電磁屏蔽技術

淺談電磁屏蔽技術郝君卿（新疆工程學院烏魯木齊830000）摘要：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。本篇論文主要探究了電磁屏蔽的定義、電磁屏蔽的分類、電磁屏蔽的屏蔽機理和效能，分析了電磁屏蔽在現(xiàn)實生活中的應用。關鍵字：電磁屏蔽，原理，應用0引言電磁波是電磁能量傳播的主要方式，高頻電路工作時，會向外輻射電磁波，對鄰近的其它設備產(chǎn)生干擾。另一方面，空間的各種電磁波也會感應到電路中，對電路造成干擾。電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播途徑，從而消除干擾。在解決電磁干擾問題的諸多手段中，電磁屏蔽是最基本和有效的。在現(xiàn)如今電與磁高速發(fā)展的時代，電磁屏蔽對我們的生活和工作越來越重要。1屏蔽的定義屏蔽是電磁兼容工程中廣泛采用的抑制電磁干擾的有效方法之一。它是利用導電或?qū)Т挪牧现瞥傻慕饘倨帘误w將電磁干擾源限制在一定范圍內(nèi)，使干擾源從屏蔽體的一面耦合或輻射到另一面時受到抑制或衰減。屏蔽有兩個目的：一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該內(nèi)部區(qū)域；二是防止外來的輻射干擾進入某一區(qū)域。2.1屏蔽的分類屏蔽的分類法有很多種。根據(jù)屏蔽的工作原理，可以將屏蔽分為電（場）屏蔽、磁（場）屏蔽和電磁屏蔽三大類。電場屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽；磁場屏蔽包含靜磁屏蔽（恒定磁場屏蔽）和交變磁場屏蔽。2.2電場屏蔽原理電場屏蔽簡稱電屏蔽，其目的是減少設備（或電路、組件、元件等）間的電場感應，它包括靜電屏蔽和交變電場屏蔽。①.靜電屏蔽電磁場理論表明，置于靜電場中的導體在靜電平衡的條件下，具有下列性質(zhì)：⑴.導體內(nèi)部任何一點的電場為今。⑵.導體表面任何一點的電場強度矢量的方向與該點的導體表面垂直。⑶.整個導體是一個等位體。⑷.導體內(nèi)部沒有靜電荷存在，電荷只能分布在導體表面。內(nèi)部存在空腔的導體，在靜電場中也具有上述性質(zhì)。因此，如果把有空腔的導體置入靜電場中，由于空腔導體的內(nèi)表面無靜電荷，空腔空間中也無電場，所以空腔導體起了隔離外部靜電場的作用，抑制了外部靜電場對空腔空間的干擾；反之，如果把空腔導體接地，即使空腔導體內(nèi)部存在帶電體產(chǎn)生的靜電場，在空腔導體外部也無由空腔導體內(nèi)部存在得帶電體產(chǎn)生的靜電場。這就是靜電屏蔽的理論依據(jù)，即靜電屏蔽原理。所以，靜電屏蔽必須具有兩個基本要點，即完整的屏蔽導體和良好的接地。2.3磁場屏蔽原理②.交變電場的屏蔽微控制器的C52式中:u為鐵磁材料的磁導率（H/m）;S為磁路的橫截面積（m2）;l為磁路的長度（m）。A輸微控制器的C52式中:u為鐵磁材料的磁導率（H/m）;S為磁路的橫截面積（m2）;l為磁路的長度（m）。A輸號信次電源卑嵯.次電壓取祥t變壓器屋童

白停信號

*-兵統(tǒng)電源輸入圖2螺旋環(huán)磁場屏蔽圖1電場屏蔽框圖顯然，磁導率大則磁阻Rm小，此時磁通主要沿著磁阻小的途徑形成對于交變電場的屏蔽原理，可以用電路理論加以解釋，此時干擾源與被干擾對象之間的電場感應可以用分布電容來描述。設干擾源g上有一交變電壓Ug，在其附近產(chǎn)生交變電場，置于交變電場中的接收器s通過阻抗Zs接地，十擾源對接收器的電場感應耦合可以等效為分布電容Ce的耦合，于是形成了由Ug、Zg、Ce和Zs構(gòu)成的耦合回路。接收器上產(chǎn)生的干擾電壓Us為：j?CeZsUs= Ug1+j?Ce(Zs+Zg)從式中可以看出，干擾電壓Us的大小與耦合電容Ce的大小有關。為了減小干擾，可使干擾源與接收器盡量遠離，從而減小Ce使干擾Us減小。