电磁兼容技术c屏蔽

1、第4章 电磁兼容技术-电磁屏蔽 电磁屏蔽设计良好屏蔽应注意问题 电气、电子设备或系统中的各电路和元件有电流流过，就在其周围空间就产生磁场。电路和各元件上的各部分具有电荷，在其周围空间产生电场。这种电场和磁场作用在周围的其它电路和元件上时，在这些电路和元件上就产生相应的感应电压和电流。而这种在邻近电路、元件和导线中产生的感应电压和电流，又能反过来影响原来的电路和元件中的 电 流 和电压。这就是电气、电子设备或系统中 电磁场的寄 生 耦 合 骚扰。这种骚扰往往使电气、电子设备或系统工作性能变坏，有时甚至不能正常工作，是一种极为有害的电磁现象 屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁骚扰的有效方法之一

2、。一般而言，凡是电磁骚扰都可以采用屏蔽的方法来抑制。所谓屏蔽，就是用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当其辐射到另一面时受到抑制或衰减。 屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减小电磁能传输的一种技术，是抑制电磁干扰的重要手段之一。从电磁场理论的观点，可以这样说，有两个电磁场，在其分界面上存在有物体，如果因该物体的存在而能将这两个电磁场看成是相互独立存在的，那么这两个相互界面就被称为屏蔽，而对分界面上所存的物体，就被称为屏蔽体。 屏蔽的目的有两个：一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出该内部区域，二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。屏蔽的作用原理有两种解释

3、。这两种解释互不相同，但实质上是一样的。第一种解释：在一场（源引起的场）的作用下，屏蔽表面固感应而产生电荷，其壁内产生电流和磁极化。这些电荷、电流和 产生二次场。二次场与一次场叠加形成混合场。在空间防护区的合成场必弱于一次场。第二种解释：电磁屏蔽的作用原理，是用屏蔽反射并引导场源所产生的电磁能流，使它不进入空间防护区。 电磁屏蔽原理 电磁屏蔽的类型 电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽，磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽包含静磁屏蔽（恒定磁场屏蔽）和交变磁场屏蔽 静电屏蔽 置于静电场中的导体在静电平衡下，具有下列性质： 导体内部任何一点的电场为零； 导体表面是等位

4、面, 整个导体是一个等位体； 导体内部没有静电荷存在，电荷只能分布在导体的表面上。内部存在空腔的导体在静电场中也具有上述性质。因此，如果把有空腔的导体置入静电场中，空腔空间中也无电场，所以空腔导体起了隔离外部静电场的作用，抑制了外部静电场对空腔空间的骚扰。如果把空腔导体接地，即使空腔导体内部存在带电体产生的静电场，在空腔导体外部也无由空腔导体内部存在的带电体产生的静电场。静电屏蔽必须具有两个基本要点：完整的屏蔽导体和良好的接地! 交变电场的屏蔽 交变电场的屏蔽原理采用电路理论加以解释较为直观、方便，因为骚扰源与接受器之间的电场感应耦合可用它们之间的耦合电容进行描述 ggsesesUZZCjZC

5、jU)(1ggUZZCjZCjU)(1111111122)(1UZZCjZCjUsss低频磁场的屏蔽 低频磁场的屏蔽常用高磁导率的铁磁材料（例如铁、硅钢片、坡莫合金等），其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对骚扰磁场进行分路 低频磁场屏蔽使用铁磁材料作屏蔽体时要注意下列问题 铁磁材料的磁导率越高，屏蔽罩越厚，则磁阻越小，磁屏蔽效果越好。为了获得更好的磁屏蔽效果，需要选用高磁导率材料，并要使屏蔽罩有足够的厚度。所 以，效果良好的铁磁屏蔽往往既昂贵又笨重。 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。因为若缝隙垂直于磁力线，则会切断磁力线，使磁阻增大，屏蔽效果变差。 铁磁材料的屏蔽不能用

6、于高频磁场屏蔽。因为高频时铁磁材料中的磁性损耗（包括磁滞损耗和涡流损耗）很大，导磁率明显下降。磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料磁导率随场强的变化磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率 = B / H强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料低导磁率材料高导磁率材料高频磁场的屏蔽 高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，例如铜、铝等。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁

7、场来达到屏蔽的目的。 当高频磁场穿过金属板时，在 金 属 板 中 就 会 产 生 感 应 电 动势，从而形成涡流。金属板中的涡流电流产生 的 反 向 磁 场 将 抵消 穿过金属板的原磁场。这 就 是 感 应 涡 流 产 生 的 反 磁 场 对原磁场的排斥作用。同时，感应涡流产生的反磁场 增 强 了 金 属 板 侧 面 的 磁 场，使磁力线在金属板侧面绕行而过 如果用良导体作成屏蔽盒，将线圈置于屏蔽盒内，如图所示，则线圈所产生的磁场将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而被限制在屏蔽盒内。同样，外界磁场也将被屏蔽盒的涡流反磁场排斥而不能进入屏蔽盒内，从而达到磁场屏蔽的目的。 电磁屏蔽 通常所说的屏蔽多半是指

