電磁屏蔽技術分析
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討論了電磁屏蔽技術，包括電磁屏蔽的技術原理、屏蔽材料的性能和應用場合、屏蔽技術的注意事項、屏蔽效能的檢測以及特殊部位的屏蔽措施。
本文引用地址：http://yuyingmama.com.cn/article/179165.htm關鍵詞：電磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽效能
0 引言
近幾年來，隨著電磁兼容工作的開展，電磁屏蔽技術應用得越來越廣泛。為了對電磁屏蔽技術有更深入的理解，應當對屏蔽材料的性能和應用場合、屏蔽技術的注意事項、屏蔽效能的檢測以及特殊部位的屏蔽措施等進行更深入的探討。
1 電磁屏蔽的技術原理
電磁屏蔽是電磁兼容技術的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場強度低于允許值的一種措施；或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內(nèi)部電磁場強度低于允許值的一種措施。
1.1 靜電屏蔽
用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應出與帶電導體等量的負電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導體等量的正電荷，如果將金屬屏蔽體接地，則外側(cè)的正電荷將流入大地，外側(cè)將不會有電場存在，即帶正電導體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。
1.2 交變電場屏蔽
為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之積。只要設法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結(jié)構(gòu)強度為主要考慮因素。
1.3 交變磁場屏蔽
交變磁場屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場屏蔽是利用高磁導率的材料構(gòu)成低磁阻通路，使大部分磁場被集中在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當然要與設備的重量相協(xié)調(diào)。高頻磁場的屏蔽是利用高電導率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場來抵消干擾磁場而實現(xiàn)的。
1.4 交變電磁場屏蔽
一般采用電導率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強度為主要考慮因素。
2 屏蔽效能計算
屏蔽效能（SE）的定義是：在電磁場中同一地點無屏蔽時的電磁場強度與加屏蔽體后的電磁場強度之比。常用分貝數(shù)(dB)表示。
SE=A＋R＋B（1）
式中：A為吸收損耗；
R為反射損耗；
B為多次反射損耗。
2.1 電磁波反射損耗
由于空氣和屏蔽金屬的電磁波阻抗不同，使入射電磁波產(chǎn)生反射作用。而空氣的電磁波阻抗在不同場源和場區(qū)中是不一樣的，分別計算如下。
磁場源近場中的反射損耗R(dB)為
R=20log10{[1.173(μr/fσr)1/2/D]＋0.0535D(fσr/μr)1/2＋0.354}（2）
式中：μr為相對磁導率；
σr為相對電導率；
f為電磁波頻率（Hz）；
D為輻射源到屏蔽體的距離（cm）。
電場源近場中的反射損耗R(dB)為
R=362－20log10[(μrf3/σr)1/2D]（3）
電磁場源遠場中的反射損耗R(dB)為
R=168－10log10(μrf/σr)（4）
2.2 電磁波吸收損耗
當進入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在屏蔽金屬內(nèi)傳播時，由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為
A=0.1314d(μrfσr)1/2（5）
式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。
2.3 多次反射損耗
電磁波在屏蔽層間的多次反射損耗B(dB)為
B=20log10{1－〔(Zm－Zw)/(Zm＋Zw)〕210－0.1A(cos0.23A－jsin0.23A)}（6）
式中：Zm為屏蔽金屬的電磁波阻抗；
Zw為空氣的電磁波阻抗。
當A>10dB時，一般可以不計多次反射損耗。
2.4 屏蔽效能計算實例
場源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠的屏蔽效能（dB）計算結(jié)果見表1。表1中近場和遠場的分界點為λ/2π，λ為電磁場的波長。
表1 場源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠的屏蔽效能dB
| 頻率/Hz | 銅 | 鐵 | 鋁 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 磁場近場 | 電場近場 | 遠場 | 磁場近場 | 電場近場 | 遠場 | 磁場近場 | 電場近場 | 遠場 | |
| 60 | 3.46 | 3.22 | |||||||
| 1k | 24.89 | 14.66 | |||||||
| 10k | 44.92 | 212.73 | 128.73 | 51.50 | 217.50 | 134.00 | |||
| 150k | 69.40 | 190.20 | 130.40 | 188.0 | 308.0 | 248.00 | |||
| 1M | 97.60 | 185.40 | 141.60 | 391.0 | 479.0 | 435.00 | 88.00 | 176.0 | — |
| 15M | 205.0 | 245.0 | 225.0 | 1102.0 | 1143.0 | 1123.0 | 174.0 | 215.0 | — |
| 100M | 418.0 | 426.0 | 422.0 | 1425.0 | 1434.0 | 1430.0 | 342.0 | 350.0 | — |
3 屏蔽的注意事項
3.1 屏蔽的完整性
如果屏蔽體不完整，將導致電磁場泄漏。特別是電磁場屏蔽，它利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場干擾。如果屏蔽體不完整，渦流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣。
3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和應用場合
電磁屏蔽技術的進展，促使屏蔽材料的形式不斷發(fā)展，而不再局限于單層金屬平板模式，屏蔽效能也不斷提高。應用時要特別注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和應用場合。
3.2.1 金屬平板
電子設備采用金屬平板做機箱，既堅固耐用，又具有電磁屏蔽作用。其電磁屏蔽效能與金屬平板材料性質(zhì)、電磁場源性質(zhì)、電磁場源與金屬平板的距離、屏蔽體接地狀況等參數(shù)有關。各種金屬屏蔽材料的性能見表2。
表2 各種金屬屏蔽材料的性能
| 金屬屏蔽材料 | 相對于銅的電導率（σCu=5.8×107Ω/m） | f=150kHz時的相對磁導率 | f=150kHz時的吸收損耗/(dB/m) |
|---|---|---|---|
| 銀 | 1.05 | 1 | 52 |
| 銅 | 1.00 | 1 | 51 |
| 金 | 0.70 | 1 | 42 |
| 鋁 | 0.61 | 1 | 40 |
| 鋅 | 0.29 | 1 | 28 |
| 黃銅 | 0.26 | 1 | 26 |
| 鎘 | 0.23 | 1 | 24 |
| 鎳 | 0.20 | 1 | 23 |
| 磷青銅 | 0.18 | 1 | 22 |
| 鐵 | 0.17 | 1000 | 650 |
| 鋼＃45 | 0.10 | 1000 | 500 |
| 坡莫合金 | 0.03 | 80000 | 2500 |
| 不銹鋼 | 0.02 | 1000 | 220 |
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