辐射干扰的抑制课件

第三讲辐射干扰的抑制

3.1引言实现系统和设备电磁兼容性技术措施可分为两大类。第一大类措施是通过屏蔽、滤波及接地等技术将干扰予以隔离和抑制。这也通常被称为抑制与隔离电磁干扰，即电磁兼容的三大技术。第二类措施是系统和设备本身应尽可能选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。应以全局的观点统一考虑系统的电磁兼容性技术措施。

构成干扰的三要素是干扰源、传输通道、接收器。因而，抑制辐射干扰也应从这方面着手研究。1．减少辐射干扰源的辐射2．增加辐射干扰传输通道的损耗3．减少接收器接收干扰的无用信号或噪声3.1.1减少辐射干扰源的辐射

1）处理传导干扰源的有效方法也同样适用于减少辐射干扰源辐射的方法。2）利用天线电路的电压驻波比特性减少谐波辐射。3）在发射机输出端加相应的滤波器，滤掉对接收器构成干扰的频率。4）改变天线发射方向，使其对接收器不构成干扰。5）改变天线的极化方向，使其和接收天线不同极化，减少对接收器的干扰。6）改变辐射的频率，远离接收设备接收的频率，以减少对接收器的干扰。7）改变发射机的调制特性、带宽等，使其减少对接收器的干扰。8）减少发射机不需要的功率，以减少对接收器的干扰。9）改变发射机的位置，使其远离接收器的所在位置，以减少对接收器的干扰。10）改变发射机的工作时间，使其不和接收器在同一时间工作，以减少对接收器的干扰。11）对不需要的电磁辐射设备进行屏蔽。3.1.2增加辐射干扰传输通道的损耗

作为通信来讲，传输通道的损耗越小越好，这样对有用信号衰减小，使接收质量高。但是对接收器产生的干扰来看，希望传输通道损耗大好，最好能把对接收器构成干扰的无用信号或者电磁噪声完全损耗掉。1）增加传输通道的长度，使其增加损耗。2）对直射波，可在传输通道加阻挡，切断和接收器的通路。3）在辐射干扰源和接收器之间的通道上加屏蔽，可以明显减少辐射干扰。3.1.3减少接收器接收干扰的无用信号或噪声

适当选择接收机的灵敏度，对于通信来讲，接收机灵敏度越高越好，这样作用距离才能远。但是对于干扰来讲，则相反，接收机灵敏度越低越好，低到根本收不到电磁干扰就更好。显然，在能完成任务的同时，所选的灵敏度不要太高。在接收机的输入端加滤波器，滤掉相应的干扰频率。改变接收天线的方向，使它不对着干扰方向。改变天线极化方向，使其和干扰源天线不同极化，减少干扰。改变接收频率，使其远离干扰源的频率，以减少接收器的干扰。改变接收器的选择性、带宽，来减少干扰。改变接收机的位置，使其远离发射机，从而减少接收机的干扰。改变接收机的工作时间，使其不和辐射干扰源同时间工作。对于电磁兼容工程师来说主要是应用一些基本的，有效的措施来进行抑制电磁干扰，就是我们在第一章曾经提到过的实现电磁兼容的基本技术，既屏蔽，滤波和接地。在电磁兼容领域里，屏蔽主要是为了衰减来自空间或泄露到空间的辐射电磁干扰；滤波主要是为了滤除来自或注入线路的传导干扰；而接地技术的应用，有时是为了解决传导干扰，有时是为了解决辐射干扰。

本章讨论辐射干扰的抑制问题。屏蔽主要是为了衰减来自空间或泄露到空间的辐射电磁干扰，因此，这章的重点是研究如何用屏蔽的方法来抑制辐射干扰。屏蔽主要是衰减来自空间或泄露到空间的辐射电磁干扰，因此，研究屏蔽首先就要研究电磁场的概念及原理。

杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所电磁屏蔽涂料机箱内的屏蔽机壳代替屏蔽机壳的屏蔽薄膜无屏蔽涂料的测试结果（杭电新型电子器件与应用研究所屏蔽图层）有屏蔽涂料的测试结果（杭电新型电子器件与应用研究所屏蔽图层）屏蔽图层的微观SEM（杭电新型电子器件与应用研究所）屏蔽图层的微观SEM（杭电新型电子器件与应用研究所）3.2电磁场的基本原理3.2.1电路电路是由若干电气器件或设备，按一定的方式和规律组成的总体，它构成电流的通路。随着电流的流通，电路实现了电能的传输、分配和转换；或者实现各种电信号的传递、处理和测量。电路的基本组成为4部分：电源、负载、连接导线和开关。实际的电气器件在应用时产生的电磁过程是比较复杂的例如，一个实际电阻器除了消耗电能外，还会在电流流过时产生磁场，因而兼有电感的性质；而一个实际电容器或电感线圈除了分别具有储存电场能量或磁场能量的基本性质外，也有电能消耗。实际的电气器件虽然种类繁多，但可按它们所属的电磁性质和现象，用反映其主要性质的理想元件来表示他们，如电阻器、灯泡和电炉等，它们主要是消耗电能的。这样，可以用一个理想电阻元件来表示所有具有消耗电能特征的实际电气器件。由于电容器主要是储存电场能，可用一个理想电容元件来表示具有储存电场能量的实际器件；而用一个理想电感元件来表示具有储存磁场能量的实际器件，如电感线圈等。因此，理想元件就是可精确定义并能表征实际器件的主要电磁性质的一种理想化元件。理想电源实际电路中，电源向各种用电设备提供能量。实际电源种类繁多，但在一定条件下构成电路模型时，电源通常有理想电压源和理想电流源两种理想电压源无论外部电压如何，其端电压总能保持定值或一定的时间函数；理想电流源无论外部电路如何，其输出电流总保持定值或一定的时间函数。均属有源二端理想元件电阻元件

