一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置的製作方法

2023-05-22 17:05:56

專利名稱：一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可用於微波爐和電腦的電磁屏蔽裝置，特別涉及一種帶有負磁導 率材料的可用於微波爐和電腦的電磁屏蔽裝置，此負磁導率材料是由適當幾何尺寸的具有一 定厚度的開口諧振環組成。
背景技術：
隨著經濟技術的發展和社會文明的進步，人類進入現代化、信息化社會，與人們 日常生活密切相關的電子計算機、微波爐、電磁爐、手機、空調、對講機等進入千家萬戶， 這些家用電器、電子設備在使用過程中都會不同程度的產生輻射或洩漏一定頻率、 一定強度 的電磁波。這些電磁波看不見、摸不著、充斥整個空間，作用於人的肌體上。 一旦這些電磁 波的能量強度超過人體的耐受極限時，隨著作用時間的增加，必將悄悄的侵蝕著我們，影響 健康，引發各種文明病，令人防不勝防。因此在進行這些電子設備結構設計時必須考慮電磁 屏蔽。
微波爐和電腦可謂與人們生活、工作、學習最為密切，但是它們在工作時都存在電磁輻 射洩漏，由於其工作頻率高， 一旦電磁波洩漏，對人體危害很大。微波爐工作時，微波會從 爐體與爐門之間的縫隙、觀察窗、排氣孔洩露出來。為使微波輻射維持低水平，要求爐門結 構設計要嚴密、合理，在關閉時應當無縫隙。目前，人們已經採用多種形式的爐門結構設計 防止電磁波洩露，比如使用金屬彈簧片的金屬與金屬接觸門；金屬編織網的彈性橡膠管金屬 與金屬門；利用四分之一波長短路扼流槽扼流密封等。而微波爐中排溼孔的電磁輻射洩露問 題尚無法很好解決。
電腦也同樣存在電磁輻射洩漏，特別是近幾年，隨著計算機速度的不斷提高，傳輸速度 越來越快，同時對外界的電磁輻射強度也越來越大，電磁屏蔽的問題就越來越突出。電腦的 輻射源無外乎是兩部分顯示器和機箱。顯示器的輻射較難直接處理，主要措施是要在購買 的時候選擇那些通過重要機構認證的"健康"顯示器。而機箱的輻射源又來自機箱內部的電腦 配件，通過機箱的縫隙、散熱孔、通氣孔等向外輻射電磁波。由於機箱內部的電腦配件很難
直接做到減少電磁輻射，所以要防止電磁輻射洩露就要從機箱的縫隙、散熱孔、通氣孔著手。 發明內容針對微波爐、電腦屏蔽裝置中孔、洞存在的電磁輻射洩漏問題，本發明將負磁導
率材料引入電磁屏蔽設計之中，通常的負磁導率材料是由周期性排列的開口諧振環(SplitRing Resonators或SRRs)組成，由於其在一定頻段範圍表現為禁帶並且磁導率為負，在微電子線 路元件、濾波器、無線電通信等領域有廣闊的應用前景。
本發明的目的是提供一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，利用負磁 導率材料的禁帶效應抑制電磁輻射洩露。其主要特徵是該屏蔽裝置由金屬材料製成，所用的
金屬材料可以是不鏽鋼、鍍鋅鋼板、鍍錫鋼板、鎂鋁合金，在其上製備周期性排列的適當幾 何尺寸的具有一定厚度的SRRs，用SRRs替代原來微波爐、電腦機箱屏蔽體上的孔、洞，抑 制孔、洞電磁輻射洩露的同時也能維持孔、洞原有的散熱、排氣功能。
本發明屏蔽裝置中的SRRs不同於通常SRRs，通常SRRs的厚度很小，當其工作於微波 波段時，厚度僅為0.01mm-0.04mm，不考慮厚度效應。當其工作時要求電磁波平行於SRRs 面入射，即波矢K平行於環面，磁場H垂直於環面，由法拉第電磁感應定律可知在SRRs內 產生了感應電流，從而引入了電感。由於內外環間和環的開口存在間隙，即可以產生電容。 從而產生了LC諧振，在一定的頻段電磁波不能傳播，實現了負磁導率(圖l)。而將SRRs 實際用於器件設計中時，通常電磁波垂直環面入射，比如當電磁波從孔、洞洩露出來時，相 當於電磁波垂直於孔、洞入射，如果仍採用常規SRRs是無法實現負磁導率的。本發明使用 了具有一定厚度的SRRs，即將SRRs厚度由通常的0.01mm-0.04mm增加到0.6mm-1.5mm， 這樣即使當電磁波垂直SRRs方向入射也能實現負磁導率(圖2)。
實際應用中，屏蔽體主要以平面金屬板為主，若屏蔽體設計成完全密閉的導電殼體，可 以較好地實現屏蔽。但是實際中不可能做到完全密閉，必然存在著縫隙和孔洞，這些縫隙和 孔洞導致了屏蔽體電流的局部不連續，使屏蔽效能降低。為了達到較好的屏蔽效能， 一般要 求所開孔洞的直徑為波長的1/20，這樣雖然減小電磁洩露，但是由於孔、洞很小導致散熱、
