安全性，對國家安全、社會生活以及經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。因此，世界各國研究人員投入大量精力研發(fā)

高性能的電磁屏蔽材料。

1 電磁屏蔽材料研究現(xiàn)狀

在交變電磁場中，電場與磁場相互依存，控制其中之一往往可以實現(xiàn)對電磁能的有效控制。因此，具有優(yōu)異電導(dǎo)率與磁導(dǎo)率的材料適宜用作電磁屏蔽材料。下面詳細介紹各種類型的電磁屏蔽材料。

1.1 金屬型電磁屏蔽材料

金屬型電磁屏蔽材料主要有高電導(dǎo)率金屬和高磁導(dǎo)率金屬，兩種金屬在高頻和低頻電磁場中的使用有所側(cè)重。高電導(dǎo)率金屬具有豐富的自由電子，在高頻電磁場的作用下，自由電子沿一定方向運動形成感應(yīng)電流，形成與原有磁場方向相反的磁場，抵消原有磁場的變化，實現(xiàn)電磁場的屏蔽。對于小于100 kHz的低頻電磁場，需要遠高于空氣磁導(dǎo)率的鐵磁性材料，使磁力線向低磁阻方向移動，集中在磁性材料內(nèi)部，實現(xiàn)磁屏蔽。除本征電磁屬性外，還需要考慮材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)對電磁波的作用。Huang等[1]利用泡沫材料內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，制備了Fe-Ni開孔泡沫，在0.03~1500 MHz頻段內(nèi)，電磁屏蔽性能最高可以達到85 dB。這種金屬泡沫一方面將更多電磁波引入材料內(nèi)部，另一方面，電磁波在材料內(nèi)部孔洞中發(fā)生多次反射和吸收，大大增強材料的損耗能力。發(fā)現(xiàn)屏蔽效能（Shielding effectiveness，SE）隨開孔尺寸和孔隙率的減小而顯著提高，證實材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響電磁屏蔽性能。

1.2 涂覆型電磁屏蔽材料

涂覆型電磁屏蔽材料具有屏蔽效果好、成本低廉、施工便捷等優(yōu)點，可以涂覆在各類復(fù)雜基底的表面賦予其電磁屏蔽性能，是一種應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的EMI材料。主要可以分為電磁屏蔽涂料、金屬敷層材料和電磁屏蔽織物。

1）電磁屏蔽涂料。電磁屏蔽涂料作為一種特種涂料，主要有本征型涂料和摻混型涂料兩種類型。

本征型涂料是利用高導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺（PAN）、聚吡咯（PPY）、聚乙炔（PA）、聚（3,4-二氧乙基噻吩）（PEDOT）等[2]。這種材料具有密度低、電阻調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)點，但是需要通過電化學(xué)、酸處理、熱處理等方法提高聚合物的導(dǎo)電性，制備過程需要嚴(yán)格控制催化劑、摻雜劑的比例，容易出現(xiàn)電導(dǎo)率不穩(wěn)定等問題，限制了涂料的大批量制備。

與本征型導(dǎo)電涂料相比，摻混型導(dǎo)電涂料應(yīng)用較為廣泛。摻混型導(dǎo)電涂料是將高導(dǎo)電填料摻入絕緣基體和黏合劑中，從而獲得良好的導(dǎo)電性。其中，高導(dǎo)電填料通常為金屬銀粉、金屬銅粉，炭黑、石墨烯、碳納米管以及磁性金屬鐵粉、鎳粉等。金屬銀粉導(dǎo)電涂料成本較高往往應(yīng)用在高精尖儀器設(shè)備中。金屬銅粉導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性與成本較為合理，但需要考慮其易氧化的問題。金屬鎳粉涂料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、導(dǎo)電性良好、價格合理，目前應(yīng)用較為廣泛。碳系電磁屏蔽涂料密度小、耐化學(xué)腐蝕，但導(dǎo)電性能略差于金屬涂料。

