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电磁兼容EMC中的屏蔽技术分析.doc（共2篇）

电磁兼容EMC中的屏蔽技术分析.doc 篇1

电磁兼容EMC中的屏蔽技术分析

电场,磁场,电磁场的屏蔽其实是不同的!磁场的屏蔽问题,是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题.根据条件的不同,电磁场的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种情况,这三种情况既具有质的区别,又具有内在的联系,不能混淆.静电屏蔽

在静电平衡状态下,不论是空心导体还是实心导体;不论导体本身带电多少,或者导体是否处于外电场中,必定为等势体,其内部场强为零,这是静电屏蔽的理论基础.因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义,我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论.(一)封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响.如壳内无带电体而壳外有电荷q,则静电感应使壳外壁带电.静电平衡时壳内无电场.这不是说壳外电荷不在壳内产生电场,根发电场.由于壳外壁感应出异号电荷,它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零.因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响.壳外壁的感应电荷起了自动调节作用.如果把上述空腔导体外壳接地,则外壳上感应正电荷将沿接地线流入地下.静电平衡后空腔导体与大地等势,空腔内场强仍然为零.如果空腔内有电荷,则空腔导体仍与地等势,导体内无电场.这时因空腔内壁有异号感应电荷,因此空腔内有电场.此电场由壳内电荷产生,壳外电荷对壳内电场仍无影响.由以上讨论可知,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷影响.(二)接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响.如果壳内空腔有电荷q,因为静电感应,壳内壁带有等量异号电荷,壳外壁带有等量同号电荷,壳外空间有电场存在,此电场可以说是由壳内电荷q间接产生.也可以说是由壳外感应电荷直接产生的.但如果将外壳接地,则壳外电荷将消失,壳内电荷q与内壁感应电荷在壳外产生电场为零.可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响,必须将外壳接地.这与第一种情况不同.这里还须注意:

①我们说接地将消除壳外电荷,但并不是说在任何情况壳外壁都一定不带电.假如壳外有带电体,则壳外壁仍可能带电,而不论壳内是否有电荷.②实际应用中金属外壳不必严格完全封闭,用金属网罩代替金属壳体也可达到类似的静电屏蔽效果,虽然这种屏蔽并不是完全、彻底的.③在静电平衡时,接地线中是无电荷流动的,但是如果被屏蔽的壳内的电荷随时间变化,或者是壳外附近带电体的电荷随时间而变化,就会使接地线中有电流.屏蔽罩也可能出现剩余电荷,这时屏蔽作用又将是不完全和不彻底的.总之,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷与电场影响;接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响.这种现象,叫静电屏蔽.静电屏蔽有两方面的意义:

其一是实际意义:屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响,也不对外部电场产生影响.有些电子器件或测量设备为了免除干扰,都要实行静电屏蔽,如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩,电子管用金属管壳.又如作全波整流或桥式整流的电源变压器,在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地,达到屏蔽作用.在高压带电作业中,工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服,可以对人体起屏蔽保护作用.在静电实验中,因地球附近存在着大约100V/m的竖直电场.要排除这个电场对电子的作用,研究电子只在重力作用下的运动,则必须有eE

F=q1q2/r2±δ中,δ<(2.7±3.1)×10-16，可见在现阶段所能达到的实验精度内,库仑定律的平方反比关系是严格成立的.从实际应用的观点看,我们可以认为它是正确的.静磁屏蔽

静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场.静磁屏蔽是利用高磁导率μ的铁磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁场.它与静电屏蔽作用类似而又有不同.静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来说明.如将铁磁材料做成截面如图7的回路,则在外磁场中,绝大部份磁场集中在铁磁回路中.这可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析.因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍,所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多,外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过,而进入空腔的磁通量极少.这样,被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场,从而达到静磁屏蔽的目的.材料的磁导率愈高,筒壁愈厚,屏蔽效果就愈显著.因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅钢、坡莫合金做屏蔽层,故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽.静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用.例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用,影响示波管或显像管中电子束的聚焦.为了提高仪器或产品的质量,必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽.在手表中,在机芯外罩以软铁薄壳就可以起防磁作用.前面指出,静电屏蔽的效果是非常好的.这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级,而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级,通常约大几千倍.所以静磁屏蔽总有些漏磁.为了达到更好的屏蔽效果,可采用多层屏蔽,把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉.所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重.但是,如果要制造绝对的“静磁真空”,则可以利用超导体的迈斯纳效应.即将一块超导体放在外磁场中,其体内的磁感应强度B永远为零.超导体是完全抗磁体,具有最理想的静磁屏蔽效果,但目前还不能普遍应用.电磁屏蔽