电阻元件是从对电流呈现阻力而且消耗电能的实际电气器件中抽象出来的理想化元件。任何两端元件，如果在任何时刻，其两端电压和通过元件的电流之间的关系可以在伏安特性平面上用曲线表示，则称为电阻元件。电感元件

电感元件是实际电感器的理想化元件，它体现了元件储存磁场能量的性质。任意两端元件，如果在任意时刻，其电流和由它产生的磁链Ψ之间的关系可以在Ψ-i平面上用曲线来表示（韦安特性），则称其为电感元件。如果电感线圈为N匝，当线圈中通以电流iL时，则产生磁通Φ。因磁通Φ与N匝线圈相交链，所以N匝线圈总磁通链为Ψ=NΦ。Ψ与Φ都是由线圈自身的电流产生的，故称自感磁通和自感磁链。则L称为该元件的电感或自感，其值为自感磁链Ψ与电流之比，即：电感元件上任意时刻的电压与电流有下列关系：电容元件

电容元件是实际电容器的理想化元件，它体现了元件储存电场能量的性质。任意两端元件，如果在任意时刻，其极板上的电荷和元件两端的电压之间的关系可以在q-u平面上用曲线来表示（库伏特性），则称其为电容元件。对于线形电容元件，其电容值C为一正实常数。其值为电容任一极板上积累的电荷量q与其上的电压u的比值。

电容元件的特性方程为：

3.2.2磁路磁通（磁力线）所通过的闭合路径称为磁路。线圈中通以电流就会产生磁场，磁力线将分布在线圈周围的整个空间。

空芯线圈的磁场铁芯线圈的磁场

磁通（磁力线）Φ的单位在国际单位制中为韦伯，简称韦，单位符号Wb。磁通密度B这一物理量，它是在与磁场相垂直的单位面积内的磁通，在均匀磁场中：磁场是由电流产生的，在磁路中，电流越大，线圈匝数越多，产生的磁场强度越强。既取决于电流与线圈匝数的乘积NI。这一乘积叫做磁动势（magnetomotiveforce）或磁通势。以F表示，即磁动势是磁路中产生磁通的“推动力”。磁动势的国际制单位为（A）。磁场的强弱用磁场强度H表示，若磁路的平均长度（既磁路中心线的长度）为，则即磁场强度是磁力线路径每单位长度的磁动势。在国际单位制中H的单位是安/米（A/m）。磁场强度是这样规定的：一个向量磁场中某点磁场方向为磁场中小磁针受磁场力的作用，发生偏转停止后小磁针的北极所指的方向就是小磁针所在磁场强度的方向。而磁场中某点的磁场强度H在数值上等于该点上单位磁极所受的力。如果单位磁极所受的力正好是一个达因，那么这点的磁场强度H就是一奥斯特（Oersted）。磁场强度是反映由电流产生磁场强弱的一个物理量。

磁力线从N极到S极的途径称为磁路，在磁路中阻止磁力线通过的力量称为磁阻。而导磁的力量则称为磁导。实际上，即使几何尺寸完全相同的磁路，在相同的磁动势的作用下，磁场的强弱程度也有大的差别，这是由于不同的物质导磁能力不同的缘故，用来衡量物质导磁能力的物理量称为导磁率（permeability）,用μ来表示。所有物质根据磁性分为三大类：即顺磁质、反磁质和铁磁质。磁性大小则根据物质的磁导率（不同物质被磁化的程度）的大小（μ）来表示。规定真空时μ=1。顺磁质的导磁率略大于真空，即μ>1，如空气、镁、铝、铂、氧和硬橡胶等。反磁质的导磁率略小于真空，即μ<1

，如水、玻璃、水银、铍、铋和锑等。铁磁质属于顺磁质，但它们的磁导率很大，即μ>>1

，在外加磁场作用下极易被磁化，是良好的磁性材料，如铁、镍、钴和磁性合金等，其μ可达几十、几百和几千，甚至达数百万。人体组织多属反磁质，也有少数顺磁质，如自由基等。人体的磁导率近于1，即μ≈1。相对磁导率μr材料名称铸铁铸钢硅钢片坡莫合金铝硅铁粉芯用于f=1*106