8、电磁屏蔽。所谓电磁屏蔽是 指 同 时 抑 制 或 削 弱 电 场 和 磁场。电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽 交变场中，电场和磁场总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，电磁骚扰一般出现在近场区。近场的高电压小电流骚扰源以电场为主，磁场骚扰可以忽略不计，这时就只可以考虑电场屏蔽，低电压高电流骚 扰 源 以 磁 场 骚 扰 为 主，电 场 骚 扰 可 以 忽 略 不 计，这 时 就 可 以 只 考 虑 磁 场屏蔽。 随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋向于远场骚扰。远场骚扰中的电场骚扰和磁场骚扰都不可忽略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。高频时即使在设备内部也可能出现

9、远场骚扰，需要进行电磁屏蔽。采用导电材料制作的且接地良好的屏蔽体，就能同时起到电场屏蔽和磁场屏蔽的作用 电磁屏蔽的机理有三种理论：1 感应涡流效应。这种理论解释电磁屏蔽机理比较形象易懂，物理概念清楚，但是难于据此推导出定量的屏蔽效果表达式，且关于骚扰源特性、传播媒介、屏蔽材料的磁导率等因素对屏蔽效能的影响也不能解释清楚。2电磁场理论。严格说来，电磁场理论是分析电磁屏蔽原理和计算屏蔽效能的经典学说，但由于需要求解电磁场的边值问题，所以分析复杂且求解繁琐。3 传输线理论。它是根据电磁波在金属屏蔽体中传播的过程与行波在传输线中传输的过程相似，来分析电磁屏蔽机理，定量计算屏蔽效能。 屏蔽反射吸收电磁波

10、入射到屏蔽材料表面，一部分将由于材料阻抗的跃变发生反射，不反射的部分将穿进屏蔽体，并在其中逐渐衰减。在屏蔽体背面将跟随着另一次反射，再次进入区域，另一部分穿过屏蔽体的另一分界面进入区间部分。这样反复穿过屏蔽体，平直无法查觉。 良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体屏蔽体导电连续导电连续没有穿过屏没有穿过屏蔽体的导体蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体屏蔽效能高的屏蔽体不要忘记：不要忘记：选择适当的屏蔽材料你知道吗：与屏蔽体接地与否无关屏 蔽 效 能 屏蔽是抑制电磁骚扰的主要方法之一。如何描述屏蔽体的屏蔽效果 定量分析和表示屏蔽效果，通常采用屏蔽效能表示屏蔽体对电磁骚扰的屏蔽能力和效果，它与屏蔽材料的性能、骚扰源

11、的频率、屏蔽体至骚扰源的距离以及屏蔽体上可能存在的各种不连续的形状和数量有关。 屏蔽系数：是指被骚扰电路加屏蔽体后所感应的电压 与未加屏蔽体时所感应的电压 之比。传输系数 ： 是指存在屏蔽体时某处的电场强度（或磁场强度）与不存在屏蔽体时同一处的电场强度（或磁场强度） 之比 。屏蔽效能： 指不存在屏蔽体时某处的电场强度（或磁场强度）与存在屏蔽体时同一处的电场强度（或磁场强度）之比 ，常用dB表示。屏蔽效能的计算方法 计算和分析屏蔽效能的方法主要有解析方法、数值方法和近似方法。解析方法是基于存在屏蔽体及不存在屏蔽体时，在相应的边界条件下求解麦克斯韦方程。解析方法求出的解是严格解，在实际工程中也常常

12、使用。但是，解析方法只能求解几种规则形状屏蔽体（例如球壳、柱壳屏蔽体）的屏蔽效能，且求解可能比较复杂。随着计算机和计算技术的发展，数值方法显得越来越重要。从原理上讲，数值方法可以用来计算任意形状屏蔽体的屏蔽效能。然而，数值方法又可能成本过高。为了避免解析方法和数值方法的缺陷，各种近似方法在评估屏蔽体屏蔽效能中就显得非常重要，在实际工程中获得了广泛应用。 此外，依据电磁骚扰源的波长与屏蔽体的几何尺寸的关系,屏蔽效能的计算又可以分为场的方法和路的方法 实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙设计良好屏蔽应注意问题 （1）材料的选择 良好导体（例如铜和铝）使用在电场屏蔽，能得到高反射损失。任何屏蔽材料只要有足够厚度支撑本身，一般都能对所有频率提供良好的电场屏蔽。 磁性材料（例如铁，特殊高磁化率合金及金属玻璃等）使用在磁场屏蔽，对磁场能得到高穿透损失。（2）多重屏蔽 多重屏蔽在宽频带的频率范围能提高屏蔽效率。（3）薄膜屏蔽 对各种材料厚度小于/4的薄膜屏蔽，其屏蔽效率相对稳定。当厚度超过/4的薄膜屏蔽效率显著增加。 （4）屏