电磁干扰及电磁屏蔽的研究与分析

1、 电磁干扰及电磁屏蔽的研究与分析引言随着现代电子工业的高速发展和电子、电器产品的普遍使用，电磁干扰已成为一种新的社会公害。一方面，电磁辐射会影响人们的身体健康，并且会对周围的电子仪器设备造成严重干扰，使它们的工作程序发生紊乱，产生错误动作；另一方面，电磁辐射会泄露信息，使计算机等仪器无信息安全保障。为防止电磁辐射造成的干扰与泄露，采用电磁屏蔽是主要防范方法之一。1摘要简单介绍了电磁干扰现象，电磁屏蔽的原理，电磁屏蔽的材料及措施，并对生活中的电磁现象进行了分析关键词电磁干扰 电磁屏蔽 绿色植物 电磁波KEYWORDS：Electromagnetic interference Electromag

2、netic shielding Green plants Electromagnetic wave正文电磁干扰所谓电磁干扰（Electromagnetic Interference），简称EMI，是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。电磁干扰的类型电磁干扰，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。 电磁屏蔽电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施；或用金属屏蔽材料将电磁敏感电

3、路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。电磁屏蔽效能是在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比。屏蔽效能 se包括吸收损失、反射损失和多次反射损失组成。2如图1所示。即：SE=A+R=B (1)各项计算如表1所示。对表1我们要注意以下几点：(1)电场强度与磁场强度之比成为波阻抗，它决定了耦合效率，也决定了导体的屏蔽效能。图1 屏蔽对入射波衰减示意图损耗类别计算公式吸收损失/dBA=131.43t反射损失/dB远场（d2n）R=108.1-10lg()近场磁场（d2n）R=74.6-10lg()近场电场（d10 dB)，多次反射损耗即可忽略不计。但在屏蔽层较

4、薄或频率较低时，吸收损耗很小，一般在A10 dB日寸，多次反射作用对屏蔽效能的影响就必须计算。(4)屏蔽效能还和电磁波在良导体中的衰减速度及涡流效应有关。电磁波在良导体中的衰减速度用集肤深度表示：3由上式可以看出频率高则集肤深度小，就是说屏蔽效果相同时，频率高，则屏蔽体厚度就小。当厚度小时， a就小，这时式(1)主要决定于 b和R项，R与厚度无关，B是 a的函数，a 越小侧 b就越小。另外屏蔽效能还受到涡流效应的影响。在外界电磁场作用下，屏蔽体内感应的电流产生一个电磁场，后者抵偿了引起电流的外界电磁场。这种在屏蔽体内感应的电流，可以看成是涡流。为了获得有效的屏蔽作用，屏蔽体的厚度应近似于屏蔽体

5、中电磁波波长 撷率越高涡流效应就越显著。 图2图2为涡流效应控制范围的屏蔽效能S 随材料厚度t的变化情况。从图上可以看出出现了屏蔽材料厚度越薄屏蔽效能越大的区间。 铁磁体屏蔽电磁场示意图 u2远大于u1，=0，空气中的磁感线几乎垂直于铁磁体表面，铁磁体收拢磁力线，使其顺着铁磁物质，起到较好的屏蔽作用，屏蔽层越厚，屏蔽效果越好。防治电磁干扰的措施 抑制电磁污染的首要措施是找出污染源；其次是判断污染侵入的路途，主要有传导和辐射两种方式，工作重点是确定干扰量。从电磁干扰源处控制其电磁发射是治本的方法。控制干扰源的发射，除了从电磁干扰源产生的机理着手降低其产生电磁噪声的电平外，还需广泛地应用屏蔽（包括

6、隔离）、滤波和接地技术。 屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径，隔离主要运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声以传导形式的传播途径，其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。4 滤波是在频域上处理电磁噪声的技术，为电磁噪声提供一低阻抗的通路，以达到抑制电磁干扰的目的。例如，电源滤波器对50Hz的电源频率呈现高阻抗，而对电磁噪声频谱呈现低阻抗。 接地包括接地、信号接地等。接地体的设计、地线的布置、接地线在各种不同频率下的阻抗等不仅涉及产品或系统的电气安全，而且关联着

7、电磁兼容和其测量技术。电磁屏蔽材料1贴金属箔电磁屏蔽塑料贴金属箔屏蔽塑料是将铝箔，铜箔，铁箔等与塑料薄板，薄片或薄膜，先用粘合剂粘接在一起，然后压制成型。金属箔可贴在表层，也可夹在两层塑料之间。这种屏蔽塑料的优点是粘接好，导电性强，屏蔽效果可达60 70dB，但它不能用于形状复杂的结构。2金属熔射和非电解电镀屏蔽塑料金属熔射屏蔽塑料是将锌或其它金属经电弧高温熔化后，用高速气流将熔化后的金属颗粒粉末吹到塑料的表面， 从而在表面形成一层厚度约为70um 的金属层。锌熔射层具有良好的导电性能，体积电阻率在10 - 2cm 以下，屏蔽效果可达70dB。此法的缺点是金属与塑料的粘接较差，容易脱落。非电解