2）金屬敷層材料。金屬敷層屏蔽材料是將薄層導(dǎo)電金屬層沉積在絕緣體或?qū)w基底表面，賦予或提高基底導(dǎo)電性，從而實現(xiàn)電磁屏蔽。金屬敷層屏蔽材料常見的制備方法有化學(xué)電鍍、真空鍍膜、磁控濺射、金屬箔鋪貼、金屬熔射[2]。通過各類物理化學(xué)方法制備的金屬敷層具有厚度均勻、導(dǎo)電性能優(yōu)異的特點，使這種類型的電磁屏蔽材料具有優(yōu)異的屏蔽效能，但是鍍層金屬易從基底表面剝離。在實際應(yīng)用中，需要對基底表面處理，提高兩者的結(jié)合力。董艷暉等[3]研究了金屬化碳纖維紙的電磁屏蔽性能，通過化學(xué)方法在碳纖維表面沉積金屬鎳層，然后制備電磁屏蔽紙，在100~1200 MHz 頻率范圍屏蔽效能接近 50 dB。

3）電磁屏蔽織物。電磁屏蔽織物具有高導(dǎo)電、低密度、加工便利的優(yōu)勢，同時具備傳統(tǒng)織物柔軟、耐彎曲、可折疊的特點，越來越多的研究關(guān)注于這類產(chǎn)品[4]。電磁屏蔽織物通常由金屬纖維與紡織用纖維混編而成，或者在織物表面沉積金屬鍍層[5]。以日本大和、東麗公司、美國的Matasolg公司、德國的Baymetex公司、荷蘭的Devex公司為代表的導(dǎo)電織物生產(chǎn)商，在20世紀(jì)80年代就實現(xiàn)導(dǎo)電織物的工業(yè)化生產(chǎn)。以低溫等離子處理，連續(xù)表面沉積制備的離子織物是目前最先進的電磁屏蔽織物。碳纖維具有導(dǎo)電性好、比強度高、質(zhì)量輕等優(yōu)勢可以作為良好的屏蔽材料。碳纖維表面進一步包覆金屬、SiC、石墨烯等，可優(yōu)化其屏蔽效能。據(jù)報道，德國巴斯夫公司制備的具有SiC鍍層的碳纖維電磁屏蔽效能在兆赫茲波段為48 dB。上述這些纖維織物均具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和電磁屏蔽能力，但是還存在怕揉搓、拉伸、洗滌等問題，需要進一步研究解決。

1.3 復(fù)合型電磁屏蔽材料

復(fù)合型屏蔽材料是一種較為成熟的電磁屏蔽材料，在國外已經(jīng)能夠批量化生產(chǎn)。這類屏蔽材料通常由高性能樹脂、功能性填料和添加劑組成，均勻混合后通過擠出或注射成型工藝制備各類電磁屏蔽材料。功能性填料主要為導(dǎo)電粉末和導(dǎo)電纖維兩類。

導(dǎo)電粉末具有質(zhì)量輕、價位合理、吸收頻率范圍寬等優(yōu)點。常用的超細粉末有Fe、Ni、Co、炭黑等，尺寸一般為微米級或微米級以下。熊政專等[6]等制備了納米炭黑/ABS樹脂電磁屏蔽復(fù)合材料，隨著炭黑添加量的增大，材料電導(dǎo)率提高，復(fù)合材料的電磁屏蔽能力明顯改善。何和智等[7]制備了鐵粉/聚丙烯復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)鐵粉粒度影響EMI的SE，鐵粉細度越高，復(fù)合材料的SE增大。

導(dǎo)電纖維分為金屬纖維和非金屬纖維。金屬纖維的導(dǎo)電性好、屏蔽效能高、機械性能佳，但是價格較昂貴。添加了10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）黃銅纖維的聚丙烯復(fù)合材料，EMI的SE可達60 dB。非金屬纖維多為碳纖維，不僅能夠提升樹脂基體電性能還可以實現(xiàn)力學(xué)性能的同時提升。陳曉燕等[8]在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）復(fù)合材料中加入2%的碳纖維實現(xiàn)在200~1800 MHz頻率范圍 SE 達到 10 dB。