如果十擾源與接收器間的距離受空間位置限制無法加大時，則可采用屏蔽措施。磁場屏蔽簡稱磁屏蔽，是用于抑制磁場耦合實現(xiàn)磁隔離的技術措施，它包括低頻磁場屏蔽和高頻磁場屏蔽。①.低頻磁場屏蔽低頻（100kHz以下）磁場的屏蔽，是利用鐵磁性材料（如鐵、硅鋼片、坡莫合金等）的磁導率、磁阻小，對磁場有分路作用的特性來實現(xiàn)屏蔽的。由磁通連續(xù)性原理可知，磁力線是連續(xù)的閉合曲線，這樣可把磁通管所構(gòu)成的閉合回路稱為磁路，磁路理論表明Um=Rm①m式中：Um為磁路中兩點間的磁位差；①m為通過磁路的磁通量，且中m=jB?dSRm為磁路中a，b兩點間的磁阻，有jbH?dIRm= jB?dS如果磁路橫截面是均勻的，且磁場也是均勻的，則上式可化簡為回路。由于鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率0大得多，所以鐵磁材料的磁阻很小。將鐵磁材料置于磁場中時，磁通將主要通過鐵磁材料，而通過空氣的磁通將大為減小，從而起到磁場屏蔽的作用。使用鐵磁材料作屏蔽體時要注意下列問題：⑴.所用鐵磁材料的磁導率越高，屏蔽罩越厚（S越大），磁阻Rm越小，屏蔽效果越好。為了獲得更好的磁屏蔽效果，需要選用高磁導率材料，并要使屏蔽罩有足夠的厚度，有時需用多層屏蔽。所以，效果良好的鐵磁屏蔽體往往是既昂貴又笨重。⑵.用鐵磁材料做的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應開口或有縫隙。因為若縫隙垂直于磁力線，則會切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。⑶.鐵磁材料的屏蔽不能用于高頻磁場屏蔽。因為高頻時鐵磁材料中的磁性損耗（包括磁滯損耗和渦流損耗）很大，導磁率明顯下降。②.高頻磁場屏蔽高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導體材料，如銅、鋁等。其屏蔽原理是利用電磁感應現(xiàn)象在屏蔽體表面上所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達到屏蔽目的，也就是，利用了渦流反磁場對于原干擾磁場的排斥作用，來抑制或抵消屏蔽體外的磁場。2.4電磁屏蔽原理通常所說的屏蔽，多半是指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場，一般也指高頻交變電磁屏蔽。電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間傳播的一種措施，屏蔽體的材料是金屬導體或其他對電磁波有衰減作用的材料。屏蔽效能的大小與電磁波的性質(zhì)及屏蔽體的材料性質(zhì)有關。交變場中，電場和磁場總是同時存在的。在頻率較低的范圍內(nèi)，電磁十擾一般出現(xiàn)在近場區(qū)。如前所述，近場隨著干擾源的性質(zhì)不同，電場和磁場的大小有很大差別。高電壓、小電流干擾源以電場為主，磁場干擾可以忽略不計，這時就可以只考慮電場屏蔽，低電壓、大電流干擾源以磁場十擾為主，電場干擾可以忽略不計，這時就可以只考慮磁場屏蔽。隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產(chǎn)生輻射電磁場，并趨向于遠場干擾。遠場干擾中的電場干擾和磁場干擾都不可忽略，因此需要將電場和磁場同時屏蔽，即電磁屏蔽。高頻時即使在設備內(nèi)部也可能出現(xiàn)遠場十擾，需要進行電磁屏蔽。如前所述，采用導電材料制作的且接地良好的屏蔽體，就能同時起到電場屏蔽和磁場屏蔽的作用。3.1屏蔽效能的表示屏蔽體屏蔽效果的好壞用屏蔽效能來度量。它與屏蔽體的材料性能、干擾源的頻率、屏蔽體至干擾源的距離，以及屏蔽體上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關。屏蔽效能被定義為不存在屏蔽體時某處的電場強度E0與存在屏蔽體時同一處的電場強度Es之比，常用分貝（dB）表示，即ESEe=20lgE0S或者不存在屏蔽體時某處的磁場強度H0與存在屏蔽體時同一處的磁場強度Hs之比，即HSEh=20lgHS