以上的镍锌铁氧体用于f=1*106以下的镍锌铁氧体240~400510~22007000~1000020000~2000002.5~7300~500010~1000常用磁性材料的相对磁导率磁导率与磁场强度的乘积称为磁感应强度B，即式子表明，在相同的磁场强度的情况下，物质的磁导率越高，整体的磁场效应将越强，由前述可知，磁场强度H是正比于电流I的，因此，磁感应强度(磁通密度)B既体现励磁电流大小，又体现磁性材料性质的一个反映整体磁场强弱的物理量。磁路物理量的两种单位列表物理量SI单位cgs单位磁通Φ磁通密度B磁动势F磁场强度H韦伯Wb特斯拉T安培A安培/米

A/m马克斯威尔Mx高斯G吉尔伯Gi奥斯特Oe单位制换算关系物理量换算关系ΦBFH1Wb=108Mx1T=104G1A=1.26Gi1A/m=1.26*10-2Oe为了加深对电路与磁路的理解，列出来磁路与电路的对照关系。

电路与磁路的对比

电

路磁

路电动势E电流I电流密度J电阻率ρ电阻R=ρ*l/s欧姆定律I=E/R磁动势F磁通Φ磁通密度B磁导率μ磁阻Rm=l/μS欧姆定律Φ=F/Rm磁路与电路的相似只是数学形式上的，本质上两者有根本的区别。首先它们是两种不同的物理现象其次两者在特性上也有很大差别，例如电路有断路的情况，断路时电动势仍存在，但电路内的电流等于零，磁路则没有断路，磁动势的存在总伴随着磁通的存在。同时如果电路内没有电动势，则电流等于零，而磁路内没有磁动势时，由于磁性材料有剩余磁感应强度，所以总存在着或多或少的磁通量。电流在电路内流动时有功率损耗I2R，而在磁路内Φ2Rm并不代表功率损耗。就磁通本身来说，恒定的磁通量的维持并不需要消耗任何能量，磁路也不会引起发热。维持恒定磁通所消耗的能量，是由于电流通过励磁绕阻时，在绕阻的电阻上有能量损耗的缘故。3.2.2典型辐射源（电场源和磁场源）时变电流以两种形式存在：电场源（耦极子天线）；磁场源（闭合回路）。设在一根足够短的直线元上流过电流I，则在导线的周围产生了磁力线，而在沿着导线方向产生了电力线。也就是说，在这根导线的附近存在着电场与磁场。当电流I变化时，相应地在导线附近空间的电场与磁场也随之发生变化。该电场、磁场变化在空间的传播即形成所谓的电磁波。其传播速度为光速C，波长为λ。

足够短的直线元导线流过电流I，附近空间产生的电磁场示意图实际导线不均匀电流分段处理示意图近场、感应场和辐射场强随观测点距离变化示意图

环型天线电磁场示意图（a）环形天线元

（b）大环型不均匀电流可分解为若干型圆的叠加环形天线近场、远场、引入场的近似场强强场性质HθHrEΦ远场近场引入场3.2.3场域划分电磁兼容性研究的主要内容之一是电磁环境，也就是电磁场的近场分布情况。电磁场的近场又可分为感应近场和辐射近场。通常，当天线尺寸小于其工作波长时，天线周围产生的主要是感应近场，当天线尺寸大于工作波长时，天线近处产生的主要是辐射近场。而电子设备机壳泄漏电磁场视其泄漏信号频率及泄漏部位情况可呈现感匝近场或者辐射近场的特点。