2 國外電磁屏蔽材料發(fā)展趨勢

眾所周知，傳統(tǒng)金屬材料如Cu、Ag、Au和Pt金屬等，以其優(yōu)異的導(dǎo)電性能可以用于電磁屏蔽。然而，隨著電子設(shè)備的更新?lián)Q代，這些金屬材料不能滿足應(yīng)用需求。例如，Cu制屏蔽體在儲存或使用過程中會氧化，Ag、Au或Pt耐候性好但成本過高[9]。此外，新型電磁屏蔽材料還需要具有柔韌性、耐磨性、高溫適用性、惡劣環(huán)境耐久性等。因此，業(yè)內(nèi)長期以來一直在尋求更低的生產(chǎn)材料成本以及更大生產(chǎn)能力的電磁屏蔽材料制備方法。

國外電磁屏蔽材料針對不同應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)柔性多層電磁屏蔽薄膜、透明電磁屏蔽薄膜、熱變形電磁屏蔽復(fù)合材料、適形電磁屏蔽材料等，這些電磁屏蔽材料能夠一定程度上滿足電子設(shè)備小型化、柔性化、多功能化的發(fā)展需求。

2.1 柔性電磁屏蔽薄膜

美國3M公司發(fā)明了高射頻磁導(dǎo)率的多層電磁干擾屏蔽薄膜[10]。與傳統(tǒng)鐵氧體相比，這種薄膜使用軟磁合金，例如 NiFe、CoNbZr、FeCoB、Fe納米晶基氧化物和氮化物的合金，以及硼基非晶合金，可在更高頻率下獲得更高的磁導(dǎo)率。通過軟磁合金與丙烯酸酯類聚合物間隔層的多層鋪排（圖1），可獲得柔性屏蔽材料。柔性多層電磁干擾屏蔽，間隔層優(yōu)選是介電層或非導(dǎo)電材料，以抑制渦電流效應(yīng)。間隔層可以由具有相對較低磁導(dǎo)率的鐵磁材料制成。此外，通過使用蒸汽冷凝的丙烯酸間隔層，屏蔽材料可以以連續(xù)的卷對卷方式制造。該發(fā)明中的柔性多層電磁屏蔽薄膜，可以在很寬的頻率范圍內(nèi)屏蔽或/和抑制射頻能量。通過調(diào)節(jié)間隔材料與鐵磁材料的種類、層數(shù)和厚度，可以實現(xiàn)1~6 MHz范圍內(nèi)高頻電磁干擾控制。這種材料能夠解決電子設(shè)備和高頻電子電路的小型化、柔性化的發(fā)展需求，還可以抑制源自設(shè)備和電路或源自環(huán)境的電磁干擾的降級效應(yīng)。

圖1 高射頻磁導(dǎo)率的多層電磁干擾屏蔽薄膜[10]Fig.1 Multilayer EMI shielding thin film with high RF permeability [10]

2.2 透明電磁屏蔽薄膜

在美國3M公司的專利中，報道了由導(dǎo)電聚合物涂層與透明電介質(zhì)層組成的超薄透明電磁干擾薄膜[11]。這一發(fā)明專利解決了目前EMI屏蔽濾波材料中金屬氧化物沉積速率極為緩慢的問題，提供了一種新型光學(xué)顯示器用濾光材料。材料包括透明聚合物基板和與基板相鄰功能性多層結(jié)構(gòu)（圖2）。多層結(jié)構(gòu)由具有第一表面和第二表面的導(dǎo)電層組成：第一表面接觸的成核層和與第二表面接觸的阻擋層，以及與該結(jié)構(gòu)相鄰的透明介電層。所提供的濾光材料具有抗反射層，內(nèi)置于其中的組件可以增加可見光的透射。當(dāng)濾波材料放置或包含于顯示面板、觸摸面板、電子設(shè)備中時，該濾波材料還可提高EMI屏蔽功能，突出優(yōu)點為

圖2 具有透明電介質(zhì)層的超薄透明電磁干擾屏蔽膜 [11]Fig.2 Ultrathin transparent EMI shielding film comprising transparent dielectric layer [11]

輕質(zhì)、成本低。所述薄膜可容易地應(yīng)用于電子顯示裝置，平均有效EMI屏蔽薄層電阻小于300 Ω/m2。相應(yīng)濾波材料可用于多種電子設(shè)備，尤其可用于液晶顯示面板和觸摸屏面板。

