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    什么是電磁屏蔽?

    更新日期:2019-09-06 20:06:14

    電磁屏蔽原理

      在電子設備及電子產品中,電磁干擾(Electromagnetic Interference)能量通過傳導性耦合和輻射性耦合來進行傳輸。為滿足電磁兼容性要求,對傳導性耦合需采用濾波技術,即采用EMI濾波器件加以抑制;對輻射性耦合則需采用屏蔽技術加以抑制。在當前電磁頻譜日趨密集、單位體積內電磁功率密度急劇增加、高低電平器件或設備大量混合使用等因素而導致設備及系統電磁環境日益惡化的情況下,其重要性就顯得更為突出。 屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽體,將電磁波局限于某一區域內的一種方法。由于輻射源分為近區的電場源、磁場源和遠區的平面波,因此屏蔽體的屏蔽性能依據輻射源的不同,在材料選擇、結構形狀和對孔縫泄漏控制等方面都有所不同。在設計中要達到所需的屏蔽性能,則需首先確定輻射源,明確頻率范圍,再根據各個頻段的典型泄漏結構,確定控制要素,進而選擇恰當的屏蔽材料,設計屏蔽殼體。 


      防止或者減少電磁波侵入空間某些部位的措施。通常的辦法是用金屬網或者金屬殼將產生電磁波的區域與需防止侵入的區域隔開。例如某些儀器或儀表常安裝在金屬箱中,又如高電壓實驗室的墻壁內及室頂中常埋設有金屬的屏蔽網,以防止或減少它所受到的干擾及它對其余區域的干擾。

      常選擇有較高的電導率和磁導率的導體作為屏蔽物的材料。因為高導電性材料在電磁波的作用下將產生較大的感應電流。這些電流按照楞次定律將削弱電磁波的透入。采用的金屬網孔愈密,直到采用整體的金屬殼,屏蔽的效果愈好,但所費材料愈多。高導磁性的材料可以引導磁力線較多地通過這些材料,而減少被屏蔽區域中的磁力線。屏蔽物通常是接地的,以免積累電荷的影響。


       電磁波向大塊金屬透入時將不斷衰減,直到衰減為零。衰減的程度隨著材料的電導率、磁導率及電磁波頻率的增加而加大。屏蔽的要求較高時往往采用多層屏蔽。例如有時采用鑄鐵、坡莫合金、電解銅 3種材料制成多層屏蔽,以滿足導電、導磁等要求。


      但是實現完全的屏蔽是很難辦到的,因為被屏蔽的區域與其余區域之間往往仍需要有電路的連接,引線與引線、引線與外殼之間總存在著絕緣間隙,仍然為電磁波提供通道。即使對于完全封閉的金屬殼,在頻率極低的外部電磁場作用下,理論上內部的磁通密度并不為零。電磁場在導電介質中傳播時,其場量(E和H)的振幅隨距離的增加而按指數規律衰減。從能量的觀點看,電磁波在導電介質中傳播時有能量損耗,因此,表現為場量振幅的減小。導體表面的場量最大,愈深入導體內部,場量愈小。這種現象也稱為趨膚效應。利用趨膚效應可以阻止高頻電磁波透入良導體而作成電磁屏蔽裝置。它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義。電磁屏蔽是抑制干擾,增強設備的可靠性及提高產品質量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽,可以抑制外來高頻電磁波的干擾,也可以避免作為干擾源去影響其他設備。如在收音機中,用空芯鋁殼罩在線圈外面,使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個道理。示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元件或設備所產生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設備。用什么材料作電磁屏蔽呢?因電磁波在良導體中衰減很快,把由導體表面衰減到表面值的1/e(約36.8%)處的厚度稱為趨膚厚度(又稱透入深度),用d表示,有其中μ和σ分別為屏蔽材料的磁導率和電導率。若電視頻率f=100 MHz,對銅導體(σ=5.8×107/·m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求出d=0.00667mm??梢娏紝w的電磁屏蔽效果顯著。如果是鐵(σ=107/·m)則d=0.016mm。如果是鋁(σ=3.54×107/·m)則d=0.0085mm。為了得到有效的屏蔽作用,屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質內部的電磁波波長(λ=2πd)。如在收音機中,若f=500kHz,則在銅中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在鋁中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音機中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因為電視頻率更高,透入深度更小些,所需屏蔽層厚度可更薄些,如果考慮機械強度,要有必要的厚度。在高頻時,由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從而造成諧振電路品質因素Q值的下降,故一般不采用高磁導率的磁屏蔽,而采用高電導率的材料做電磁屏蔽。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽。在工頻(50Hz)時,銅中的d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm。顯然,采用銅、鋁已很不適宜了,如用鐵,則d=0.172mm,這時應采用鐵磁材料。因為在鐵磁材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多。又因是低頻,無需考慮Q值問題??梢?,在低頻情況下,電磁屏蔽就轉化為靜磁屏蔽。電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同點也有不同點。相同點是都應用高電導率的金屬材料來制作;不同點是靜電屏蔽只能消除電容耦合,防止靜電感應,屏蔽必須接地。而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏蔽體一薄層,借渦流消除電磁場的干擾,這種屏蔽體可不接地。但因用作電磁屏蔽的導體增加了靜電耦合,因此即使只進行電磁屏蔽,也還是接地為好,這樣電磁屏蔽也同時起靜電屏蔽作用。綜上所述,靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內容、物理條件、屏蔽作用是不同的,所用材料也要從具體情況出發。但它們都是屏蔽電磁場,是有本質聯系的。 電磁波在導電媒質中傳播時,其場量的振幅隨距離的增加而按指數規律衰減。導體表面的場量最大,愈深入導體內部,場量愈小。這種現象也稱為趨膚效應。利用趨膚效應可以阻止高頻電磁波透入良導體內部而做成電磁屏蔽裝置。


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