电磁辐射的危害与屏蔽技术研究论文.doc

南 京 气 象 学 院毕 业 论 文系 别 电子工程系 专 业 防雷专业 姓 名 叶 青 学 号 2000405206 论文题目 电磁辐射的危害与屏蔽技术 指导教师 梅卫群 2004 年 6 月 6 日电磁辐射的危害与屏蔽技术摘要 ： 磁辐射由于其作用具有广泛性,潜在性,隐蔽性,已成为人类生存环境的一大潜在威胁.现代的屏蔽技术在抑制和消除电磁辐射的潜在危害中发挥着重要的作用,研究和推广新的屏蔽技术对于改善人类的生存环境,提高生活质量有着重要的意义.关键词 ：电磁辐射,屏蔽技术,屏蔽室一、前 言无线电技术、电子技术的不断发展，使电磁能的应用领域进一步扩大，它们在通信、经济、医疗、军事领域都发挥着重要的作用。但家用电器、电子设备在带给人们享用的同时，也产生了一定的负面影响,家用电器和电子设备在使用的同时,都会产生各种不同波长和强度的电磁辐射。这些辐射能量充斥于空间之中，对于人类的生存环境构成了潜在的威胁，同时也干扰了仪器设备的正常工作，现在，电磁辐射的防护已经越来越引起人们的重视，新的防护技术不断运用于生产,生活之中。电磁辐射源主要有自然辐射源和人工辐射源，自然辐射源有雷电以及宇宙射线等，人工辐射源有来自广播，通信，电力等方面的电磁辐射，而主要的辐射源是人工辐射源。二、电磁辐射的危害 电磁辐射的危害主要有对人体的危害和干扰仪器设备的正常工作两个方面。1、电磁辐射对人体的危害 高强度的电磁辐射可引起人体遗传物质的损伤，从而引发一部分人体遗传性疾病。同时电磁辐射对人体可产生热效应与非热效应，热效应是指可引起机体温度上升，产生高温生理反应，非热效是指虽不引起机体温度的变化，但对人体作用广泛，可对中枢神经系统，心血管系统，听觉系统，内分泌系统产生广泛的影响。长期在高频环境中的工作人员，可发生头痛，头晕，记忆力下降，胸闷，血压升高，耳鸣，内分泌失调等症状。因而，电磁辐射对人体存在复杂而广泛的影响。由于电磁辐射对人体作用机制的复杂性,也导致了其对人体的各个系统（如:神经、免疫、循环、消化、生殖、泌尿等）产生不同程度的影响。2、电磁辐射对通信电子设备的危害。（1）电子元器件：高强度电磁辐射会造成通信电子元件的机理是复杂的，通常受损的元器件主要是二极管、三极管、电容等弱电器件，受损的原因可能是其直接受辐射发热所致，也可能是元件端子或线路感应电压、电流所致。（2）固体电路：现在的电路高度集成化，内部结构错综复杂，因而对电流，电压的波动极其敏感，电磁辐射引起的感应电流，感应电压，轻则使电路不能正常工作，重则对电路产生永久型损坏。现在，多数电子元器件或电路的正常工作电流多为毫安级，甚至为微安级，电磁辐射产生的波动电流极易影响其正常的工作。同时，多数器件对温度变化敏感，虽然在多数电路中都含有温度补偿机制，但其工作时仍要求温度趋于稳定。三、电磁辐射的相应防护措施现在，电磁辐射的防护措施用于实际的已有多种，诸如：屏蔽、接地、系统滤波，但应用较为广泛的是屏蔽措施。屏蔽技术中，屏蔽措施有一般屏蔽和电磁屏蔽两种。一般屏蔽可分为静电屏蔽和磁屏蔽,但不论静电屏蔽或磁屏蔽,都有主动屏蔽和被动屏蔽两种。一般屏蔽是利用静电平衡原理来削弱导体的感应电荷或利用高导磁材料的聚磁原理来重新分布磁力线，从而达到静电屏蔽和磁屏蔽的目的。主动屏蔽是以屏蔽体自身为辐射源，目的在于削弱辐射源的对外辐射能。被动屏蔽中屏蔽体是作为被辐射体，屏蔽的目的是在于削弱外部辐射对屏蔽体的辐射影响。而电磁屏蔽则是利用金属自身对电磁辐射的反射,折射和吸收来达到衰减电磁辐射的目的。电磁屏蔽室是抑制电磁辐射，防止电磁污染的一种极为有效的技术手段.它是一种可以抑制电磁辐射在一定范围之内或一定的范围之外的器件所组成的整体结构。电磁屏蔽室按结构分为板型屏蔽室和网型屏蔽室两种，以下分别是两种屏蔽室的技术指标（表一）：屏蔽室的屏蔽效能与屏蔽室的制造材料,设计构造都有密切的关系（表二）板型屏蔽室屏蔽效能优于网状屏蔽室，要获得较好的屏蔽效能,应优先采用板型屏蔽室,网型屏蔽室由于不可避免电磁泄露,屏蔽效能不如板型屏蔽室好。从表一，表二可以看出，无论何种材料，厚度小于1mm时，屏蔽效能随厚度的增加而提高，但当厚度大于1mm时，屏蔽效能的提高并不明显。对于铜、铝、铁三种不同的屏蔽材料，在中低频波段，铜和铝的总体屏蔽效能优于铁。表一摘自:电磁辐射的污染及防护与治理表二摘自:电磁辐射的污染及防护与治理三、屏蔽效能的分析电磁波同时存在电场分量和磁场分量，电磁波在空间中广泛存在，讨论其电磁屏蔽效能就具有重要意义。1、电磁屏蔽效能电磁屏蔽是利用比空气磁导率大得很多的介质吸收磁力线，从而达到改善电磁环境的目的。