在超薄透明電磁干擾屏蔽薄膜基礎(chǔ)上，采用蒸汽涂覆方法將氧化鋅、氧化鉍多晶種子直接沉積在透明介電層表面，接著涂覆金屬或其合金導(dǎo)電層，獲得具有一定耐腐蝕性的具有EMI屏蔽功能的濾光器（圖3）[12]。這一改良的方法保持了小于8%的平均光化輻射，超過80%的平均透射率。同時，超薄透明EMI屏蔽薄膜的導(dǎo)電性能明顯提升，平均電阻低于 100 Ω/m2。

圖3 具有屏蔽功能的濾光器[12]Fig.3 Optical filter with EMI shielding performance [12]

2.3 適形電磁屏蔽材料

傳統(tǒng)的金屬屏蔽外殼具有優(yōu)異的屏蔽性能，但是面臨價格昂貴、密度大并且難以制造復(fù)雜異形件的問題。模塑塑料外殼的內(nèi)部可以通過真空金屬化涂覆薄金屬膜獲得屏蔽效能，但是該過程產(chǎn)生的屏蔽層通常較脆，柔性較差。為了解決上述問題，美國帕克?漢尼芬公司利用非導(dǎo)電熱塑性彈性體[13]，如硅氧烷，氨基甲酸酯或柔性環(huán)氧樹脂，與導(dǎo)電填料如鍍鎳碳粉、碳粉、銀粉、銅粉、銀/銅粉、銀/鋁粉、鍍銀玻璃球和鎳粉等均勻混合制備導(dǎo)電纖維。然后，連續(xù)纖維表面涂覆金屬獲得更優(yōu)異的導(dǎo)電性。這種纖維可以直接擠出造粒并注塑成型，直接制造EMI屏蔽墊圈和電子元器件外殼，具有優(yōu)異的電氣和機械性能?；谠撍悸罚环N用于屏蔽電子設(shè)備的電路免受電磁干擾（EMI）的鎳-鋁填料組件也被發(fā)明出來（圖4）[14]。與傳統(tǒng)的銀基、鎳或鎳-石墨填充材料相比，在相當(dāng)?shù)捏w積負(fù)荷水平下，用于該組件的鎳-鋁填料材料表現(xiàn)出相當(dāng)或改進的EMI屏蔽效果和耐腐蝕性，既具有成本效益又具有抗腐蝕耐用性。

圖4 電子設(shè)備電磁屏蔽護罩[14]Fig.4 EMI shields for electronic devices[14]

2.4 熱變形電磁屏蔽復(fù)合材料

為了解決有源設(shè)備的電線、電纜、軟線或其他細長導(dǎo)體的電磁干擾，美國帕克?漢尼芬公司報道了一種可熱變形的EMI屏蔽套，可套在給定外徑范圍內(nèi)的一般細長物體上[15]。護套由管狀外部構(gòu)件組成，該管狀外部構(gòu)件具有不定長度和擴展內(nèi)徑，該內(nèi)徑大于物體的外徑，導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)件在外部構(gòu)件內(nèi)并與同軸且可共同延伸，兩者間通常是連續(xù)的熱塑性中間層并可與兩者共同延伸（圖5）。中間層大致沿著制件長度將內(nèi)部構(gòu)件粘合到外部構(gòu)件內(nèi)，以將兩者固結(jié)成整體結(jié)構(gòu)。外部構(gòu)件又可熱變形回收，即內(nèi)徑可收縮，該內(nèi)徑小于擴展內(nèi)徑，以使夾套基本上與物體的外徑范圍相符。這種柔韌且簡便的屏蔽材料具有衰減EMI的效應(yīng)，同時屏蔽套將EMI能量限制在源設(shè)備中，實現(xiàn)與其他有源設(shè)備的隔離。對于熱變形電磁屏蔽材料，美國Laird公司也發(fā)明相關(guān)專利，他們將熱收縮聚乙烯與EMI層復(fù)合，獲得縱向收縮橫向不收縮的電磁屏蔽復(fù)合材料[16]。將EMI屏蔽層與被保護物體相鄰，對可熱收縮外層加熱，復(fù)合材料便纏繞物體周圍，實現(xiàn)電磁屏蔽。

圖5 用于電磁干擾屏蔽的熱縮護套[15]Fig.5 Heat-shrinkable jacket for EMI shielding [15]

