電磁屏蔽原理.ppt

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1、<1>5.1電磁屏蔽原理<2>屏蔽的目的是采用屏蔽體包圍電磁騷擾源，以抑制電磁騷擾源對(duì)其周圍空間存在的接收器的干擾，或采用屏蔽體包圍接收器，以保護(hù)、避免騷擾源對(duì)其進(jìn)行干擾。屏蔽（Shielding）就是用由導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻慕饘倨帘误w將電磁騷擾源限制在一定的范圍內(nèi)，使騷擾源從屏蔽體的一面耦合或輻射到另一面時(shí)受到抑制或衰減。<3>電場(chǎng)屏蔽電磁場(chǎng)屏蔽磁場(chǎng)屏蔽電磁屏蔽<4>抑制電磁干擾的途徑抑源端的有效發(fā)射水平降低接收對(duì)發(fā)射的敏感性盡可能使耦合路徑失效具體的抑制技術(shù)，如屏蔽在實(shí)際工程中就是針對(duì)這些方面的不同需要而展開的。<5>靜電屏蔽導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零。表面電場(chǎng)與導(dǎo)體表面垂直。整個(gè)導(dǎo)體等位。根據(jù)電磁

2、理論，處于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體，在靜電平衡的情況下，具有如下的性質(zhì)：電荷分布于導(dǎo)體表面。<6>對(duì)于外部電場(chǎng)影響：當(dāng)屏蔽體完全封閉時(shí)，無論空腔屏蔽體是否接地，屏蔽體內(nèi)部的外電場(chǎng)均為零。對(duì)于內(nèi)部電場(chǎng)影響：將空腔屏蔽體接地，使空腔屏蔽體外電荷通過導(dǎo)線進(jìn)入接地面，消除屏蔽體外部電場(chǎng)?；谇懊骒o電性質(zhì)，可用空腔結(jié)構(gòu)來進(jìn)行屏蔽。<7>以此為了全面的實(shí)現(xiàn)屏蔽的功能，靜電屏蔽基本原理包括如下兩個(gè)基本要點(diǎn)：良好的接地。完整的屏蔽導(dǎo)體。<8>交變電場(chǎng)屏蔽為了便于對(duì)交變電場(chǎng)屏蔽的理解，下面采用電路結(jié)構(gòu)來詮釋。沒有屏蔽Ug的影響通過電容直接作用于Zs。Ug的影響可通過減小電容（如：可使騷擾源與接收器盡量遠(yuǎn)）來減弱。Ug在

3、Zs的作用電壓：<9>有屏蔽Ug對(duì)Zs的影響會(huì)變得復(fù)雜起來（分析中可以略去C3）Ug在屏蔽體上感應(yīng)的電壓：U1對(duì)Zs的作用電壓：由感應(yīng)電壓公式可得，屏蔽體接地（Z1=0），將使Us=0，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)騷擾源產(chǎn)生騷擾電場(chǎng)的耦合抑制，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收器的保護(hù)。<10>Note：對(duì)于有屏蔽體的情況，如果屏蔽導(dǎo)體沒有接地或者接地不良，由于電場(chǎng)耦合作用的增強(qiáng)，接收器上所感應(yīng)的騷擾電壓可能會(huì)比沒有屏蔽導(dǎo)體時(shí)的騷擾電壓還要大，此時(shí)騷擾比沒有屏蔽體時(shí)可能更加嚴(yán)重。交變電場(chǎng)屏蔽要求屏蔽體必須是良導(dǎo)體（如：金、銀、銅、鋁等）并且接地良好。交變電場(chǎng)屏蔽的基本原理：采用接地良好的金屬屏蔽體將騷擾源產(chǎn)生的交變電場(chǎng)限制在一定