因而，电磁屏蔽的效能受介质磁导率的影响很大,使用高磁导率的介质制造的屏蔽室有较好的电磁屏蔽效能。2、吸收衰减效能和反射衰减效能（1）吸收衰减 吸收衰减，它实质上使电磁辐射在金属导体的热损耗，当大块导体处于变化的电磁场中时，在导体内部会产生涡流，由于金属导体并非理想导体，因而存在一定的电阻，这样必然在金属屏蔽层内，产生一定的损耗，吸收衰减便是利用涡流效应来达到削弱电磁辐射的目的。由于吸收衰减是金属导体自身产生的损耗，因而吸收衰减的效能与导体材料的磁导率和电导率有关，并且也与电磁波的频率有关。一般的说：材料的磁导率和电导率越好，电磁辐射频率越高，吸收衰减的效能越好。铁和铜在不同频率下的吸收效能的比较可以看出，在相同的频率下，铁的吸收衰减效能优于铜，因而使用磁导率好的材料，可以获得好的吸收衰减效能。（2）反射衰减在电磁场射入金属导体时，由电磁感应电流，在这个感应电流动作用下，必然建立一个新的电磁场，当该电磁场的方向与入射电磁场场方向相反时，将发生感应电磁场抵消部分辐射电磁场的作用。(楞次定理)反射衰减的大小取决与屏蔽层周围介质之间的阻抗匹配情况，一般而言，屏蔽层与周围介质的阻抗相差越大，反射衰减则越大，在屏蔽室的设计和制造中，采用铁、铜等材料可使屏蔽层与周围空气介质有较大的阻抗差，从而可以得到较好的反射衰减效能。由于铜较铁有更好的电导率，在反射衰减中，其衰减效能优于铁。对于一个屏蔽室的设计，要综合考虑吸收衰减和反射衰减两方面的因素，选择合适的材料，实施综合性防护。四、电磁屏蔽室的效能与设计1、屏蔽材料的选择一是选用铜、铝作为屏蔽材料；二是选用钢作为屏蔽材料。（1）选用铜或铝作为屏蔽材料，由于铜、铝对能量的损耗小，抗腐性强，对电磁场反射作用强，并且对于低频波段，比钢有较好的屏蔽效能，因而，对于处在环境恶劣，发射或接受微弱信号大仪器设备的屏蔽措施中，可选用铜或铝作为屏蔽材料。 （2）选用钢作为屏蔽材料，当厚度大，频率高时，钢的屏蔽效能优于铜、铝。并且钢还具有价格低廉的优点，因而钢适用于作为高频设备防护措施的屏蔽材料。2、屏蔽规格 （1）板材和网材采用金属板作为屏壁，可以最大限度地减少缝隙，提高屏蔽性能，可保证屏蔽性能在100dB及100dB以上，用金属网作为屏蔽材料，不可避免地造成电磁泄露，其屏蔽效能只有8090dB左右金属板适用于建造高效能屏蔽室，金属网作为屏蔽材料，由于成本低廉，则多用于一般性的屏蔽室。（2）板材厚度与网材层数板材厚度：理论上来说：板材越厚，屏蔽效能越好，但根据实际需要，钢板厚度可以选择在0.31mm,而铜材以0.30.5mm即可。(厚度大于1mm，对屏蔽效能的提高并不显著)。网材层数：采用金属网作为屏蔽室，要得到好的屏蔽效能，必须选用双层屏蔽。（3）网材目数：一般而言,网孔越小，网目数越多，屏蔽衰减就越大，通常细密的金属网有较好的屏蔽效能。在其它条件相同的情况下，为提高对低频波的屏蔽效能，可采用导电率高的金属网丝，为了提高对高频波的屏蔽效能，可采用较粗的金属网丝。图一 各种屏蔽金属材料不同厚度的屏蔽效能图二 铜板的屏蔽效能图三 金属网的屏蔽效能与频率的关系表三 双层金属网屏蔽效能实测数据与计算结果的比较场源形式低阻抗场(磁场)平面波频率/MHZ0.150.20.51.01.52.029009200屏蔽效能R/dB测试数据83.084.288.290.094.498.691.574.2计算结果R154.556.058.860.160.961.448.738.9R242.544.146.548.148.949.348.738.9R397.0100.1105.3108.2109.8110.797.477.8在屏蔽室的设计中，对于高频设备的电磁防护，要求较高的屏蔽效能 ，即衰减效能要求在100dB以上，并且环境良好的情况下，应选用钢为材料，设计板型屏蔽室。对于中，低频设备的电磁防护，不要求很高的屏蔽效能，并且要求有较好的抗腐蚀能力时，应采用铜或铝为材料，设计双层网型屏蔽室。五、结论：板型屏蔽室： 板型屏蔽室所存在的缝隙较少，可有效防止电磁泄露，因而板型电磁屏蔽室有较高的屏蔽效能。同时，选用屏效优良的钢板，铜板，并适当增加板材的厚度，可进一步提升屏蔽效能。板型屏蔽室多用于需要高效屏蔽效能的场所。网型屏蔽室：网型屏蔽室不可避免地存在空隙，因而屏蔽效能不如板型屏蔽室，在设计中，网型屏蔽室多采用双层屏蔽，以增加屏蔽效果。同时，可根据实际情况尽量采用较小的网眼，以获得较好的屏蔽效能。参考文献:1.叶宗林,1981,射频和微波辐射及其防护技术,第四机械工业部第十设计研究院2.曾永林,1979,接地技术,水利电力出版社3.刘文魁,1985,工业高频感应加热设备屏蔽防护效果评价,工业卫生与职业病 2003,电磁辐射的