2.5 多功能電磁屏蔽復(fù)合材料

為了提高極端環(huán)境下的適用性，美國艾奇遜工業(yè)公司發(fā)明了一種含有銀顆粒和特殊附加顏料組分的導(dǎo)電涂料組合物。這種涂料組合物具有耐高溫、耐溫變、柔韌等優(yōu)點，并且可以直接涂覆于塑料薄膜基體上獲得屏蔽性能。進一步將細碎的銀顆粒與特殊耐火鐵合金共混，可克服許多現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，沉積膜的導(dǎo)電性接近純銀涂料組合物，并且暴露于熱、濕或其它惡劣的環(huán)境條件下涂料也能保持高導(dǎo)電性[17]。磁性金屬Ni納米顆粒與特殊耐火鐵合金共混后，也可以作為良好的屏蔽涂料[18]。并且長期暴露在≥200 ℉的高溫或明顯溫變過程（160 ℉/30 min；室溫/5 min；?40 ℉/30 min；室溫/5 min）后，依然保持良好的導(dǎo)電性能，是一種耐候性優(yōu)異的電磁屏蔽涂料。

電子設(shè)備使用過程中不可避免地產(chǎn)生熱輻射，為了使電子設(shè)備維持正常使用溫度，亟需兼具導(dǎo)熱性能的電磁屏蔽材料。美國Laird公司將具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的相變材料與電磁吸收材料相結(jié)合制備出應(yīng)用在集成電路與散熱器間的兼有導(dǎo)熱與電磁屏蔽性能的復(fù)合材料[19]。復(fù)合材料基體相對介電常數(shù)小于4，損耗角正切小于0.1，可使電磁波透過基質(zhì)。導(dǎo)熱和電磁吸收材料可選用球形、粉末、纖維、薄片或其各類顆粒組合體，均勻分散在基體中（圖6）。這種導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料有助于從設(shè)備傳遞熱能，并且減少設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射。

圖6 導(dǎo)熱電磁屏蔽復(fù)合材料[19]Fig.6 Electromagnetic shielding composite materials with thermalconductive property[19]

考慮涂覆屏蔽材料的環(huán)保需求，美國艾奇遜工業(yè)公司制備出適用于在聚酯或聚碳酸酯膜上印刷和固化的水基導(dǎo)電聚合物厚膜制劑。這種水基導(dǎo)電墨水由水溶性熱塑性聚合物、分散劑、乙二醇干燥-緩凝劑以及導(dǎo)電填料組成。導(dǎo)電填料為銀薄片、碳粉、石墨粉及其混合物。解決水基油墨流變性、粘合性和柔韌性差的問題[20]。

3 電磁屏蔽測試技術(shù)

3.1 電磁屏蔽原理

電磁屏蔽即通過導(dǎo)電或?qū)Т挪牧舷拗苹蜃钄嚯姶挪ǖ膫鞑ヂ窂?，抑制電磁輻射對敏感設(shè)備或生物體的傷害。當(dāng)電磁波遇到電磁屏蔽材料，材料的表面和內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電荷、感應(yīng)電流與各類極化作用，切斷電磁場原有耦合途徑，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)電磁波的衰減或吸收[8,21]。按照電磁屏蔽的原理，可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽與電磁場屏蔽。在交變電磁場中，電場與磁場相互依存，需要考慮對兩者同時屏蔽。屏蔽效能SE是定量表征電磁屏蔽材料削弱或衰減電磁能的物理量[22]，其定義為屏蔽前后電場強度或磁場強度的比值：

SE=20lg (E0/ES) 或SH=20lg (H0/HS)

其中：SE、SH分別表示電場中屏蔽效能與磁場中屏蔽效能；E0、ES分別表示屏蔽前與屏蔽后的電場強度；H0、HS分別表示屏蔽前與屏蔽后的磁場強度。屏蔽效能的大小表征材料的電磁屏蔽性能（表1）[22]。

表1 屏蔽效果的評價[22]Table 1 Evaluation of EMI shielding effectiveness[22]

