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本文始於2017，在不涉及艱澀的電磁學理論前提下，以深入淺出的方式介紹各種不同耦合問題的解決方式，由其是低頻屏蔽對策。一般我們說low frequency shielding指的是(near field) magnetic shielding at low frequency，主要由power module所產生，如converter、inverter。

  1. Coupling Path 耦合路徑

  2. Conducted Coupling and Strategies 傳導耦合與對策

  3. Electric Field Coupling and Strategies 電場耦合與對策

  4. Magnetic Field Coupling and Strategies 磁場耦合與對策

    4.1 LF Magnetic Field Shielding

    4.2 HF Magnetic Field Shielding

  5. Radiation Coupling and Strategies 輻射耦合與對策

  6. Q&A

    6.1 低頻磁場與高頻磁場屏蔽對策的分水嶺是什麼?

    6.2 屏蔽低頻磁場，除了貴又厚重的導磁性材料，有沒有其他方法?

  7. Reference

  1. Coupling Path 耦合路徑 

There are 4 possible EM coupling mechanisms 耦合的物理機制有四種，分別有不同的處理方法

  • Conducted Coupling 傳導耦合

  • Electric Field Coupling 電場耦合

  • Magnetic Field Coupling 磁場耦合

  • Radiation Coupling 輻射耦合

  1. Conducted Coupling and Strategies 傳導耦合與對策 

共地耦合是最常見的傳導耦合，可以透過PI設計優化來處理。請注意這裡我講PI優化設計，而不是講"分地"，原因是分地只是PI優化的方法之一，而分地需要注意的地方其實很多，沒做好反而可能導致ESD、EMI變差 。[1][2]

另外，此類問題還常被討論的是單點接地與多點接地不同的layout方式產生的影響，這部份有興趣的讀者可以找到很多書籍文章在談這問題，本文不多加贅述。

  1. Electric Field Coupling and Strategies 電場耦合與對策 

3.1 電場是有起點與終點的向量場，由高電壓往低電壓，由正電荷往負電荷流動。[3]

 其有效的屏蔽方式是透過接地的良導體隔離。接地很關建，良導體也很重要，沒接地的屏蔽效果會很差。

接地對電場屏蔽很重要。接地、接地、接地 ... 因為很重要，所以說三次。

3.2 電場可以透過接地屏蔽截斷它，或透過不同的接地位置而改變電場分佈方向

E Field lines are able to be intercepted and redirected. [3]

3.3 在傳統教EMC的教科書裡，各位很容易可以找到下圖所示[4]，同軸電纜外圍的導體包覆是否有接地對屏蔽效果的影響。它就是在說明接地屏蔽電場有效，若兩端接地有迴路電流可以產生反向的磁場，那才可以達到屏蔽磁場的效果，也就是我們接著step4.2要說明的

  1. Magnetic Field Coupling and Strategies 磁場耦合與對策

磁場是一個由電流(移動電荷)所產生的閉迴路向量場，並沒有起點與終點，所以不能被切斷 或終止(不能像電場一樣被接地吸收)，只能讓它轉彎(re-direction)或是抵消。

接地對屏蔽低頻磁場無效

4.1 LF Magnetic Field Shielding 

透過包覆導磁性材料，引導磁場在導磁性材料內流動(改變磁路)，達到避免干擾目標受體(protect receiver)的目的。[3]

遠場的低頻屏蔽主要以反射損耗RdB項為主，而近場的低頻屏蔽要靠導磁性材料包覆[6]

e.g. [5]

4.2 HF Magnetic Field Shielding 

透過導體上產生的感應渦電流(induced eddy current)，產生反向的磁場與原磁場相互抵消，達到避免干擾目標受體的目的。

遠場的高頻屏蔽主要以入射(吸收)損耗 AdB 項 為主，而近場的高頻屏蔽要靠導電性材料包覆產生感應電流底消原磁場

頻率多高算高頻磁場？一般約數kHz可以產生感應渦電流。[3]p.26 

如下圖(a)所示，耦合來源是左側的橘色磁力線，當在受體下方貼一片導體時，由於磁場在該導體上誘發出感應渦電流(induce eddy current)會貢獻反向的磁力線，如(b)藍色線所示，最後的磁場會變成圖(c)所示。

e.g. [5]

            

　

  1. Radiation Coupling and Strategies 輻射耦合與對策 [6][7] 

請參考本站在2014年的專題文章，Shielding Effect。注意近場屏蔽與遠場屏蔽的Shielding Effect是不同的；遠場的低頻屏蔽主要以反射損失RdB為主，而近場的低頻屏蔽要靠導磁性材料包覆。

如果你是以IC封裝角度，討論IC或RF module被金屬上蓋包覆的屏蔽效果，也就是近場屏蔽，那要以本文sec3, 4討論的內容為主。

  1. Q&A

6.1 低頻磁場與高頻磁場屏蔽對策的分水嶺是什麼? 

Ans：KHz以下屬於低頻磁場屏蔽，靠導磁性材料包覆雜訊源或敏感受體，達到屏蔽保護目的。數KHz以上屬於高頻磁場屏蔽，靠包覆 的良導體上產生感應電流的磁場底消原磁場的耦合效應。

所以選用導電性還是導磁性材料，或是內層鍍導電性外層包導磁性...，這都有學問在裡面的。理想的包覆IC的屏蔽結構，應該是內層面(靠近source)用高導電性材料屏蔽電場(必須接地)，外層再以導磁性材料包覆 ，講究一點的，導磁性材料還可以分兩層(低導磁性與高導磁性貼合)[8]p.36，以避免飽和。這裡的導電性材料，同時扮演屏蔽電場與高頻磁場的角色，而導磁性材料主要用在屏蔽低頻磁場。

如果在意的是全頻帶屏蔽，那導磁性與導電性材料的厚度與屏蔽效能都有關，如果只在意低頻屏蔽，那導電性材料可以薄一點，導磁材料則厚一點好。

The recommended structure should be：IC (source) -- thin Cu -- thick Ni (Iron or steel) -- air   ... 不小心就把know-how講完了

6.2 屏蔽低頻磁場，除了貴又厚重的導磁性材料，有沒有其他方法? 

Ans：2011有一篇paper介紹一種導電性材料+空氣+導磁性材料的三層夾心低頻屏蔽方法[9]。

  1. Reference 

[1] D.C. Smith, "ESD Immunity in System Designs, System Field Experiences and Effects of PWB Layout"

[2] Circuit Board Layout for EMC, Example3

[3] Todd H. Hubing, "Shielding", IEEE EMC Symposium Fundamentals Workshop 2014. (推薦)

[4] oldfriend. http://www.oldfriend.url.tw/EMC/3%20Grounding.pdf, p.50

[5] oldfriend, http://www.oldfriend.url.tw/EMC/4%20Shielding.pdf, p.9,10

[6] oldfriend, "Shielding Effect", 2014

[7] Frank Leferink, "Fort Lauderdale, Tutorial on EMC Fundamentals: Shielding", IEEE EMC Symposium 2010. (推薦)

[8] Lesson9 -- Shielding, 台大吳宗霖教授2012 EMC課程

[9] O. Losito¹, "Low frequency Shielding Improvement by Multilayer Design", IEEE EMC Europe 2011

[10] A. Keshtkar, "Magnetic Shield Effectiveness in Low Frequency", International Journal of Computer and Electrical Engineering 2011