静态场中是没有近场与远场之分的，这时有场源就有场，静止电荷周围的电场随场源距离的增大呈平方反比关系衰减；而稳定电流周围的磁场．则随场源距离的增大，按立方反比关系衰减。当场由静态过渡到时变时，上述这种在电荷、电流周围所产生的场依然存在，当然此时已出现随时间变化的待点，这种场称为感应场。此外，还出现一种新的电磁场成分，称为辐射场。它是脱离电荷、电流并以波的形式向外传播的场。它一旦从场源辐射出去之后，就按自身的规律运动，与场源以后的状态没有关系，感应场量与距离平方成反比关系衰减的，而辐射场仅与距离成反比关系衰减。远区场是在离辐射源很远处，或在无穷远处观察到的场。对于口径尺寸大的天线，在测量中，将2D2/λ作为远区场近似的最小距离，规定这一最小距离是基于口径辐射条件，即对于一个等相位分布的辐射口径，其最大尺寸为D。在远区，其轴线上与边缘的相位差小于或，用这一准则，即是认为远区是从距离天线2D2/λ处一直延伸到无穷远处。应当指出，对于天线最大尺寸远小于波长的电小天线而言，其远场区的极限距离规定为λ/6（），即当r<<λ/6（）的区域作为近区，而r>>λ/6（）的区域称作远区。此处所指极限距离λ/6是表示波的相位改变1个弧度所相应的距离。在场强测量中，不同场区的场结构是不相同的，特别是近区场和远区场，它们之间有明显的差异。1)在电小天线辐射的近区，电场与磁场的相位相差，平均的坡印廷矢量为零。近区场可以看成是感应场。2)在感应场中，感应的情况不仅与场源性质及耦合方式有关，而且还取决于被感应导体的状况、所在位置以及周围的环境条件，近区场的场强分布很复杂，感应体的存在会扰动原来的电磁场分布。3)在感应场中，波阻抗与场源的相关性很强，且是频率的函数。近区场的电场强度和磁场强度，既可由测量得到，也可由远区场的测量数据，用球面波展开法转换为近场数据。4)点源辐射的近区场是球面波，不能用平面波的方法处理，需要用球面波展开法分析。5)对于口径尺寸D>λ的情况，其辐射的感应近区场幅度和相位分布是没有起伏的，但辐射的近区场是有起伏的。远区场的主要特性：1)在自由空间，远区辐射场接近于平面波．计算远区场与坐标系选择无关。2)在远区，电场和磁场是同相位的，它们的方向都与波的前进方向垂直，电场与磁场是共面的，平均坡印廷矢量不为零。3)电场与磁场的比值是恒定的，即为或376.7Ω。4)远区场的幅度随距离增加而单调下降。3.2.4波阻抗空间中某点的波阻抗，定义为该点的电磁强度与磁场强度之比波阻抗随距离的变化3.3电磁屏蔽的分类及作用原理对干扰源或感受器(敏感设备、电路或组件)进行屏蔽，能有效地抑制干扰并提高电子系统或设备的电磁兼容性。屏蔽是电子设备结构设计时必须考虑的重要内容之一，是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施。屏蔽体是用以阻止或减小电磁能传输而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层。它可以是导电的、导磁的、介质的或带有非金属吸收填料的。

抑制以场的形式造成干扰的有效方法是电磁屏蔽.所谓电磁屏蔽就是以某种材料(导电或导磁材料)制成的屏蔽壳体(实体的或非实体的)将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内的电磁场不能超出这一区域，而外来的辐射电磁场不能进入这一区域(或者进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。3.3.1静电屏蔽原理

电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流与极化现象密切相关的。按屏蔽原理，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽静电屏蔽的实质是减小两个回路(或两个元件、组件)问电场感应的影响。电屏蔽体利用良导体制成，既可阻止屏蔽体内腔干扰源产生的电力线泄漏到外部去，也可阻止屏蔽体外的电力线进入到屏蔽体内腔。

涉及到屏蔽体的接地问题。在电子设备中，电子电路往往以设备的金属底座或机架、机箱等作为参考零电位，称之为“地”电位。当底座或机架外壳等末与大地连接时，这种设备内部的“地”电位并不与大地同电位。电子电路的地线通常与底座或机箱相连接，所以它就是电位基准。

(a)(b)(c)（d）

（e）电场屏蔽原理在电子系统和电子设备中所涉及的电场，一般均是随时间变化的，称之“时变场”。随着电场的变化，屏蔽体的接地线就必然有电流通过。对屏蔽机理的分析，采用电路理论较为方便，这时干扰源与感受器之间的电扬感应可用两者间分布电容的耦合来度量。静电屏蔽应具有两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。3.3.2静磁屏蔽基本原理在电子设备中，低频磁场干扰是一个棘手的问题，其原因是磁屏蔽体的屏蔽效能远不如电屏蔽和电磁屏蔽。对于低频磁场(包括恒定磁场)屏蔽，主要是依赖高磁导率材料所具有的低磁阻特性起到磁分路作用。因为低频时，涡流的屏蔽作用已很小。磁屏蔽原理由于屏蔽体壁的磁阻小，磁力线大部分沿着壁内通过，穿入屏蔽体内腔的磁力线很少，屏蔽体的磁导率越高，或壁层越厚，磁分路作用愈加明显，屏蔽效能愈好。在磁路中，磁屏蔽体磁阻的值可按下式计算式中：Rm—磁路的磁阻（1/H）；

μ—材料的磁导率（H/m）；

S一磁路的横截面积（m2）；

l—磁路的平均长度（m）。

磁场屏蔽不同于电场屏蔽，屏蔽体不接地不会影响屏蔽效果，但是由于磁屏蔽体材料也对电场起一定的屏蔽作用，故其通常也接地。磁屏蔽要求屏蔽体材料的导磁率要高，同时在聚集磁力线的通路上不能有断缺开口，要保证磁路连续畅通。如果屏蔽盒需要开缝，狭缝只能与磁通方向一致，不能垂直切断磁力线。否则将会影响屏蔽效果。

高导磁率材料使用注意事项：1）导磁率随着频率的升高而降低2）高导磁率材料经过加工或受到冲击、碰撞后会发生导磁率降低的现象。因此必须在加工后进行适当的热处理3）导磁率与外加磁场有关，当外加磁场适中的时候，导磁率最高。当外界磁场过强的时候，屏蔽材料会发生饱和。一旦发生饱和，导磁率迅速降低，材料的导磁率越高，饱和磁场强度越低。磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢

0.010.11.010100kHzr103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高导磁率材料3.3.3电磁屏蔽干扰源产生的交变电磁场总是同时包含电场分量和磁场分量，而且这两个分量的大小随传播距离以及干扰源的不同特性会有所差别。

1）当干扰源为高电压小电流的电振荡发射时(如垂直导体、拉杆天线等)，干扰源为高阻抗。在近场（r<λ/6或rλ</6)区，电磁场特性以电场占主导，磁场分量可以忽略，电场强度比磁场强度大得多，波阻抗为：

2）当干扰源为低电压大电流的磁振荡发射时(如环形导体、环形天线等)，场源为低阻抗，在近场区波阻抗与r成正比，随距离r增加而增大，其值等于：它远小于波阻抗常数，表明磁场强度比电场强度大得多，因此这种场源的近场内以磁场为主导，电场分量可以忽略。

（a）高阻抗源（电场源）和波（b）低阻抗源（磁场源）和波

不同场源的近场和远场特性按照场源特性以及场区的不同，把近区电场和磁场称为感应场，远区电磁场又称辐射场。电磁场分成交变电场、交变磁场和交变电磁场三种。由于这三种场的屏蔽原理和方法不同，因此需要分别予以阐述。交变电场屏蔽交变电场屏蔽的原理采用电路理论加以解释较为直观。设干扰源A上有一交变电压UA，在其附近存在交变电场，电场中有一敏感电路B，ZB是电路B对地的阻抗。干扰源A对电路B的电场感应作用可以等效为分布电容Ce,的耦合，于是组成了CA

CeZB的回路在电路B上产生的干扰电压UB计算如下：

设金属屏蔽体对地阻抗ZS，则屏蔽体上感应的电压为：电路B上的干扰电压为：屏蔽体必须良好接地，才能真正将干扰源产生的电场传播隔离阻断，保护电路B免受干扰。如果屏蔽体不接地或者接地不良，干扰电压比不加屏蔽时更为严重。

交变电场屏蔽的原理是用接地良好的金属屏蔽体将场源产生的交变电场限制在一定空间内，从而阻断了干扰源到敏感电路之间的电场传播路径。应该特别指出，电场屏蔽的屏蔽体要在一定空间范围内感应电场，因此它必须是个等位体，也就是要求它的材料必须有良好的导电率，如铜、铝、银等，同时它接地必须良好。交变磁场屏蔽

交变磁场的屏蔽有高频磁屏蔽和低频磁屏蔽之分。低频磁屏蔽的原理和静磁屏蔽相同，利用高导磁率的材料(如铁、镍铁台金、坡莫合金等)构成磁力线的低磁阻通路，使大部分磁场“包封”在屏蔽体内，起到了磁隔离作用。例如继电器的封装壳、电源变压器的外套盒、滤波器的封装壳等它们一方面作为结构需要，另一方面也起到磁屏蔽作用，虽然它们内部线圈大多都有铁磁材料做的铁芯．但是漏磁通仍需要屏蔽。同时还需要隔离外来磁场的干扰。

例:炼钢的感应炉中有数万安培的电流,会在周围产生很强的磁场,使磁敏器件失灵.如,CRT图象抖动,扭曲,失真,滚动,导致图象质量降低.应将显示器屏蔽起来.若骚扰源是显示器正下方的30安培电力电缆,则只需在显示器和电缆之间放置一块高导磁材料.

低频磁屏蔽(DC-100kHz)材料选择:导磁率和磁饱和性能高导磁率铁镍合金(含80%镍):=40000-60000

超低碳钢(ULCS)(含碳<0.01%)有较高的磁导率和极优的磁饱和性能低频磁场屏蔽产品高频磁屏蔽是利用屏蔽体产生的涡流的反磁场．抵消干扰磁场，以此原理来实现屏蔽。因此高频磁屏蔽采用高导电率的良导电材料，如铜、铝等。收音机中常见的中额选频变压器(俗称中周变压器)的屏蔽原理。

中额选频变压器屏蔽原理涡流是高频磁屏蔽机理的关键因素，涡流越大，屏蔽效果越好，因此屏蔽体必须用导电良好的材料。由于高频涡流的趋肤效应，它只在屏蔽壳的表面上产生，因此屏蔽材料可以很薄．甚至用金属银的镀层就可取得很好的效果。交变电磁屏蔽

电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频辐射电磁波在空间传播的技术措施。屏蔽体起着切断或削弱电磁波传输的作用。对于远场情况的交变电磁场，电场分量和磁场分量同时存在，交变电磁屏蔽的机理有三种理论：1)感应涡流效应。2)电磁场理论。3)传输线理论。涡流的屏蔽效应

涡流屏蔽原理和前面讲到的高频磁屏蔽机理是一样的。当交变电磁场通过金属材料屏蔽体时，金属材料会产生感应电势而形成涡流，这涡流产生的磁场可以抵消一部分原来的磁场，从而起到屏蔽作用。涡流越大，屏蔽作用越强。因此屏蔽材料导电率越大、屏蔽性能越好。电磁场频率越高，屏蔽作用越强涡流屏蔽原理示意图

