与金属材料相比，电磁导电塑料因为可设计屏蔽效能、防腐性能好、使用寿命长、生产成本低、质量轻等优点被广泛应用于电子设备中。但由于电磁波可以几乎无衰减地穿梭其中，不但影响外部设备的电磁兼容性，同时其内部敏感设备也容易受到外界干扰。目前，提高塑料表面导电性的方法有导电涂料法及金属敷层法[1]。导电涂料法是指将银、铜、镍等良导体粉末掺杂入合成树脂中加工成一种电磁屏蔽涂料喷涂在塑料表面，从而使塑料具有良好屏蔽性能[2]；金属敷层法是指通过采用某种化学或物理方法，使得塑料表面形成具有优良导电性能的金属敷层。塑料的屏蔽效能难以衡量其屏蔽效能性能优劣，只能通过测试进行对比，而电磁兼容测试成本昂贵。因此，本实验基于导电衬垫转移阻抗理论，提出了适用于导电塑料衬垫转移阻抗的等效电路计算模型，通过转移阻抗与屏蔽效能之间的关系，得出导电塑料衬垫转移阻抗与其屏蔽效能的关系及几种不同材料的导电塑料衬垫的屏蔽效能。1基于转移阻抗理论的塑料衬垫电路模型1.1转移阻抗定义导电塑料衬垫转移阻抗可定义为：透射区域内导电塑料衬垫两端输出电压U0与导电塑料衬垫表面感生电流密度J⃗s之比[3]，其计算公式为：ZT=U0J⃗s (1)式(1)中：ZT为导电塑料衬垫转移阻抗，Ω⋅m；U0为导电塑料衬垫两端输出电压，V；J⃗s为导电塑料衬垫表面感生电流密度，A/m。导电塑料衬垫转移阻抗理论的优点在于其将导电塑料衬垫导电性、导电塑料衬垫装配面间接触情况等复杂泄漏因素统一反映在转移阻抗参数中。根据导电塑料衬垫转移阻抗测试测试方法[4]，测得常用导电塑料衬垫类型的转移阻抗值。图1为测试结果。从图1可以看出，不同材料的导电塑料衬垫，其转移阻抗值从小到大依次为：银镀层塑料衬垫银导电喷涂塑料衬垫镍镀层塑料衬垫镍导电喷涂塑料衬垫塑料衬垫。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F001图1不同材料的导电塑料转移阻抗测试值Fig.1Test values of transfer impedance of conductive plastics with different materials1.2等效电路模型以门缝隙处填充导电塑料衬垫为例进行说明。图2为不填充导电塑料衬垫时屏蔽门的结构示意图。从图2可以看出，不填充导电塑料衬垫时，电磁波从干扰源向外辐射，门内表面上感应出表面电流J内，CD(门框上两点)与AB(门上两点)之间只有一条通路：门框与门处缝隙。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F002图2不填充导电塑料衬垫时屏蔽门的结构示意图Fig.2Structure diagram of platform screen doors without filling conductive plastic liner图3为不填充导电塑料衬垫时门缝处等效电路原理图。从图3可以看出，UAD为门上A、D两点间电压；UBC为门上B、C两点间电压；Z缝为门框缝隙处转移阻抗。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F003图3不填充导电塑料衬垫时门缝等效电路图Fig.3Equivalent circuit diagram of door slot without filling conductive plastic liner由于未对缝隙进行屏蔽处理，表面感应电流会通过门缝向门外耦合，此时门缝里各处电压都相等，即UAD=UBC。可推导得未对缝隙进行屏蔽处理时，门缝产生的压降为：UAD=Z缝×J内 (2)图4为填充导电塑料衬垫时屏蔽门的结构示意图。由于填充导电塑料衬垫的作用，CD(门框上两点)与AB(门上两点)之间有多条通路：门与门框处缝隙(导电塑料衬垫内)、导电塑料衬垫及门与门框处缝隙(导电塑料衬垫外)，由此给出填充导电塑料衬垫时门缝处等效电路图，如图5所示。其中，Z缝1为导电塑料衬垫与门框内部缝隙处转移阻抗；ZT为缝隙中填充导电塑料衬垫的转移阻抗；Z缝2为导电塑料衬垫与门框外部缝隙处转移阻抗。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F004图4屏蔽门的结构示意图Fig.4Schematic diagram of the screen door structure10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F005图5门缝等效电路图Fig.5Gate slit equivalent circuit diagram从图5及等效电路原理可知，填充导电塑料衬垫进行屏蔽处理后，门缝的压降为：UAD=Z缝1·ZT·Z缝2Z缝1·ZT+ZT·Z缝2+Z缝1·Z缝2×J内 (3)由屏蔽效能定义可知：SE=20logUAD前UAD后=20logZ缝Z缝1∥ZT∥Z缝2=20logZ缝Z总 (4)式(4)中：SE为屏蔽效能，dB；Z总为填充导电塑料衬垫的转移阻抗与缝隙转移阻抗的并联，Z总=Z缝1∥ZT∥Z缝2。