电磁场在导电介质中传播时,其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减.从能量的观点看,电磁波在导电介质中传播时有能量损耗,因此,表现为场量振幅的减小.导体表面的场量最大,愈深入导体内部,场量愈小.这种现象也称为趋肤效应.利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置.它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意义.电磁屏蔽是抑制干扰,增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段.合理地使用电磁屏蔽,可以抑制外来高频电磁波的干扰,也可以避免作为干扰源去影响其他设备.如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界时变场的干扰从而避免杂音.音频馈线用屏蔽线也是这个道理.示波管用铁皮包着,也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描.在金属屏蔽壳内部的元件或设备所产生的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备.用什么材料作电磁屏蔽呢?因电磁波在良导体中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有电磁屏蔽 ,电磁场在导电介质中传播时,其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减.从能量的观点看,电磁波在导电介质中传播时有能量损耗,因此,表现为场量振幅的减小.导体表面的场量最大,愈深入导体内部,场量愈小.这种现象也称为趋肤效应.利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置.它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意义.电磁屏蔽是抑制干扰,增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段.合理地使用电磁屏蔽,可以抑制外来高频电磁波的干扰,也可以避免作为干扰源去影响其他设备.如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界时变场的干扰从而避免杂音.音频馈线用屏蔽线也是这个道理.示波管用铁皮包着,也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描.在金属屏蔽壳内部的元件或设备所产生的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备.用什么材料作电磁屏蔽呢?因电磁波在良导体中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有

其中μ和σ分别为屏蔽材料的磁导率和电导率.若电视频率f=100 MHz,对铜导体(σ=5.8×107/ ?m,μ≈μo＝4π×10-7H/m)可求出d=0．00667mm.可见良导体的电磁屏蔽效果显著.如果是铁(σ＝107/ ?m)则d=0.016mm.如果是铝(σ＝3.54×107/ ?m)则d＝0.0085mm.为了得到有效的屏蔽作用,屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长(λ=2πd).如在收音机中,若f＝500kHz,则在铜中d＝0.094mm(λ=0.59mm).在铝中d＝0.12mm(λ=0.75mm).所以在收音机中用较薄的铜或铝材料已能得到良好的屏蔽效果.因为电视频率更高,透入深度更小些,所需屏蔽层厚度可更薄些,如果考虑机械强度,要有必要的厚度.在高频时,由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大,从而造成谐振电路品质因素Q值的下降,故一般不采用高磁导率的磁屏蔽,而采用高电导率的材料做电磁屏蔽.在电磁材料中,因趋肤电流是涡电流,故电磁屏蔽又叫涡流屏蔽.在工频(50Hz)时,铜中的d＝9.45mm,铝中的d＝11.67mm.显然,采用铜、铝已很不适宜了,如用铁,则d＝0.172mm,这时应采用铁磁材料.因为在铁磁材料中电磁场衰减比铜、铝中大得多.又因是低频,无需考虑Q值问题.可见,在低频情况下,电磁屏蔽就转化为静磁屏蔽.电磁屏蔽和静电屏蔽有相同点也有不同点.相同点是都应用高电导率的金属材料来制作;不同点是静电屏蔽只能消除电容耦合,防止静电感应,屏蔽必须接地.而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏蔽体一薄层,借涡流消除电磁场的干扰,这种屏蔽体可不接地.但因用作电磁屏蔽的导体增加了静电耦合,因此即使只进行电磁屏蔽,也还是接地为好,这样电磁屏蔽也同时起静电屏蔽作用.综上所述,静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽的物理内容、物理条件、屏蔽作用是不同的,所用材料也要从具体情况出发.但它们都是屏蔽电磁场,是有本质联系的.

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1 电磁屏蔽原理

屏蔽一词在生活中已经非常常见,为了保证有用的信号能够顺利的传输,技术人员时常需要屏蔽一些无用的信号。我们可以将屏蔽分为三大类:磁屏蔽、电屏蔽以及电磁屏蔽。进行电磁屏蔽的根本实质就是在敏感设备与干扰源之间进行导体的设置,然后将导体进行有效的接地,进而将从干扰源发出的电力线进行阻挡,将电力线在导体位置停止,从而保护敏感设备。对于干扰源的抑制,究其根本就是利用具有高磁导率的材料所具有的地磁阻特性对于低频磁场起磁分路作用,进而进行磁场的引导,使得磁场可以通过屏蔽体向前传播,从而使得屏蔽体内的磁场减弱,起到保护设备的效果。在高频的电磁场范围内,由于电磁场的辐射能力较强,极其容易发生远场的干扰。远场中的电场和磁场都不能忽略,此时就需要使用电磁屏蔽。电磁屏蔽机理是电磁波传播到不同波阻抗的表面时产生反射,同时电磁波在良电导体中传播时产生很大的衰减,这样可以使得电磁波中的部分能量可以被屏蔽体进行吸收,进而使得屏蔽体内的电磁能量大大的减少,起到良好的屏蔽效果。

2 无线电通信设备的电磁屏蔽技术

2.1 电磁场屏蔽

无线电通信设备的电磁屏蔽简单的说就是借助屏蔽体屏蔽电磁场,使其不能再指定的空间内传播。其屏蔽方法可以概括出如下几点:第一,吸收。即电磁在经过屏蔽体时,并不是所有的电磁能量都被屏蔽,而剩下的一部分能量会通过屏蔽体表面进入到屏蔽体中,此时屏蔽体材料会对这部分能量传播产生一定的衰减作用,即吸收了一部分电磁能量,以此达到预期屏蔽效果。第二,反射。在特殊情况下,电磁屏蔽体主要制作原材料都是金属,金属与空间彼此的交界面阻抗具备不可连续的特性,所以当电磁波经过屏蔽体表面时,这种电磁入射波就会被这不可连续性的阻抗反射,以此达到屏蔽的效果;第三,反射与吸收同时作用,电磁能量经过屏蔽体中时,一部分会被屏蔽体吸收,还有一部分会被反射,由此导致电磁能力越加衰减,从而达到预期屏蔽目的。