8、电镀法屏蔽塑料一般是将Ni 或Cu / Ni 采用非电解法镀到ABS 塑料表面，镀层厚度约为50!m左右。用此法获得的金属镀层导电性好，粘接牢固，屏蔽效果可达60dB 左右，其缺点是可镀性好的塑料品种较少。目前，国外采用共混技术使ABS树脂与其它塑料共混，从而获得可镀性。3碳黑和碳纤维填充复合型屏蔽塑料碳黑成本低，分散性好，但在塑料基体中的填充量一般要达到20wt% 40wt% 才能有一定的效果，这样高的填充量必然影响复合材料的力学性能。美国和日本开发了一种超细碳黑，用它与聚丙烯复合，比重仅为1. 18g / cm3， 屏蔽效果40dB(50 1000MHZ) 。碳纤维比重小(1. 5 1.

9、8 g / cm3 ) ，直径细(5 7m) ，长径比大，具有高强度、高模量、化学稳定性能好等优点，易形成导电网络，同时还具有强化材料的功能。若直接使用, 由于其导电性较差、含量高从而使得效果不好。如果用化学镀等方法在碳纤维表面镀上一层金属膜，这样在较低的填充量下就可获得较好的效果。4金属粉和金属纤维填充型复合屏蔽塑料银导电性能优良，且抗氧化，人们最初使用银粉，但银是贵金属，因而仅在特殊场合使用。铜的导电性好，价格适中，但铜的密度大，难以分布均匀，且易氧化，影响了导电性从而也降低了材料的屏蔽性能。现在人们常用镍粉代替铜粉，或者铜粉、镍粉和银粉混合使用。一般说来，屏蔽塑料的性能取决于导电填料的导

10、电性以及它们之间的相互搭接程度。使用长径比大的金属纤维由于彼此容易搭接，可以获得较佳的导电性。通常的导电填料有铜纤维、镍纤维或不锈钢纤维。近年来，金属纤维的使用显著增加，借助微振动切割技术制得的黄铜纤维价格低，填充用量少。铁纤维填充材料是新开发的品种，其综合性能优良，加工成型性好。不锈钢纤维耐磨、耐腐蚀、抗氧化且导电性好，弯曲强度高，但是价格贵。由于金属纤维一般加工困难，人们常用表面镀金属的碳纤维代替纯金属纤维。这种纤维可在较低的填充量时取得较好的屏蔽性能。由于这种屏蔽材料的性能与镀层金属，纤维长径比，纤维与金属镀层的接合强度等许多因素有关，因此国内外许多学者进行了大量的研究。Shinn -

11、Shyong TZng 等比较了使用不同碳纤维和镀层金属时屏蔽材料的性能。结果表明ENCF / ABS 复合材料的屏蔽效果比ECCF /ABS 复合材料好，这是因为镍不易氧化，且与碳纤维的接合强度比铜的要高。Chi - Yuan Huang 和Jui - Fen Pai 等讨论了纤维类型、镀池负载、镀液pH值和温度等因素的影响。K. B. Cheng 等人发现纤维的编织结构有助于提高材料的屏蔽性能。生活中典型的电磁干扰现象一个典型的电磁干扰现象是电视机屏幕上的干扰条纹。这些条纹来自附近的数字设备，例如个人计算机、VCD、DVD或其它数字视频设备。根据电磁理论，导体中变化的电流会产生电磁场辐射，

12、电流变化率（频率）越高，则辐射效率越高。因此任何依靠高频电流工作的电子设备在工作时都会产生电场波辐射。这些电场波会对附近的敏感设备产生干扰。数字视频设备与电视接收机之间的干扰问题之所以十分突出，就是因为电视机是灵敏度很高的电场波接收设备，而数字脉冲信号中含有丰富的高次谐波，这些高次谐波的辐射效率很高。 提出问题：绿色植物能否吸收和屏蔽电磁波？没有任何论文和实验可以支持这种说法。这种误解的产生或许是因为仙人掌有很强的抗紫外线辐射的能力，但这并不代表着仙人掌可以帮你抵挡电器的电磁辐射。 电脑的电磁辐射则主要来源于电脑里的各种电路，你把电脑打开，身体就会受到电磁辐射；你把电脑关闭，电磁辐射也就立刻停止了。传统的CRT显示器会因为静电而吸附一些灰尘，但这些灰尘本身不会产生电磁辐射。目前我们常用的液晶显示器本身是没有辐射的，显示器内部的灯管是辐射源，这样的辐射和一个小灯管的辐射没什么差别。电磁辐射的强弱主要是由电脑本身决定的，仙人掌无法将其屏蔽或吸附。绿色植物并非是一种屏蔽材料，不具备屏蔽电磁波的作用。但是从另一方面讲，有实验证明，频率为1MHz的电磁波经过0.17米的海水之后，其振幅就会衰减到原来的一半。从而从某种意义上讲，绿色植物具备一定的削弱电磁