電磁屏蔽材料對電磁波的衰減損耗可以分為反射損耗、傳輸或吸收損耗、多次反射損耗3個部分。反射損耗通常發(fā)生在屏蔽材料表面，由于良導(dǎo)體與自由空間的阻抗失配出現(xiàn)明顯的電磁波反射；傳輸或吸收損耗通常發(fā)生在電磁波進入材料內(nèi)部過程中，屏蔽材料與電磁波通過各類極化相互作用，產(chǎn)生傳輸損耗或吸收損耗；電磁波在材料內(nèi)部繼續(xù)傳輸，遇到屏蔽材料的不同界面，在界面間不斷反射延長其傳輸路徑，形成第三部分的多次反射損耗。因此，材料自身的電性能、磁性能、厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等以及電磁波的頻率、場源屬性等，均影響屏蔽效能。在研究電磁屏蔽材料時，需要綜合考慮上述因素。

3.2 電磁屏蔽測試方法

根據(jù)測試距離與波長的相關(guān)關(guān)系，屏蔽效能測試方法可以分為近場法、遠場法和屏蔽室法[2, 21-22]。在測試距離小于等于λ/2π的近場環(huán)境，電磁屏蔽材料適于選用離子型與本征型屏蔽材料，利用電偶極子和磁偶極子近場屏蔽理論損耗電磁波。近場測試方法有ASTM-ES-7雙盒法和改進的MILSTD-285法（圖7）[23]。近場雙盒測試法主要由發(fā)射端、試樣、接收端3部分組成，測試方法較為便捷，但是主模易受到測試產(chǎn)生的諧振頻率干擾，測試結(jié)果重復(fù)性也易受彈性襯墊的影響。改進的MIL-STD-285法測試過程需要注意樣品與墊片、屏蔽室開孔位置等密閉良好，避免電磁能泄露造成測試誤差。

圖7 ASTM-ES-7雙盒測試法和改進的MIL-STD-285測試法結(jié)構(gòu)示意圖[23]Fig.7 Schematics of ASTM-ES-7 test method and modified MIL-STD-285 test method[23]

在測試距離大于λ/2π的遠場環(huán)境，主要采用同軸傳輸線和法蘭同軸法進行測試（圖8）。同軸傳輸線為雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，電磁波在內(nèi)外導(dǎo)體間傳輸，不受外界信號干擾。這種方法可以模擬電磁波在自由空間內(nèi)遠場傳輸?shù)倪^程。法蘭同軸法與同軸傳輸線法原理相似，進一步改進了樣品與同軸線的連接方式，減小兩者的接觸電阻，測試結(jié)果穩(wěn)定，重復(fù)效果好。

圖8 法蘭同軸腔結(jié)構(gòu)示意圖[23]Fig.8 Schematic of flange coaxial cavity test method [23]

在實際工作環(huán)境中，電磁波發(fā)射源多為近場源或介于近遠場之間，適合采用屏蔽室法進行測試（圖9）。該方法通過測試有無電磁屏蔽材料時，發(fā)射型號與接收信號場強和功率的差值來確定SE。屏蔽室測試法提供的電磁信號更接近真實的電磁環(huán)境，可以測試寬頻率、多角度入射的電磁波，對樣品形狀限制小，適用范圍較為廣泛。但在測試過程中也要避免測試諧振對測試結(jié)果的影響[23]。

圖9 屏蔽室法結(jié)構(gòu)示意圖[23]Fig.9 Schematic of shielding chamber test method [23]

近年來，隨著各類新型電磁材料的出現(xiàn)，我國也開始針對具體應(yīng)用開展電磁屏蔽材料測試技術(shù)的研究。中國電子科技集團光電研究院的吳一超[24]為應(yīng)對光電設(shè)備發(fā)展帶來的復(fù)雜電磁環(huán)境，開展高強輻射場電磁效能測試技術(shù)研究。通過內(nèi)場實驗法與外場試驗法相結(jié)合的方式，驗證屏蔽效能，并引入合理的線性外推（圖10）。這種方法已通過試驗驗證其有效性，有利益于驗證光電設(shè)備在艦船等復(fù)雜環(huán)境中的電磁屏蔽效能。

圖10 高強度輻射場的測試示意圖[24]Fig.10 Schematic diagram of high intensity radiation field test [24]