排氣性能不好，長期使用會造成設備儀器的損壞。而SRRS幾何尺寸一般為波長的1/10，若 將微波爐、電腦機箱屏蔽裝置中孔、洞等電磁能量洩露的地方改造設計成適當幾何尺寸的具 有一定厚度的SRRs，既能提高設備的散熱、排氣等性能又能屏蔽電磁輻射洩露。通常屏蔽箱 體的厚度約為lmm時即可滿足屏蔽要求，常用的屏蔽材料厚度一般有1.5mm、0.8mm、0.7mm、 0.6mm。因此本發明可直接將原屏蔽箱體中洞或孔等電磁輻射洩漏的地方改造製備成適當幾 何尺寸的具有一定厚度的SRRs，即在微波爐、電腦原有的屏蔽體上製備周期性排列的SRRs 陣列，即使電磁波垂直SRRs面入射，也可產生負磁導率。根據電器、電子設備的不同工作 頻率設計不同幾何尺寸的SRRs，使其中心諧振頻率與相應的電器、電子設備的工作頻率一致， 利用SRRs的禁帶效應抑制電磁輻射洩漏，負磁導率材料製備簡單，造價低廉，不影響設備 正常工作，而由於SRRs形狀多種多樣如圓形、方形、六邊形、樹枝狀分形，也使屏蔽裝置 美觀。


圖1普通SRRs平行入射的透射波譜
圖2普通SRRs和具有一定厚度SRRs垂直入射的透射波譜
圖3本發明實施例一微波爐示意圖
圖4本發明實施例二微波爐所用的負磁導率材料結構單元
圖5本發明實施例三電腦機箱的結構示意圖
圖6本發明實施例四電腦機箱所用的分形數枝結構諧振環單元
具體實施方式
微波爐通常是指用微波烹飪食物的裝置，當啟動微波爐時，微波爐內的磁控 管開始工作，將所產生的微波能量通過波導管輸送到微波爐腔內。為了保證腔內能量分布均 勻或使加熱均勻， 一般微波爐的腔體內設有能量攪拌器，這樣輸送到腔內的微波能量可以迅 速將食品加熱或解凍、消毒。由於設計、製造方面的原因，微波爐存在微波洩漏問題，主要 表現為爐門關閉不嚴，排溼孔設置的不合理或孔、洞過大等所致。本發明不改變原有的微波
爐設計，僅將微波爐腔體中的排溼孔改造成SRRs，用SRRs代替排溼孔，抑制其電磁輻射洩 露。常用微波爐工作頻率有兩個，分別為915MHz和2450MHz。針對不同工作頻率，設計不 同幾何尺寸的SRRs陣列。對於工作頻率為915MHz的微波爐，SRRs的幾何尺寸為環的內 切圓直徑為d-20mm-27mm，開口 g=1.5mm-2mm，線寬c=1.8mm-3mm，厚度t=0.6mm-1.5mm， SRRs的行間距、列間距均為1^25mm-35mm;對於工作頻率為2450MHz的微波爐，SRRs的 幾何尺寸為環的內切圓直徑d-8mm-llmm，開口 g=0.7mm-1.2mm,線寬c=0.5mm-1.3mm， 厚度t-0.6mm-1.5mm， SRRs的行間距、列間距均為h=15mm-20mm。
電腦的電磁輻射洩漏主要來源於機箱的縫隙、散熱孔或通風孔，本發明主要解決散熱孔、 排氣孔或通風孔的電磁洩漏問題，在金屬屏蔽裝置上製備周期性排列的SRRs，用SRRs替代 原機箱屏蔽體上的散熱孔、通風孔。電腦輻射的電磁波波長約為6.5cm，即頻率大約是4.6GHz， 若採用形狀規則的圓形、方形、六邊形開口諧振環，其幾何尺寸為環的內切圓直徑 d=4mm-6.5mm，開口 g=0.3mm-lmm，線寬c=0.5mm-lmm，厚度t=0.6mm-1.5mm， SRRs的 行間距、列間距均為h=10mm-15mm;若採用數枝分形諧振環，其幾何尺寸為 一級線長 a=2.2mm-3mm， 二級線長b-1.2腿-1.8mm，三級線長e=0.7mm-1.0mm，線寬c=0.5mm-1.0mm' 厚度t-0.6mm-1.5mm，諧振環的行間距、列間距均為h-10mm-15mm。
本發明的實現過程由實施例和

實施例一
本實施例的微波爐工作頻率為915MHz，其屏蔽電磁波的腔體材料為不鏽鋼，在腔體的 兩個側面分別刻蝕3X3個SRRs，用SRRs替代原微波爐中的排溼孔，抑制排溼孔電磁輻射 洩露。所用SRRs為多開口六邊形諧振單環，其幾何尺寸為環的內切圓直徑為(^20mm，開 口均為『1.5mm，線寬c-2mm，厚度t-0.8mm， SRRs的行間距、列間距均為h-26mm。如 圖3所示，此圖僅示出了爐腔一個側面的SRRs。
實施例二
本實施例與實施例一相似，本實施例微波爐工作頻率為2450MHz，其屏蔽電磁波的腔體 材料為不鏽鋼，在腔體的兩個側面分別刻蝕3X3個SRRs，用SRRs替代原微波爐腔體中的 排溼孔，抑制排溼孔電磁輻射洩露。所用SRRs為單開口六邊形諧振單環，其幾何尺寸為 環的內切圓直徑為d=8.5mm，開口 g=0.85mm，線寬c=0.7mm，厚度t-1.0mm， SRRs的行 間距、列間距均為h-16mm。圖4為本實施例所用的單開口六邊形單諧振環結構單元。
