電磁干擾及電磁屏蔽的研究與分析

1、 電磁干擾及電磁屏蔽的研究與分析引言隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的高速發(fā)展和電子、電器產(chǎn)品的普遍使用，電磁干擾已成為一種新的社會公害。一方面，電磁輻射會影響人們的身體健康，并且會對周圍的電子儀器設(shè)備造成嚴(yán)重干擾，使它們的工作程序發(fā)生紊亂，產(chǎn)生錯誤動作；另一方面，電磁輻射會泄露信息，使計算機(jī)等儀器無信息安全保障。為防止電磁輻射造成的干擾與泄露，采用電磁屏蔽是主要防范方法之一。1摘要簡單介紹了電磁干擾現(xiàn)象，電磁屏蔽的原理，電磁屏蔽的材料及措施，并對生活中的電磁現(xiàn)象進(jìn)行了分析關(guān)鍵詞電磁干擾 電磁屏蔽 綠色植物 電磁波KEYWORDS：Electromagnetic interference Electromag

2、netic shielding Green plants Electromagnetic wave正文電磁干擾所謂電磁干擾（Electromagnetic Interference），簡稱EMI，是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級的電磁現(xiàn)象。電磁干擾的類型電磁干擾，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。 電磁屏蔽電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)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(qiáng)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

3、路封閉起來，使其內(nèi)部電磁場強(qiáng)度低于允許值的一種措施。電磁屏蔽效能是在電磁場中同一地點(diǎn)無屏蔽時的電磁場強(qiáng)度與加屏蔽體后的電磁場強(qiáng)度之比。屏蔽效能 se包括吸收損失、反射損失和多次反射損失組成。2如圖1所示。即：SE=A+R=B (1)各項(xiàng)計算如表1所示。對表1我們要注意以下幾點(diǎn)：(1)電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之比成為波阻抗，它決定了耦合效率，也決定了導(dǎo)體的屏蔽效能。圖1 屏蔽對入射波衰減示意圖損耗類別計算公式吸收損失/dBA=131.43t反射損失/dB遠(yuǎn)場（d2n）R=108.1-10lg()近場磁場（d2n）R=74.6-10lg()近場電場（d10 dB)，多次反射損耗即可忽略不計。但在屏蔽層較

4、薄或頻率較低時，吸收損耗很小，一般在A10 dB日寸，多次反射作用對屏蔽效能的影響就必須計算。(4)屏蔽效能還和電磁波在良導(dǎo)體中的衰減速度及渦流效應(yīng)有關(guān)。電磁波在良導(dǎo)體中的衰減速度用集膚深度表示：3由上式可以看出頻率高則集膚深度小，就是說屏蔽效果相同時，頻率高，則屏蔽體厚度就小。當(dāng)厚度小時， a就小，這時式(1)主要決定于 b和R項(xiàng)，R與厚度無關(guān)，B是 a的函數(shù)，a 越小側(cè) b就越小。另外屏蔽效能還受到渦流效應(yīng)的影響。在外界電磁場作用下，屏蔽體內(nèi)感應(yīng)的電流產(chǎn)生一個電磁場，后者抵償了引起電流的外界電磁場。這種在屏蔽體內(nèi)感應(yīng)的電流，可以看成是渦流。為了獲得有效的屏蔽作用，屏蔽體的厚度應(yīng)近似于屏蔽體

5、中電磁波波長 擷率越高渦流效應(yīng)就越顯著。 圖2圖2為渦流效應(yīng)控制范圍的屏蔽效能S 隨材料厚度t的變化情況。從圖上可以看出出現(xiàn)了屏蔽材料厚度越薄屏蔽效能越大的區(qū)間。 鐵磁體屏蔽電磁場示意圖 u2遠(yuǎn)大于u1，=0，空氣中的磁感線幾乎垂直于鐵磁體表面，鐵磁體收攏磁力線，使其順著鐵磁物質(zhì)，起到較好的屏蔽作用，屏蔽層越厚，屏蔽效果越好。防治電磁干擾的措施 抑制電磁污染的首要措施是找出污染源；其次是判斷污染侵入的路途，主要有傳導(dǎo)和輻射兩種方式，工作重點(diǎn)是確定干擾量。從電磁干擾源處控制其電磁發(fā)射是治本的方法?？刂聘蓴_源的發(fā)射，除了從電磁干擾源產(chǎn)生的機(jī)理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平外，還需廣泛地應(yīng)用屏蔽（包括