2.2 磁场屏蔽

磁场屏蔽的对象主要有两种,一种是低频磁场,另一种是直流磁场。此种屏蔽技术与电磁场屏蔽技术相比水平并不高,主要方法就是借助屏蔽体材料的高导磁性特征的分路作用,来使得好低磁阻或者是磁通在经过屏蔽体内部时被大幅度衰减。但是工作人员需要注意的是,屏蔽体与设备之间要保持比较近的距离,这样才能够有效发挥削减磁通量的作用。另外,设计人在设计屏蔽体时,孔道的设计是关键,以为孔道会使得屏蔽体磁阻特性更加强烈,这就使得屏蔽体无法发挥出最佳的效果。如果场地对屏蔽强度非常强,对屏蔽体有着比较高的要求,则工作人员完全可以运用双层磁屏蔽体实现屏蔽效果。如果外部强磁场进行屏蔽,工作人员要对屏蔽材料给与更多的关注,外层要选择不容易饱和的材料,如果是屏蔽体内部就需要应用饱和性比较强的高导磁材料,若要将内部强磁场进行屏蔽处理,就应该应用次序倒换的材料。

2.3 电场屏蔽

所谓电场屏蔽简单的说就是将电场感应看作是各个电容的耦合。在对电场进行屏蔽时;屏蔽体与被屏蔽的物体要保持非常近的距离,除此之外,要确保屏蔽体具有非常好的接地情况。至于屏蔽体的具体形状,工作人员只需要依照相应的需求进行选择即可,正常情况下,全封闭式的屏蔽体要比开放的屏蔽体具有更好的屏蔽效果,只是现实工作中很难达到全封闭。相比于其他屏蔽技术,电场屏蔽技术对屏蔽体厚度并未有过于严格的要求,基本上导体都能够满足要求,但是对强度要求却比较严格,这一点工作人员要十分注意。

2.4 屏蔽体结构材料要求

第一,如果是用来进行磁场屏蔽,屏蔽体要选择应用铁磁性材料,比如合金、铁等,这些材料都具备高导磁特征,可以吸收大量的磁场能量;第二,如果是用来进行电场屏蔽,屏蔽体底板要应用良导体,选择机壳材料时也应该满足相同的条件,因为良导体能够能够对电磁能量进行反射;第三,如果是在磁场比较高的情况下,屏蔽体既要能够对电场进行屏蔽,又要能够对磁场进行屏蔽,因此要屏蔽体材料结构必须满足条件,此外,材料厚度、接地方法等都要格外注意,因为这些因素看似简单,实际上对屏蔽效果有着直接的影响。除此之外,工作人员还需要尽量避免电气结构出现的不连续性,这样就能够最大程度的对机壳与底板产生的辐射泄露进行强有力的控制。

3 无线电通信设备的电磁屏蔽应用对策

3.1 屏蔽体材料的选择

在对屏蔽材料进行选择时,需要对设备的总体结构、工作环境及工作频率等情况进行综合考虑。在实际实施过程中,通常会选择铝和铜等良导体材料作为高频电子设备的电磁屏蔽体。而硅铜片、钢及电工软件等磁性良好的材料则会被用于低频电子设备的电磁屏蔽体。

3.2 电磁屏蔽中对缝隙的控制

对于通信设备机箱进行密封能够有效地确保电磁干扰的最小化。对于一些有密封要求的通信设备机箱,通常会选择导电密封衬垫对其缝隙进行密封,没有特殊要求的机箱对于其箱体搭接缝隙、侧板及机箱盖板进行密封时可以选择镀铜簧片。其实在现实工作中,不管机箱有没有密封要求,都需要利用环氧树胶导电胶来对导电簧片和导电密封衬垫进行涂抹,而且确保涂抹的均匀性,从而起到良好的电磁屏蔽效果。

4 结论

总之,无线电设备在现实生活应用过程中有很多方法可以屏蔽无用的信号,但是具体选择哪种方法,还需要技术人员依照现实情况来选择,只有符合实际要求,才能够获得预期的经济目标以及社会效益目标,真正的达到预期的屏蔽效果。

摘要：我国现代通信技术已经十分发达,尤其是无线电通信设备的应用,使得远距离传输变得更加容易。无限无线电通信设备通过传输电波来达到远距离传输的目的,要想达到这一目标,设备精密性必须达到一定的要求,但在信息传输期间却时常会受到各种干扰,尤其是电磁以及辐射方面的干扰,要想降低这种干扰,无线电信号播出质量必须到到技术标准。所以技术人员需要采用恰当的屏蔽措施来保证无线电设备在传输信号的过程中不会被干扰。

关键词：无线电通信设备,电磁屏蔽,技术,分析

参考文献

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