實施例三
為了屏蔽電腦機箱的散熱孔、通氣孔輻射，本實施例在電腦機箱屏蔽裝置上製備周期性 排列的SRRs，所用屏蔽裝置材料為鍍鋅鋼板，分別在機箱的兩側刻蝕4X4個SRRs，在機 箱的後面刻蝕3X3個SRRs，所用SRRs為圓形二開口諧振單環，其幾何尺寸為環的內切 圓直徑為d-4.5mm，開口均為gK).5mm，線寬c=0.6mm，厚度t-0.7mm， SRRs的行間距、 列間距均為h=12mm,如圖5所示。
實施例四
本實施例在電腦機箱屏蔽裝置上製備周期性排列的數枝狀分形諧振環，所用屏蔽裝置材 料為鎂鋁合金，分別在機箱的兩側刻蝕4X4個數枝狀分形諧振環，在機箱的後面刻蝕3X3 個數枝狀分形諧振環，其幾何尺寸為 一級線長a=2.3mm， 二級線長b=1.3mm，三級線長 e=0.8mm,線寬c=0.5mm，厚度t-0.8mm，諧振環的行間距、列間距均為h=13mm。圖6為 本實施例所用的數枝狀分形諧振環結構單元。
以上所述，僅為本發明的優選實施例，大凡依本發明權利要求及發明說明書內容所作的 簡單的等效變化與修飾，皆應屬本發明專利覆蓋的範圍。
權利要求
1.一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，其主要特徵是屏蔽裝置由金屬材料製成，在屏蔽裝置上製備適當幾何尺寸的具有一定厚度的開口諧振環。
2. 如權利要求l所述的一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，其特徵是 所用的金屬材料可以是不鏽鋼、鍍鋅鋼板、鍍錫鋼板、鎂鋁合金。
3. 如權利要求l所述的一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，其特徵是 當其用於工作頻率為915MHz的微波爐時，屏蔽裝置上的周期性排列開口諧振環幾何尺 寸為環的內切圓直徑d=20mm-27mm,開口 g=1.5mm-2mm，線寬c=1.8mm-3mm，厚 度t-0.6m邁-1.5mm， SRRs的行間距、'列間距均為h-25mm-35mm。
4. 如權利要求l所述的一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，其特徵是 當其用於工作頻率為2450MHz的微波爐時，屏蔽裝置上的周期性排列開口諧振環幾何 尺寸為環的內切圓直徑d-8mm-ll畫，開口 g=0.7mm-1.2mm，線寬c=0.5mm-1.3mm， 厚度t-0.6mm-1.5mm， SRRs的行間距、列間距均為h=15mm-20mm。
5. 如權利要求l所述的一種可用於微波爐和電腦的負磁導率材料電磁屏蔽裝置，其特徵是 當其用於電腦機箱的屏蔽裝置設計中時，若採用形狀規則的圓形、方形、六邊形開口諧 振環，其幾何尺寸為環的內切圓直徑d=4mm-6.5mrn,開口 g=0.3mm-lmm，線寬 c=0.5mm-lmm，厚度t=0.6mm-1.5mm， SRRs的行間距、列間距均為h=10mm-15mm; 若採用數枝分形諧振環，其幾何尺寸為 一級線長a=2.2mm-3mm， 二級線長 b=l.2mm-1.8rnm，三級線長e=0.7mm-1.0mm ，線寬c=0.5mm-1.0mm'厚度t = 0.6mm-1.5mm，諧振環的行間距、列間距均為h=10mm-15mm。
全文摘要
本發明涉及一種可用於微波爐和電腦的電磁屏蔽裝置，特別涉及一種帶有負磁導率材料的可用於微波爐和電腦的電磁屏蔽裝置，利用負磁導率材料的禁帶效應抑制電磁輻射洩漏。其主要特徵是屏蔽裝置由金屬材料製成，在其上製備適當幾何尺寸的具有一定厚度的開口諧振環(SRRs)，用SRRs代替了原來屏蔽箱體上的孔、洞，抑制了孔、洞的電磁洩露。本發明的開口諧振環厚度為0.6mm-1.5mm，其他幾何參數由設備儀器的中心工作頻率調控。本發明簡單易行，不需改變電器、電子設備的設計，不影響設備正常工作，既能維持原有孔、洞的散熱、排氣等功能又能抑制電磁輻射洩漏。
文檔編號H05K9/00GK101208004SQ20061010522
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者劉亞紅, 娟 宋, 趙曉鵬 申請人:西北工業大學