由于缝隙转移阻抗量级远大于导电塑料衬垫转移阻抗，并联后约等于导电塑料衬垫转移阻抗，即Z总≈ZT。因此，导电塑料衬垫转移阻抗越小，整体屏蔽效能越好。2仿真验证图6为在电磁仿真软件CST中所建门缝处填充导电塑料衬垫的精简转移阻抗仿真模型，绿色为缝隙，门高为2.7 m，宽为0.9 m，端口激励为波端口激励。根据不同导电塑料衬垫转移阻抗的测试结果设置转移阻抗值。图7为具体仿真结果，从图7可以看出，填充塑料衬垫时，门屏蔽效能不足25 dB，高频约有10 dB；填充镍导电喷涂塑料衬垫后，门屏蔽效能约为40~60 dB；填充镍镀层塑料衬垫后，门屏蔽效能约为60~80 dB；填充银导电喷涂塑料衬垫后，门屏蔽效能约为80~100 dB；填充银镀层塑料衬垫后，门屏蔽效能约为90~110 dB。即其屏蔽效能值从大到小依次为：银镀层塑料衬垫银导电喷涂塑料衬垫镍镀层塑料衬垫镍导电喷涂塑料衬垫塑料衬垫。仿真测试结果可得：导电塑料衬垫转移阻抗越小，屏蔽效能越高，与图1的转移阻抗值以及转移阻抗等效电路模型推导出的结论一致。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F006图6屏蔽门CST仿真模型Fig.6Screen door CST simulation model10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F007图7填充不同类型导电塑料衬垫时门屏蔽效能仿真结果Fig.7Simulation results of shielding effectiveness of doors filled with different types of conductive plastic liner3测试验证对100~3 000 MHz不同目数导电塑料衬垫进行屏蔽效能测试。测试时，在屏蔽室内，把接收天线放置距测试窗口中心点30 cm；屏蔽室外，将发射天线放置在距测试窗口中心点170 cm；发射天线和接收天线的中心线在同一水平高度线上且高度距地面为140 cm。发射天线和接收天线的极化方向应与测试窗口的长边保持垂直[5-6]。无导电塑料衬垫时，信号源发出的信号经发射天线发出，由接收天线接收，图8为直通测试布置示意图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F008图8导电塑料衬垫屏蔽效能直通测试布置示意图Fig.8Layout schematic diagram of through test for shielding effectiveness of conductive plastic liner有导电塑料衬垫时，导电塑料衬垫通过压板安装在625 mm×625 mm的测试窗口上，测试布置分别为：100~200 MHz，双锥天线；200~1 000 MHz，对数周期天线；1 000~3 000 MHz，喇叭天线。导电塑料衬垫屏蔽效能(SE)计算公式为[10]：SE=P0-P1 (5)式(5)中：P0为未安装导电塑料衬垫前，直通测试时频谱仪接收值，dBm；P1为安装导电塑料衬垫后，测试时频谱仪接收值，dBm。图9为100~3 000 MHz不同类型导电塑料衬垫屏蔽效能测试结果曲线图。从图9可以看出，由于实际测试中，必然存在一定的缝隙泄露，因此所测得的屏蔽效能数值相对于仿真结果偏小，但总体趋势一致，验证了转移阻抗与屏蔽效能计算模型的准确性，同时，验证了导电塑料衬垫转移阻抗越小，其屏蔽效能越高的结论。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F009图9填充不同类型导电塑料衬垫屏蔽效能测试结果Fig.9Filling different types of conductive plastic gaskets shielding effectiveness test results4结论(1)导电塑料转移阻抗越小，其屏蔽效能越高。(2)对于同一材质金属，使用金属敷层法所获得的导电塑料的屏蔽效能要比使用导电涂料法的要好，原因是使用金属敷层法所获得的导电塑料衬垫表面连续性优于导电涂料法，所以衬垫转移阻抗越小，屏蔽效能越高。(3)应用同种方法，喷涂或镀金属银的屏蔽效能要优于金属镍。这是因为金属银导电性远好于金属镍，因此，喷涂或镀的塑料衬垫表面导电连续性要好，屏蔽效能越高。