电磁屏蔽的传输线理论

电磁屏蔽原理，把电磁波刚进入金属板时被反射的电磁波能量称为反射损耗，透射波在金属屏蔽体内传播的衰减损耗称为吸收损耗。电磁波在金属屏蔽体中传播的过程可用麦克斯韦方程描述

设电磁场沿y方向和z方向传播时，介质均匀且无突变，则有由此得电磁场在x方向不同介质中传播方程为令，并对x求导：

它和传输线方程完全相似，说明电场和磁场在均匀金属屏蔽体中传播的过程和传输线中电压电流的行波具有相似的特性和变化规律。因此可以用传输线方程来等效求解屏蔽效能。在传输线理论中，把行波看成入射波和反射波两部分叠加而成。屏蔽体也可以看成透射波和反射波两部分。因此有

其中，Ei(x)为沿方向任意点的电场强度；

Hi(x)为沿方向任意点的磁场强度；

Et(x)为电场强度的透射波分量，

Er(x)为电场强度的反射波分量；

Ht(x)为磁场强度的透射被分量，

Hr(x)为磁场强度的反射波分量。

屏蔽体对入射电磁波的衰减在x=0处设其中，Zm为金属屏蔽体的波阻抗；

Zw为自由空间的波阻抗，

ρ0称为处的反射系数。用任意处的反射系数ρx来表示假设入射波在屏蔽体的第一界面x=0处，电场强度Ei(0)=1，则有

因为反射波，所以透射波该透射波在金属板中按的衰减规律向x方向传播

当时，此时电磁波在金属板的第二界面(x=t处)再次发生反射和透射

,由于x=t处反射系数因此透射波场强为：反射波场强为该反射波以Er2(t)e-kx的衰减规律向（-x）方向传播，到达x=0处再次反射，其反射场强为：Er3（0）向x方向传播，再次到达x=t时，其场强为：此处又发生反射和透射，其中透射波Et3(t)进入屏蔽体外，成为穿过屏蔽体的又一部分电磁波。

该透射波场强为:如此往复类推可得穿过屏蔽体的电磁波场强为：

3.4屏蔽效能及其评价屏蔽体的屏蔽性能以屏蔽效能来度量。从理论上获取屏蔽效能值，便于在进行屏蔽设计时预测屏蔽的性能和所能达到的指标。屏蔽效能计算是屏蔽分析与设计的重要步骤。屏蔽效能是无屏蔽体时空间某点的电场强度E0(或磁场强度H0)与有屏蔽体时该点电场强度

E1(或磁场强度H1)的比值，可用下式表示由于屏蔽效能SE的量值范围很宽，用上述倍数表达不够方便，用它来进行屏蔽效能计算则更为麻烦，因此通常用分贝(dB)来计量。其演算关系如下：以往在有线通信中常用奈比(Nep)来计量

dB与Nep的换算关系为：1dB=0.115Nep或1Nep＝8.686dB。3.4.1静电屏蔽效能的计算电屏蔽效能的定义是屏蔽前后同一点电场强度的比值，但在具体的电屏蔽结构中电场强度是很难计算和准确测量的。线性系统中，感受器上感应电压正比于干扰电场强度。由前面分析可知，场的问题可用电路方法来处理，因此屏蔽效能可用屏蔽前后在感受器上的感应电压的比值来度量，即式中SE—电场屏蔽效能（dB）

UB—屏蔽前感受器上的感应电压

UBS—屏蔽后感受器上的感应电压3.4.2磁屏蔽效能的计算

磁屏蔽体的屏蔽效能不仅与屏蔽体材料有关，还与屏蔽体的结构形式和被屏蔽的对象有关。1．空心长圆管屏蔽体的磁屏蔽效能将一个内外半径分别为r1和r2的长圆管形磁屏蔽体放入均匀磁场H0中，设H0与管的轴线相垂直，磁屏蔽材料的相对磁导率为μr，管内外媒质都是空气(磁导率为μ0)。根据电磁场理论，当μr>>1，r1≠r2时，可推导得管内任意点磁屏蔽效能的计算公式为2．封闭式空心屏蔽体的磁屏蔽效能

对于内部空心的盒式屏蔽体，其磁屏蔽效能可按下式近似计算式中t—屏蔽体壁厚

r0—与屏蔽体相等容积的等效球半径由式可见，屏蔽体壁厚愈大，或等效球半径愈小，则屏蔽效能愈好，其最大的屏蔽效能。

3．矩形长管中含有磁芯的磁屏蔽效能当屏蔽对象是磁芯线圈或铁芯变压器时，屏蔽体在甚低频情况下的磁屏蔽效能可用磁路分析法近似估算。含有磁芯线圈的矩形磁屏蔽长管为了便于分析和推导，作如下假设：1）因磁场频率低，屏蔽壁内的涡流影响可忽略不计；2）屏蔽体在垂直纸面方向的尺寸远大于在纸面内的最大尺寸，即将屏蔽体当做与纸面垂直的等截面长管；3）屏蔽体的介入不影响其外侧的磁场分布；4）被屏蔽的线圈含有高磁导率磁芯，它的磁阻远小于屏蔽体内腔空隙磁阻。磁屏蔽效能

