电磁屏蔽技术

浅谈电磁屏蔽技术郝君卿（新疆工程学院乌鲁木齐830000）摘要：电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。本篇论文主要探究了电磁屏蔽的定义、电磁屏蔽的分类、电磁屏蔽的屏蔽机理和效能，分析了电磁屏蔽在现实生活中的应用。关键字：电磁屏蔽，原理，应用0引言电磁波是电磁能量传播的主要方式，高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其它设备产生干扰。另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中，对电路造成干扰。电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，从而消除干扰。在解决电磁干扰问题的诸多手段中，电磁屏蔽是最基本和有效的。在现如今电与磁高速发展的时代，电磁屏蔽对我们的生活和工作越来越重要。1屏蔽的定义屏蔽是电磁兼容工程中广泛采用的抑制电磁干扰的有效方法之一。它是利用导电或导磁材料制成的金属屏蔽体将电磁干扰源限制在一定范围内，使干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。屏蔽有两个目的：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。2.1屏蔽的分类屏蔽的分类法有很多种。根据屏蔽的工作原理，可以将屏蔽分为电（场）屏蔽、磁（场）屏蔽和电磁屏蔽三大类。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。2.2电场屏蔽原理电场屏蔽简称电屏蔽，其目的是减少设备（或电路、组件、元件等）间的电场感应，它包括静电屏蔽和交变电场屏蔽。①.静电屏蔽电磁场理论表明，置于静电场中的导体在静电平衡的条件下，具有下列性质：⑴.导体内部任何一点的电场为今。⑵.导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体表面垂直。⑶.整个导体是一个等位体。⑷.导体内部没有静电荷存在，电荷只能分布在导体表面。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，由于空腔导体的内表面无静电荷，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干扰；反之，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得带电体产生的静电场。这就是静电屏蔽的理论依据，即静电屏蔽原理。所以，静电屏蔽必须具有两个基本要点，即完整的屏蔽导体和良好的接地。2.3磁场屏蔽原理②.交变电场的屏蔽微控制器的C52式中:u为铁磁材料的磁导率（H/m）;S为磁路的横截面积（m2）;l为磁路的长度（m）。A输微控制器的C52式中:u为铁磁材料的磁导率（H/m）;S为磁路的横截面积（m2）;l为磁路的长度（m）。A输号信次电源卑嵯.次电压取祥t变压器屋童

白停信号

*-兵统电源输入图2螺旋环磁场屏蔽图1电场屏蔽框图显然，磁导率大则磁阻Rm小，此时磁通主要沿着磁阻小的途径形成对于交变电场的屏蔽原理，可以用电路理论加以解释，此时干扰源与被干扰对象之间的电场感应可以用分布电容来描述。设干扰源g上有一交变电压Ug，在其附近产生交变电场，置于交变电场中的接收器s通过阻抗Zs接地，十扰源对接收器的电场感应耦合可以等效为分布电容Ce的耦合，于是形成了由Ug、Zg、Ce和Zs构成的耦合回路。接收器上产生的干扰电压Us为：j®CeZsUs= Ug1+j®Ce(Zs+Zg)从式中可以看出，干扰电压Us的大小与耦合电容Ce的大小有关。为了减小干扰，可使干扰源与接收器尽量远离，从而减小Ce使干扰Us减小。如果十扰源与接收器间的距离受空间位置限制无法加大时，则可采用屏蔽措施。磁场屏蔽简称磁屏蔽，是用于抑制磁场耦合实现磁隔离的技术措施，它包括低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。①.低频磁场屏蔽低频（100kHz以下）磁场的屏蔽，是利用铁磁性材料（如铁、硅钢片、坡莫合金等）的磁导率、磁阻小，对磁场有分路作用的特性来实现屏蔽的。由磁通连续性原理可知，磁力线是连续的闭合曲线，这样可把磁通管所构成的闭合回路称为磁路，磁路理论表明Um=Rm①m式中：Um为磁路中两点间的磁位差；①m为通过磁路的磁通量，且中m=jB•dSRm为磁路中a，b两点间的磁阻，有jbH•dIRm= jB•dS如果磁路横截面是均匀的，且磁场也是均匀的，则上式可化简为回路。由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率0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，而通过空气的磁通将大为减小，从而起到磁场屏蔽的作用。使用铁磁材料作屏蔽体时要注意下列问题：⑴.所用铁磁材料的磁导率越高，屏蔽罩越厚（S越大），磁阻Rm越小，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，有时需用多层屏蔽。所以，效果良好的铁磁屏蔽体往往是既昂贵又笨重。⑵.用铁磁材料做的屏蔽罩，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。⑶.铁磁材料的屏蔽不能用于高频磁场屏蔽。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。②.高频磁场屏蔽高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，如铜、铝等。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面上所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽目的，也就是，利用了涡流反磁场对于原干扰磁场的排斥作用，来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。2.4电磁屏蔽原理通常所说的屏蔽，多半是指电磁屏蔽。电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场，一般也指高频交变电磁屏蔽。电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频电磁能量在空间传播的一种措施，屏蔽体的材料是金属导体或其他对电磁波有衰减作用的材料。屏蔽效能的大小与电磁波的性质及屏蔽体的材料性质有关。交变场中，电场和磁场总是同时存在的。在频率较低的范围内，电磁十扰一般出现在近场区。如前所述，近场随着干扰源的性质不同，电场和磁场的大小有很大差别。高电压、小电流干扰源以电场为主，磁场干扰可以忽略不计，这时就可以只考虑电场屏蔽，低电压、大电流干扰源以磁场十扰为主，电场干扰可以忽略不计，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，并趋向于远场干扰。远场干扰中的电场干扰和磁场干扰都不可忽略，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远场十扰，需要进行电磁屏蔽。如前所述，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。3.1屏蔽效能的表示屏蔽体屏蔽效果的好坏用屏蔽效能来度量。它与屏蔽体的材料性能、干扰源的频率、屏蔽体至干扰源的距离，以及屏蔽体上可能存在的各种不连续的形状和数量有关。屏蔽效能被定义为不存在屏蔽体时某处的电场强度E0与存在屏蔽体时同一处的电场强度Es之比，常用分贝（dB）表示，即ESEe=20lgE0S或者不存在屏蔽体时某处的磁场强度H0与存在屏蔽体时同一处的磁场强度Hs之比，即HSEh=20lgHS