針對軍用車輛方艙、直升機機體等大型結(jié)構(gòu)件屏蔽效能測試，石廣軍等[25]分別采用使用功放測試、測試設(shè)備布置、艙內(nèi)設(shè)備位置安裝式、艙內(nèi)電纜束敷設(shè)等方法對直升機機體結(jié)構(gòu)屏蔽效能進行測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)功放測試由于放大信號在狹窄空間形成的駐波、折射與反射，測試結(jié)果存在較大誤差。其他3種方法除個別頻點出現(xiàn)小范圍波動外，整體數(shù)據(jù)結(jié)果相似。艙內(nèi)設(shè)備不同安裝方式或僅安裝設(shè)備支架的測試結(jié)果基本一致，線纜L型敷設(shè)方式屏蔽效能最佳。多種方法并行測試有利于剔除不確定點數(shù)據(jù)，掌握機體結(jié)構(gòu)全頻段屏蔽效能。熊熠明等[26]詳細介紹了車輛方艙通訊接口窗屏蔽效能測試方法，通過減小屏蔽窗縫隙、調(diào)節(jié)緊固螺釘間距、改進導(dǎo)電氧化涂覆層的工藝以及電纜單獨屏蔽等手段，保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，從而獲得穩(wěn)定的電磁屏蔽效能。

在微電子領(lǐng)域，呂磊等[27]聚焦于晶圓級微波測試工藝。由于微波傳輸距離短，空氣中傳播損耗大的特點，常規(guī)測試方法難以測試微波器件。通過引入微波探針（圖11），可以測試封裝前芯片的高頻特性，能夠?qū)ξ⒉ㄆ骷M行定量分析，測試頻率、反射系數(shù)、功率、衰減、阻抗、介電常數(shù)等參數(shù)，對提升芯片質(zhì)量具有重大意義。陳超嬋等[28]分析了電磁屏蔽薄膜效能不確定性的來源，基于新型法蘭同軸測試裝置分析評定薄膜屏蔽效能測試結(jié)果，并建立屏蔽效能測量不確定度評定的數(shù)學(xué)模型，對后續(xù)電磁屏蔽薄膜測試技術(shù)具有指導(dǎo)意義。

圖11 微波探針臺結(jié)構(gòu)示意圖和屏蔽室窗口示意圖[27]Fig.11 Structure diagram of microwave probe station and window diagram of shielding room[27]

為應(yīng)對電磁輻射對人體的影響，電磁輻射防護織物及服裝研究也日益豐富。肖紅[29]介紹了電磁輻射防護織物的設(shè)計原理，提出在保證穿著舒適度的前提下，盡量減少電場極化方向與服裝的垂直開縫，并且在服裝接縫、開縫部位確保完整的電連接。電磁屏蔽織物多采用法蘭同軸法和屏蔽室法進行測試。相較于法蘭同軸法，屏蔽室法對織物材料、形狀、厚度等具有較大的包容性，測試頻段寬可以覆蓋千赫茲到吉赫茲的高低頻波段。在10~40 GHz頻段，正方形樣品邊長要大于0.6 mm。對于屏蔽織物還需要考慮其維護保養(yǎng)周期，洗滌前后屏蔽效能穩(wěn)定性等問題。

4 總結(jié)與展望

從國外電磁屏蔽材料的發(fā)展趨勢來看，金屬材料依舊活躍在電磁屏蔽領(lǐng)域，但已從傳統(tǒng)塊體狀金屬屏蔽蓋/殼朝向輕量化與定制化電磁屏蔽材料方向發(fā)展，金屬顆粒作為導(dǎo)電組分添加在電磁屏蔽涂料中，涂覆在車輛、飛機、艦船等的被屏蔽設(shè)備或器件表面。通過蒸汽涂覆、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等方法制備導(dǎo)電透明薄膜，應(yīng)用在電子設(shè)備顯示器、濾光器、特種玻璃等表面。金屬材料與聚合物復(fù)合制備多功能電磁屏蔽材料，適用于應(yīng)對極端環(huán)境、復(fù)雜外型甚至智能材料的特殊屏蔽場景。相應(yīng)的電磁屏蔽測試技術(shù)也呈現(xiàn)多元化、精細化發(fā)展趨勢。在現(xiàn)有測試技術(shù)基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化測試組件、采用多方法測試、引進測試輔助設(shè)備等方法，提高屏蔽效能的準(zhǔn)確性與可信度，為新型電磁屏蔽材料的研制與開發(fā)提供技術(shù)測試保障。