1）使μs/μ0值大，即选用高磁导率材料，例如钢μs/μ0=50~1000，铁镍合金μs/μ0>5000，而铜、铝等材料的μs/μ0=1。2）要t/d值大，即增加屏蔽壁厚度。而且内腔尺寸愈大，屏蔽壁厚度要相应增加，可见大尺寸元件要获很好的屏蔽效能是困难的。因此在选择屏蔽对象时，需据具体情况综合分析，通常首先考虑将体积较小的元件屏蔽。如在录音机中，电源变压器是尺寸较大的低频磁场干扰源，录音头是尺寸较小的感受器，为了减小磁场干扰，应用铁镍合金将录音头屏蔽起来，以获得好的屏蔽效能，并节省材料，减轻重量和体积。3）使l2/l1的值大，就是说当被屏蔽对象为高磁导率元件(如磁芯线圈或变压器)时，屏蔽壁不应紧靠磁芯，必须留有间隙。但间隙过大，会增大体积，一般取l2/l1为0.1~0.5。4）使d/l1值小。当屏蔽体截面为矩形时，尽可能使长边平行于外磁场。该式是匀强磁场中矩形管内置有矩形导磁体时的屏蔽效能近似公式。较消晰地表达了屏蔽效能与屏蔽体材料和结构的关系，是磁屏蔽设计的重要依据。该式结论对圆筒形和盒形屏蔽也是适用的。屏蔽体处在交变磁场中的屏蔽效能

当屏蔽体处在交变磁场中，且涡流的屏蔽效应不能忽略时，则屏蔽体的实际磁屏蔽效能应按下式计算式中SEH1—屏蔽体对恒定磁场的屏蔽效能

SEH2—在电磁屏蔽中近区主要为磁场时的屏蔽效能，包括反射损耗和吸收损耗以及多次反射修正系数。

3.4.3电磁屏蔽效能的计算实心型屏蔽体的屏蔽效能实心型屏蔽，是指把屏蔽体看成是一个结构上完整的、电气上连续均匀的无限金属板或全封闭壳体的一种屏蔽。

无限大均匀平面对平面波的屏蔽无限大平面均匀屏蔽体的屏蔽效能可用下式确定式中R—反射损耗

A—吸收损耗

B—多次反射修正因子用分贝（dB）表示，则为

式中t—金属屏蔽板的厚度

μr—相对磁导率

σr—相对电导率(铜的σr=1)吸收损耗与频率的关系反射损耗

金属屏蔽板处于远场区时

金属板处于近场区，且以电场为主：金属板处于近场区，且以磁场为主：反射损耗与频率的关系多次反射修正因子

多次反射修正因子并不是任何时候都必须计入的。当频率较高或金属较厚时，吸收损耗较大。入射波能量进入屏敝体后，在第一次到达金属板右边的界面之前己被大幅度衰减，多次反射现象不显著。一般只要，就可不考虑多次反射的影响。例：有一大功率线圈的工作频率为20KHz，在离该线圈0.5m处置一铝板以屏蔽线圈对某敏感设备的影响，设铝板厚度为0.5mm；试计算铝板的屏蔽效能。解：先判断屏蔽体处于哪个场区可见，铝的，，故反射损耗为吸收损耗为：此时应考虑多次反射修正因子，为此先计算出铝板的特性阻抗Zm和近场区以磁场为主的自由空间波阻抗ZWm。故多次反射修正因子为

则该金属屏蔽板总的屏蔽效能为

单层金属板屏蔽效能计算公式汇总表

计算公式类别

（dB）吸收损耗反射损耗平面波源电场源磁场源多次反射修正因子计算公式类别屏蔽效能可作为频率的函数绘成曲线，图中的参数是：干扰源到屏蔽板的距离(在此设为1m)、场的类型(电场、磁场或平面波)、屏蔽体的性能、屏蔽体厚度。图表示铜的屏蔽效能与频率的关系，它可应用于任何良导体系列(例如铝、黄铜、金)而性能只有几分贝的差异。从图中可看到铜屏蔽体对电场的屏蔽性能处处等于或优于对平面波的屏蔽，而对平面波的屏蔽性则处处等于或优于对磁场的屏蔽。铜的屏蔽效能与频率的关系（源到金属的距离为1m）源到金属板距离为1m时高导磁率材料的屏蔽效能与频率的关系。由图可见，对于工频磁场而言，40dB的屏蔽效能可由0.5mm厚金属获得。而且，磁场屏蔽效能在极低频率下变化平坦，一旦降到直流就变成常数非实心型屏蔽体的屏蔽效能

