电磁屏蔽原理

15.1电磁屏蔽原理2屏蔽的目的是采用屏蔽体包围电磁骚扰源，以抑制电磁骚扰源对其周围空间存在的接收器的干扰，或采用屏蔽体包围接收器，以保护、避免骚扰源对其进行干扰。屏蔽（Shielding）就是用由导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁骚扰源限制在一定的范围内，使骚扰源从屏蔽体的一面耦合或辐射到另一面时受到抑制或衰减。3电场屏蔽电磁场屏蔽磁场屏蔽电磁屏蔽4抑制电磁干扰的途径•抑源端的有效发射水平•降低接收对发射的敏感性•尽可能使耦合路径失效具体的抑制技术，如屏蔽在实际工程中就是针对这些方面的不同需要而展开的。5静电屏蔽•导体内电场为零。•表面电场与导体表面垂直。•整个导体等位。根据电磁理论，处于静电场中的导体，在静电平衡的情况下，具有如下的性质：•电荷分布于导体表面。6•对于外部电场影响：当屏蔽体完全封闭时，无论空腔屏蔽体是否接地，屏蔽体内部的外电场均为零。•对于内部电场影响：将空腔屏蔽体接地，使空腔屏蔽体外电荷通过导线进入接地面，消除屏蔽体外部电场。基于前面静电性质，可用空腔结构来进行屏蔽。7以此为了全面的实现屏蔽的功能，静电屏蔽基本原理包括如下两个基本要点：良好的接地。完整的屏蔽导体。8交变电场屏蔽为了便于对交变电场屏蔽的理解，下面采用电路结构来诠释。•没有屏蔽Ug的影响通过电容直接作用于Zs。ggsesesUZZCjZCjU)(1Ug的影响可通过减小电容（如：可使骚扰源与接收器尽量远）来减弱。Ug在Zs的作用电压：9•有屏蔽Ug对Zs的影响会变得复杂起来（分析中可以略去C3）Ug在屏蔽体上感应的电压：ggsUZZCjZCjU)(111111122)(1UZZCjZCjUsssU1对Zs的作用电压：由感应电压公式可得，屏蔽体接地（Z1=0），将使Us=0，进而可以实现对骚扰源产生骚扰电场的耦合抑制，实现对接收器的保护。10Note：对于有屏蔽体的情况，如果屏蔽导体没有接地或者接地不良，由于电场耦合作用的增强，接收器上所感应的骚扰电压可能会比没有屏蔽导体时的骚扰电压还要大，此时骚扰比没有屏蔽体时可能更加严重。交变电场屏蔽要求屏蔽体必须是良导体（如：金、银、铜、铝等）并且接地良好。交变电场屏蔽的基本原理：采用接地良好的金属屏蔽体将骚扰源产生的交变电场限制在一定的空间内，从而阻断骚扰源到接收器的传输路径。11低频磁场屏蔽对于低频磁场（100kHz以下）的屏蔽，常须使用高磁导率的铁磁材料（如：铁、硅钢片、坡莫合金等）。对于低频磁场的情况，可以引入磁路的概念：磁通管形成的闭合回路。针对如下模型：定义磁位差：SbamSdBldHRmmmRU磁路中磁阻：如果截面均匀，则磁阻：SlRm12通常，由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率大得多，所以铁磁材料的磁阻很小。将铁磁材料置于磁场中时，磁通将主要通过铁磁材料，通过外部的磁通相对较小，从而起到磁场屏蔽的作用。低频磁场的屏蔽原理：利用铁磁材料的高磁导率对骚扰磁场进行分路。13对于低频磁场屏蔽主要考虑如下几个问题：•所用铁磁材料的磁导率越高、受磁面积越大，则磁阻越小，磁屏蔽效果越好。•缝隙切割磁力线会增大磁阻，则用铁磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力线方向不应开口或有缝隙。•高频时铁磁材料的磁损耗（包括：磁滞和涡流损耗）较大，导磁率降低，则不能用于相应屏蔽。对于外部磁场影响对于内部磁场影响14高频磁场屏蔽对于高频磁场屏蔽需要采用低电阻率的良导体（如：铜、铝等）。当高频磁场穿过良导体时，会在金属板中形成感应电动势，进而产生涡流。由涡流产生的反向磁场将抵消穿过金属的原磁场，涡流产生的反向磁场会增加金属侧向的磁场，从而表现为磁力线绕过金属。15对于外部磁场影响对于内部磁场影响对于高频磁场屏蔽也有如前面的两种情况：良导体的高频磁屏蔽可以通过如下等效模型来分析：ILjRMjIsss16对于高频磁场屏蔽主要考虑如下几个问题：•频率：频率很高时，高频磁屏蔽主要依赖屏蔽结构和材料物理特性。一般情况，涡流产生的反向磁场不会大于原磁场。•材料：良导体损耗小，产生的涡流强。•厚度：由于高频集肤效应，高频一般无需从屏蔽的角度考虑厚度，实际一般去0.2~0.8mm。•缝隙：在垂直涡流方向一般不用有缝隙或开口。一般不应大于波长的1/50~1/100。•接地：一般无影响，但考虑到同时要电屏蔽时，则应对屏蔽体接地。17电磁场屏蔽对于电磁场屏蔽需要同时抑制电场和磁场的影响。随着频率升高，辐射区域远区表现，这时电场骚扰和磁场骚扰需要同时屏蔽。在频率比较低的情况下，电磁骚扰一般表现为近区，这时其特性与骚扰源的性质相关：高电压小电流的骚扰源以电场为主，磁场骚扰可以略去，此时主要考虑电场屏蔽；低电压大电流的骚扰源以磁场为主，电场骚扰可以略去，此时主要考虑磁场屏蔽。18电磁屏蔽理论主要有一下几种：•感应涡流理论（简明）•电磁理论（复杂）•传输线理论（适中）由传输线理论可以得到，金属屏蔽体对电磁波的屏蔽效果包括：反射损耗、吸收损耗和多次反射损耗。