4、的空間內(nèi)，從而阻斷騷擾源到接收器的傳輸路徑。<11>低頻磁場(chǎng)屏蔽對(duì)于低頻磁場(chǎng)（100kHz以下）的屏蔽，常須使用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料（如：鐵、硅鋼片、坡莫合金等）。對(duì)于低頻磁場(chǎng)的情況，可以引入磁路的概念：磁通管形成的閉合回路。針對(duì)如下模型：定義磁位差：磁路中磁阻：如果截面均勻，則磁阻：<12>通常，由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率大得多，所以鐵磁材料的磁阻很小。將鐵磁材料置于磁場(chǎng)中時(shí)，磁通將主要通過鐵磁材料，通過外部的磁通相對(duì)較小，從而起到磁場(chǎng)屏蔽的作用。低頻磁場(chǎng)的屏蔽原理：利用鐵磁材料的高磁導(dǎo)率對(duì)騷擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路。<13>對(duì)于低頻磁場(chǎng)屏蔽主要考慮如下幾個(gè)問題：所用鐵磁材料的磁導(dǎo)率越高、受磁

5、面積越大，則磁阻越小，磁屏蔽效果越好?？p隙切割磁力線會(huì)增大磁阻，則用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應(yīng)開口或有縫隙。高頻時(shí)鐵磁材料的磁損耗（包括：磁滯和渦流損耗）較大，導(dǎo)磁率降低，則不能用于相應(yīng)屏蔽。對(duì)于外部磁場(chǎng)影響對(duì)于內(nèi)部磁場(chǎng)影響<14>高頻磁場(chǎng)屏蔽對(duì)于高頻磁場(chǎng)屏蔽需要采用低電阻率的良導(dǎo)體（如：銅、鋁等）。當(dāng)高頻磁場(chǎng)穿過良導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在金屬板中形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生渦流。由渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)將抵消穿過金屬的原磁場(chǎng)，渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)會(huì)增加金屬側(cè)向的磁場(chǎng)，從而表現(xiàn)為磁力線繞過金屬。<15>對(duì)于外部磁場(chǎng)影響對(duì)于內(nèi)部磁場(chǎng)影響對(duì)于高頻磁場(chǎng)屏蔽也有如前面的兩種情況：良導(dǎo)體的高頻磁屏蔽可以通過如

6、下等效模型來分析：<16>對(duì)于高頻磁場(chǎng)屏蔽主要考慮如下幾個(gè)問題：頻率：頻率很高時(shí)，高頻磁屏蔽主要依賴屏蔽結(jié)構(gòu)和材料物理特性。一般情況，渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)不會(huì)大于原磁場(chǎng)。材料：良導(dǎo)體損耗小，產(chǎn)生的渦流強(qiáng)。厚度：由于高頻集膚效應(yīng)，高頻一般無需從屏蔽的角度考慮厚度，實(shí)際一般去0.2~0.8mm?？p隙：在垂直渦流方向一般不用有縫隙或開口。一般不應(yīng)大于波長(zhǎng)的1/50~1/100。接地：一般無影響，但考慮到同時(shí)要電屏蔽時(shí)，則應(yīng)對(duì)屏蔽體接地。<17>電磁場(chǎng)屏蔽對(duì)于電磁場(chǎng)屏蔽需要同時(shí)抑制電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。隨著頻率升高，輻射區(qū)域遠(yuǎn)區(qū)表現(xiàn)，這時(shí)電場(chǎng)騷擾和磁場(chǎng)騷擾需要同時(shí)屏蔽。在頻率比較低的情況下，電磁騷擾一般表

7、現(xiàn)為近區(qū)，這時(shí)其特性與騷擾源的性質(zhì)相關(guān)：高電壓小電流的騷擾源以電場(chǎng)為主，磁場(chǎng)騷擾可以略去，此時(shí)主要考慮電場(chǎng)屏蔽；低電壓大電流的騷擾源以磁場(chǎng)為主，電場(chǎng)騷擾可以略去，此時(shí)主要考慮磁場(chǎng)屏蔽。<18>電磁屏蔽理論主要有一下幾種：感應(yīng)渦流理論（簡(jiǎn)明）電磁理論（復(fù)雜）傳輸線理論（適中）由傳輸線理論可以得到，金屬屏蔽體對(duì)電磁波的屏蔽效果包括：反射損耗、吸收損耗和多次反射損耗。