在电气上存在不连续的屏蔽体，称为非实心型屏蔽体。前面的讨论是假设屏蔽材料是均匀的，不存在电气上的不连续性，且认为金属平面尺寸很大。因而既不存在泄漏，也不产生边缘效应。实际上，这种理想屏蔽体是不存在的。就以电子设备的机箱为例，由于电气连接电缆进出、通风散热、测试与观察以及电表安装等的需要，总是需要在机箱打孔。另外，构成箱体时总是存在金属面向的接缝(如两金属板用铆接或螺钉紧固时残留缝隙)和两金属极间置入金属衬垫后形成的开口和缝隙。这样，电磁能量就会通过孔洞、缝隙泄漏，导致屏蔽效能的降低。

综合屏蔽效能(0.5mm铝板)150250平面波00.1k1k10k100k1M10M高频时电磁波种类的影响很小电场波r=0.5m磁场波r=0.5m屏蔽效能（dB）频率通常应用非均匀屏蔽理论来分析，该理论把影响总屏蔽效能的各种因素（例如孔、缝、形状等）考虑为与屏蔽传输平行的传输通道，称为等效屏蔽效能因子，表示为SEp的形式（为序号）。譬如，SE2为孔洞因素（用来估计各种电气不连续孔洞对屏效的影响）、SE3为结构形状因素（用来估计高频时结构形状对屏效的影响）、SE4为结构尺寸因素（用来估计高频时是否发生谐振）、SE5为固定接缝因素（用来说明焊接、铆接和螺钉连接等固定接缝对屏蔽的影响）、SE6为活动接缝因素（用来说明接触簧片、各种电磁兼容性衬垫等活动接缝对屏效的影响）、SE7为混合屏蔽因素（用来说明屏蔽体不同部位采用了不同材料，或采用了不同屏蔽结构对屏蔽效能的影响）、SE8为天线效应因素（用来估计屏蔽体上的凸出物在高频时具有天线效应，对屏蔽效能的影响）、SE9为滤波器因素（用来估计滤波器性能不佳或安装不当对屏蔽效能的影响，……。

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缝隙引起的泄漏很复杂。它不仅与缝隙的宽度、板的厚度有关，而且与其直线尺寸、缝隙的数目以及波长等有密切关系。频率越高，缝隙的泄漏越严重。在相同缝隙面积的情况下，缝隙的泄漏比孔洞的泄漏严重。特别是当缝隙的直线尺寸接近波长时，由于缝隙的天线效应，屏蔽壳体本身可能成为一个有效的电磁波辐射器，从而严重地破坏屏蔽体的屏蔽效果。所以，在设计屏蔽体结构时，尽力减少屏蔽缝隙是至关重要的。由于安装按钮、开关、电位器等元件的需要，常常必须在屏蔽板上开有圆形、正方形或矩形的孔洞，这时电磁波会通过这些孔洞产生泄漏。

以上诸因素中，接缝因素和孔洞因素对屏蔽效能的影响最大。

孔缝尺寸接近半波长的整数倍时，电磁泄漏最大，高频时应做好孔缝屏蔽，要求缝长或孔径小于/(10~100）。永久性接缝采用焊接工艺。非永久性配合面形成的接缝采用导电衬垫：卷曲螺旋弹簧卷曲螺旋屏蔽条高性能型屏蔽条硅橡胶芯屏蔽衬垫多重密封条指形簧片衬垫金属编织网衬垫导电橡胶衬垫通风蜂窝式通风板（截止波导滤波器）

低频起主要作用高频起主要作用缝隙的泄漏缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙对导电衬垫的基本要求是：1）应有足够的弹性和厚度，以补偿由于接缝在螺栓压紧时所出现的不均匀性；2）所用材料应耐腐蚀，并与屏蔽机箱材料的电化序相容，即应选择电位接近的材料作接触面，以防止电化学腐蚀和“锈螺钉效应”。3）转移阻抗尽可能低，在衬垫的一侧有电流I，另一侧有电压V，则转移阻抗转移阻抗越低，屏蔽效能越高，电磁泄漏越小。4）压缩变形或寿命符合要求。转移阻抗的定义

电磁密封衬垫的种类金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层的)螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布螺旋管电磁密封衬垫Cool-ShieldCool-Shield为满足屏蔽机箱的通风散热要求，有时需要开设通风孔洞，如果处理不好，往往是屏蔽效能下降的一个重要原因。它取决于辐射源的特性和频率、离辐射源的距离、孔洞面积和孔洞形状等。用穿孔金属板作通风孔或覆盖金属丝网在甚高频时屏蔽效能都要下降。推荐使用截止波导式蜂窝板，它具有以下优点：工作频带宽，直到微波频段仍有较高的屏蔽效能；对空气的阻力小，风压损失少；机械强度高，工作可靠稳定。蜂窝板有普通型和高性能两种。普通型在1GHz时提供60dB以上屏蔽效能，高性能型能满足军标要求及TEMPEST、NEMP等的要求，并能满足湿热、盐雾、高低温、冲击振动等环境要求，屏蔽效能在1GHz时可达到120dB。通风板的板芯与框架之间，以及框架与机箱之间均使用螺旋管衬垫，保证了低阻抗连接。显示器、监视器等必须使用屏蔽窗以防止电磁穿透。屏蔽窗可由层压在两层聚丙烯或玻璃之间的细金属