6、隔離）、濾波和接地技術(shù)。 屏蔽主要運(yùn)用各種導(dǎo)電材料，制造成各種殼體并與大地連接，以切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，隔離主要運(yùn)用繼電器、隔離變壓器或光電隔離器等器件來切斷電磁噪聲以傳導(dǎo)形式的傳播途徑，其特點(diǎn)是將兩部分電路的地線系統(tǒng)分隔開來，切斷通過阻抗進(jìn)行耦合的可能。4 濾波是在頻域上處理電磁噪聲的技術(shù)，為電磁噪聲提供一低阻抗的通路，以達(dá)到抑制電磁干擾的目的。例如，電源濾波器對50Hz的電源頻率呈現(xiàn)高阻抗，而對電磁噪聲頻譜呈現(xiàn)低阻抗。 接地包括接地、信號接地等。接地體的設(shè)計、地線的布置、接地線在各種不同頻率下的阻抗等不僅涉及產(chǎn)品或系統(tǒng)的電氣安全，而且關(guān)聯(lián)著

7、電磁兼容和其測量技術(shù)。電磁屏蔽材料1貼金屬箔電磁屏蔽塑料貼金屬箔屏蔽塑料是將鋁箔，銅箔，鐵箔等與塑料薄板，薄片或薄膜，先用粘合劑粘接在一起，然后壓制成型。金屬箔可貼在表層，也可夾在兩層塑料之間。這種屏蔽塑料的優(yōu)點(diǎn)是粘接好，導(dǎo)電性強(qiáng)，屏蔽效果可達(dá)60 70dB，但它不能用于形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2金屬熔射和非電解電鍍屏蔽塑料金屬熔射屏蔽塑料是將鋅或其它金屬經(jīng)電弧高溫熔化后，用高速氣流將熔化后的金屬顆粒粉末吹到塑料的表面， 從而在表面形成一層厚度約為70um 的金屬層。鋅熔射層具有良好的導(dǎo)電性能，體積電阻率在10 - 2cm 以下，屏蔽效果可達(dá)70dB。此法的缺點(diǎn)是金屬與塑料的粘接較差，容易脫落。非電解

8、電鍍法屏蔽塑料一般是將Ni 或Cu / Ni 采用非電解法鍍到ABS 塑料表面，鍍層厚度約為50!m左右。用此法獲得的金屬鍍層導(dǎo)電性好，粘接牢固，屏蔽效果可達(dá)60dB 左右，其缺點(diǎn)是可鍍性好的塑料品種較少。目前，國外采用共混技術(shù)使ABS樹脂與其它塑料共混，從而獲得可鍍性。3碳黑和碳纖維填充復(fù)合型屏蔽塑料碳黑成本低，分散性好，但在塑料基體中的填充量一般要達(dá)到20wt% 40wt% 才能有一定的效果，這樣高的填充量必然影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。美國和日本開發(fā)了一種超細(xì)碳黑，用它與聚丙烯復(fù)合，比重僅為1. 18g / cm3， 屏蔽效果40dB(50 1000MHZ) 。碳纖維比重小(1. 5 1.

9、8 g / cm3 ) ，直徑細(xì)(5 7m) ，長徑比大，具有高強(qiáng)度、高模量、化學(xué)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時還具有強(qiáng)化材料的功能。若直接使用, 由于其導(dǎo)電性較差、含量高從而使得效果不好。如果用化學(xué)鍍等方法在碳纖維表面鍍上一層金屬膜，這樣在較低的填充量下就可獲得較好的效果。4金屬粉和金屬纖維填充型復(fù)合屏蔽塑料銀導(dǎo)電性能優(yōu)良，且抗氧化，人們最初使用銀粉，但銀是貴金屬，因而僅在特殊場合使用。銅的導(dǎo)電性好，價格適中，但銅的密度大，難以分布均勻，且易氧化，影響了導(dǎo)電性從而也降低了材料的屏蔽性能?，F(xiàn)在人們常用鎳粉代替銅粉，或者銅粉、鎳粉和銀粉混合使用。一般說來，屏蔽塑料的性能取決于導(dǎo)電填料的導(dǎo)