100 500Freqiieucv(NIHz)10001500图3屏蔽效能图100 500Freqiieucv(NIHz)100015003.2屏蔽的传输理论电磁屏蔽的机理有3种理论：⑴.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，但是难以据此推导出定量的屏蔽效果表达式，且关于干扰源特征、传播介质、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。⑵.电磁场理论。严格来说，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，但是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，在实际中很少应用。⑶.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。这一理论和方法不仅可以简明分析屏蔽理论，而且还能比较方便地定量计算屏蔽效果。按照传输线理论，屏蔽体对于电磁波的衰减有3种不同机理：⑴.在空气中传播的电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气和金属交界面的阻抗不连续，在分解面引起波的反射。⑵.未被屏蔽体表面反射而透射进入屏蔽体的电磁能量，继续在屏蔽体内传播时被屏蔽材料衰减。⑶.在屏蔽体内尚未衰减完的剩余电磁能量，传播到屏蔽体的另一个表面时，又由于金属和空气阻抗的不连续在其交界面再次反射，并重新折回屏蔽体内。这种反射在屏蔽体内的两个界面之间可能重复多次。4.1应用领域笔记本电脑、GPS、ADSL和移动电话等3c产品都会因高频电磁波干扰产生杂讯，影响通讯品质。另若人体长期暴露于强力电磁场下，则可能易患癌症病变。因此防电磁干扰已是必备而且势在必行的制程。导电漆EMI导电漆喷涂技术具有高导电性、高电磁屏蔽效率、喷涂操作简单等特点，广泛应用于通讯制品、电脑、便携式电子产品、消费电子、网络硬件、医疗仪器、家用电子产品和航天及国防等电子设备的EMI屏蔽。腾飞金属科技有限公司的TF-801导电漆适用于各种塑胶制品的屏蔽。喷涂导电漆解决了因做金属屏蔽罩受空间限制、操作、成本压力的限制，因其导电漆喷涂操作极其简单，做到了塑胶金属化，而受到越来越多的关注及推广。屏蔽导电漆就是能用于喷涂的一种油漆干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰的功能。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。导电漆就是用导电金属粉末添加于特定的树脂原料中以制成能够喷涂的的油漆涂料.广泛使用的有以下具体的几种类型产品：添加银金属粉末的称之为"TF-801银导电漆";添加铜粉的称之为〃TF-609铜导电漆〃;添加竦粉的为"TF-606竦导电漆〃；其中以"TF-801银铜导电漆〃使用最为广泛因为相比TF-828银导电漆价格便宜很多，相比TF-606竦导电导电性能也相对好很多。66相关文献4.2产品介绍TF-801是一款银铜导电漆。直接喷涂在电子类焊接式电磁屏蔽室产品壳体内部，漆膜干燥后能起到很好的屏蔽电磁辐射、抗电磁波干扰功能。因其优良的导电性能和纯银导电漆相差无几，性价比又极高，如今被广泛应用于GPS、DVD、DVB医疗器械等各类电子产品外壳内部。银包铜导电漆TF-828是采用优秀的银包铜导电粒子，是一种高导电性高致密性的填充材料，是采用先进的化学镀技术，经过特定的成型及表面处理工艺，在超细铜粉表面形成不同厚度的银镀层。它既克服了铜粉易氧化的缺陷，又解决了银粉价格昂贵、易迁移的问题。它是一种取代部份纯银导电漆的新材料，广泛应用于烧结浆料、电子浆料及电子、电工、通讯产品的导电、电磁屏蔽，是很有发展前途的导电漆。5总结通过以上的阐述，十分清楚的阐明了电磁屏蔽的定义、电磁屏蔽的分类、电磁屏蔽的屏蔽机理和效能，通过对TF-801产品的介绍充分表明了现在电磁屏蔽的发展。电磁屏蔽技术在现实生活中的应用早已深入到各行各业，这一技术的应用使我们的生活越来越舒适方便。本论文旨在让大家认识了解电磁屏蔽这一技术。我们生在一个到处充满电与磁的时代，在享受它们带来的便捷时，我