電磁屏蔽技術(shù)和電磁場屏蔽分析

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1、電磁屏蔽技術(shù)和電磁場屏蔽分析-電場屏蔽-磁場屏蔽　　電磁屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一.大部分電磁兼容問題都可以通過電磁屏蔽來解決.用電磁屏蔽的方法來解決電磁干擾問題的最大好處是不會(huì)影響電路的正常工作,因此不需要對電路做任何修改.??1選擇屏蔽材料　　　　屏蔽體的有效性用屏蔽效能來度量.屏蔽效能是沒有屏蔽時(shí)空間某個(gè)位置的場強(qiáng)E1與有屏蔽時(shí)該位置的場強(qiáng)E2的比值,它表征了屏蔽體對電磁波的衰減程度.用于電磁兼容目的的屏蔽體通常能將電磁波的強(qiáng)度衰減到原來的百分之一至百萬分之一,因此通常用分貝來表述屏蔽效能,這時(shí)屏蔽效能的定義公式為:??　　　　SE=2

2、0lg(E1/E2)??(dB)??　　　　用這個(gè)定義式只能測試屏蔽材料的屏蔽效能,而無法確定應(yīng)該使用什么材料做屏蔽體.要確定使用什么材料制造屏蔽體,需要知道材料的屏蔽效能與材料的什么特性參數(shù)有關(guān).工程中實(shí)用的表征材料屏蔽效能的公式為:??　　SE=A+R????????(dB)??　　式中的A稱為屏蔽材料的吸收損耗,是電磁波在屏蔽材料中傳播時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:??　　A=3.34t(fμrσr)??(dB)??　　t=材料的厚度,μr=材料的磁導(dǎo)率,σr=材料的電導(dǎo)率,對于特定的材料,這些都是已知的.f=被屏蔽電磁波的頻率.??式中的R稱為屏蔽材料

3、的反射損耗,是當(dāng)電磁波入射到不同媒質(zhì)的分界面時(shí)發(fā)生的,計(jì)算公式為:??　　R=20lg(ZW/ZS)????(dB)??式中,Zw=電磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗.??　　電磁波的波阻抗定義為電場分量與磁場分量的比值:Zw=E/H.在距離輻射源較近(<λ/2π,稱為近場區(qū))時(shí),波阻抗的值取決于輻射源的性質(zhì)、觀測點(diǎn)到源的距離、介質(zhì)特性等.若輻射源為大電流、低電壓(輻射源電路的阻抗較低),則產(chǎn)生的電磁波的波阻抗小于377,稱為低阻抗波,或磁場波.若輻射源為高電壓,小電流(輻射源電路的阻抗較高),則波阻抗大于377,稱為高阻抗波或電場波.關(guān)于近場區(qū)

4、內(nèi)波阻抗的具體計(jì)算公式本文不予論述,以免沖淡主題,感興趣的讀者可以參考有關(guān)電磁場方面的參考書.當(dāng)距離輻射源較遠(yuǎn)(>λ/2π,稱為遠(yuǎn)場區(qū))時(shí),波波阻抗僅與電場波傳播介質(zhì)有關(guān),其數(shù)值等于介質(zhì)的特性阻抗,空氣為377Ω.??屏蔽材料的阻抗計(jì)算方法為:??　　

5、ZS

6、=3.68×10-7(fμr/σr)(Ω)??　　f=入射電磁波的頻率(Hz),μr=相對磁導(dǎo)率,σr=相對電導(dǎo)率??從上面幾個(gè)公式,就可以計(jì)算出各種屏蔽材料的屏蔽效能了,為了方便設(shè)計(jì),下面給出一些定性的結(jié)論.??　　●在近場區(qū)設(shè)計(jì)屏蔽時(shí),要分別考慮電場波和磁場波的情況;??　　●屏蔽電場波時(shí),使

7、用導(dǎo)電性好的材料,屏蔽磁場波時(shí),使用導(dǎo)磁性好的材料;??　　●同一種屏蔽材料,對于不同的電磁波,屏蔽效能使不同的,對電場波的屏蔽效能最高,對磁場波的屏蔽效能最低,也就是說,電場波最容易屏蔽,磁場波最難屏蔽;??　　●一般情況下,材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性越好,屏蔽效能越高;??　　●屏蔽電場波時(shí),屏蔽體盡量靠近輻射源,屏蔽磁場源時(shí),屏蔽體盡量遠(yuǎn)離磁場源;??　　有一種情況需要特別注意,這就是1kHz以下的磁場波.這種磁場波一般由大電流輻射源產(chǎn)生,例如,傳輸大電流的電力線,大功率的變壓器等.對于這種頻率很低的磁場,只能采用高導(dǎo)磁率的材料進(jìn)行屏蔽,常用的材料是含

8、鎳80%左右的坡莫合金.2孔洞和縫隙的電磁泄漏與對策?　　?一般除了低頻磁場外,大部分金屬材料可以提供100dB以上的屏蔽效能.但在實(shí)際中,常見的情況是金屬做成的屏蔽體,并沒有這么高的屏蔽效能,甚至幾乎沒有屏蔽效能.這是因?yàn)樵S多設(shè)計(jì)人員沒有了解電磁屏蔽的關(guān)鍵.??　　首先,需要了解的是電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系.這與靜電場的屏蔽不同,在靜電中,只要將屏蔽體接地,就能夠有效地屏蔽靜電場.而電磁屏蔽卻與屏蔽體接地與否無關(guān),這是必須明確的.??　　電磁屏蔽的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè),一個(gè)是保證屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性,即整個(gè)屏蔽體必須是一個(gè)完整的、連續(xù)的導(dǎo)電體.另一點(diǎn)

9、是不能有穿過機(jī)箱的導(dǎo)體.對于一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱,這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來都非常困難.??　　首先,一個(gè)實(shí)用的機(jī)箱上會(huì)有很多孔洞和孔縫:通風(fēng)口、顯示口、安裝各種調(diào)節(jié)桿的開口、不同部分結(jié)合的縫隙等.屏蔽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是如何妥善處理這些孔縫,同時(shí)不會(huì)影響機(jī)箱的其他性能(美觀、可維性、可靠性).??　　其次,機(jī)箱上總是會(huì)有電纜穿出(入),至少會(huì)有一條電源電纜.這些電纜會(huì)極大地危害屏蔽體,使屏蔽體的屏蔽效能降低數(shù)十分貝.妥善處理這些電纜是屏蔽設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一(穿過屏蔽體的導(dǎo)體的危害有時(shí)比孔縫的危害更大).??　　當(dāng)電磁波入射到一個(gè)孔洞時(shí),其作用相當(dāng)于一個(gè)偶極天線(圖1)

10、,當(dāng)孔洞的長度達(dá)到λ/2時(shí),其輻射效率最高(與孔洞的寬度無關(guān)),也就是說,它可以將激勵(lì)孔洞的全