10、電性以及它們之間的相互搭接程度。使用長徑比大的金屬纖維由于彼此容易搭接，可以獲得較佳的導(dǎo)電性。通常的導(dǎo)電填料有銅纖維、鎳?yán)w維或不銹鋼纖維。近年來，金屬纖維的使用顯著增加，借助微振動切割技術(shù)制得的黃銅纖維價格低，填充用量少。鐵纖維填充材料是新開發(fā)的品種，其綜合性能優(yōu)良，加工成型性好。不銹鋼纖維耐磨、耐腐蝕、抗氧化且導(dǎo)電性好，彎曲強(qiáng)度高，但是價格貴。由于金屬纖維一般加工困難，人們常用表面鍍金屬的碳纖維代替純金屬纖維。這種纖維可在較低的填充量時取得較好的屏蔽性能。由于這種屏蔽材料的性能與鍍層金屬，纖維長徑比，纖維與金屬鍍層的接合強(qiáng)度等許多因素有關(guān)，因此國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。Shinn -

11、Shyong TZng 等比較了使用不同碳纖維和鍍層金屬時屏蔽材料的性能。結(jié)果表明ENCF / ABS 復(fù)合材料的屏蔽效果比ECCF /ABS 復(fù)合材料好，這是因?yàn)殒嚥灰籽趸?，且與碳纖維的接合強(qiáng)度比銅的要高。Chi - Yuan Huang 和Jui - Fen Pai 等討論了纖維類型、鍍池負(fù)載、鍍液pH值和溫度等因素的影響。K. B. Cheng 等人發(fā)現(xiàn)纖維的編織結(jié)構(gòu)有助于提高材料的屏蔽性能。生活中典型的電磁干擾現(xiàn)象一個典型的電磁干擾現(xiàn)象是電視機(jī)屏幕上的干擾條紋。這些條紋來自附近的數(shù)字設(shè)備，例如個人計算機(jī)、VCD、DVD或其它數(shù)字視頻設(shè)備。根據(jù)電磁理論，導(dǎo)體中變化的電流會產(chǎn)生電磁場輻射，

12、電流變化率（頻率）越高，則輻射效率越高。因此任何依靠高頻電流工作的電子設(shè)備在工作時都會產(chǎn)生電場波輻射。這些電場波會對附近的敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾。數(shù)字視頻設(shè)備與電視接收機(jī)之間的干擾問題之所以十分突出，就是因?yàn)殡娨暀C(jī)是靈敏度很高的電場波接收設(shè)備，而數(shù)字脈沖信號中含有豐富的高次諧波，這些高次諧波的輻射效率很高。 提出問題：綠色植物能否吸收和屏蔽電磁波？沒有任何論文和實(shí)驗(yàn)可以支持這種說法。這種誤解的產(chǎn)生或許是因?yàn)橄扇苏朴泻軓?qiáng)的抗紫外線輻射的能力，但這并不代表著仙人掌可以幫你抵擋電器的電磁輻射。 電腦的電磁輻射則主要來源于電腦里的各種電路，你把電腦打開，身體就會受到電磁輻射；你把電腦關(guān)閉，電磁輻射也就立刻停止了。傳統(tǒng)的CRT顯示器會因?yàn)殪o電而吸附一些灰塵，但這些灰塵本身不會產(chǎn)生電磁輻射。目前我們常用的液晶顯示器本身是沒有輻射的，顯示器內(nèi)部的燈管是輻射源，這樣的輻射和一個小燈管的輻射沒什么差別。電磁輻射的強(qiáng)弱主要是由電腦本身決定的，仙人掌無法將其屏蔽或吸附。綠色植物并非是一種屏蔽材料，不具備屏蔽電磁波的作用。但是從另一方面講，有實(shí)驗(yàn)證明，頻率為1MHz的電磁波經(jīng)過0.17米的海水之后，其振幅就會衰減到原來的一半。從而從某種意義上講，綠色植物具備一定的削弱電磁