100 500Freqiieucv(NIHz)10001500圖3屏蔽效能圖100 500Freqiieucv(NIHz)100015003.2屏蔽的傳輸理論電磁屏蔽的機理有3種理論：⑴.感應渦流效應。這種理論解釋電磁屏蔽機理比較形象、易懂，物理概念清楚，但是難以據(jù)此推導出定量的屏蔽效果表達式，且關于干擾源特征、傳播介質(zhì)、屏蔽材料的磁導率等因素對屏蔽效能的影響也不能解釋清楚。⑵.電磁場理論。嚴格來說，電磁場理論是分析電磁屏蔽原理和計算屏蔽效能的經(jīng)典學說，但是由于需要求解電磁場的邊值問題，所以分析復雜且求解繁瑣，在實際中很少應用。⑶.傳輸線理論。它是根據(jù)電磁波在金屬屏蔽體中傳播的過程與行波在傳輸線中傳輸?shù)倪^程相似，來分析電磁屏蔽機理，定量計算屏蔽效能。這一理論和方法不僅可以簡明分析屏蔽理論，而且還能比較方便地定量計算屏蔽效果。按照傳輸線理論，屏蔽體對于電磁波的衰減有3種不同機理：⑴.在空氣中傳播的電磁波到達屏蔽體表面時，由于空氣和金屬交界面的阻抗不連續(xù)，在分解面引起波的反射。⑵.未被屏蔽體表面反射而透射進入屏蔽體的電磁能量，繼續(xù)在屏蔽體內(nèi)傳播時被屏蔽材料衰減。⑶.在屏蔽體內(nèi)尚未衰減完的剩余電磁能量，傳播到屏蔽體的另一個表面時，又由于金屬和空氣阻抗的不連續(xù)在其交界面再次反射，并重新折回屏蔽體內(nèi)。這種反射在屏蔽體內(nèi)的兩個界面之間可能重復多次。4.1應用領域筆記本電腦、GPS、ADSL和移動電話等3c產(chǎn)品都會因高頻電磁波干擾產(chǎn)生雜訊，影響通訊品質(zhì)。另若人體長期暴露于強力電磁場下，則可能易患癌癥病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢在必行的制程。導電漆EMI導電漆噴涂技術具有高導電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡單等特點，廣泛應用于通訊制品、電腦、便攜式電子產(chǎn)品、消費電子、網(wǎng)絡硬件、醫(yī)療儀器、家用電子產(chǎn)品和航天及國防等電子設備的EMI屏蔽。騰飛金屬科技有限公司的TF-801導電漆適用于各種塑膠制品的屏蔽。噴涂導電漆解決了因做金屬屏蔽罩受空間限制、操作、成本壓力的限制，因其導電漆噴涂操作極其簡單，做到了塑膠金屬化，而受到越來越多的關注及推廣。屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導電的作用，從而屏蔽電磁波干擾的功能。屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。導電漆就是用導電金屬粉末添加于特定的樹脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料.廣泛使用的有以下具體的幾種類型產(chǎn)品：添加銀金屬粉末的稱之為"TF-801銀導電漆";添加銅粉的稱之為〃TF-609銅導電漆〃;添加竦粉的為"TF-606竦導電漆〃；其中以"TF-801銀銅導電漆〃使用最為廣泛因為相比TF-828銀導電漆價格便宜很多，相比TF-606竦導電導電性能也相對好很多。66相關文獻4.2產(chǎn)品介紹TF-801是一款銀銅導電漆。直接噴涂在電子類焊接式電磁屏蔽室產(chǎn)品殼體內(nèi)部，漆膜干燥后能起到很好的屏蔽電磁輻射、抗電磁波干擾功能。因其優(yōu)良的導電性能和純銀導電漆相差無幾，性價比又極高，如今被廣泛應用于GPS、DVD、DVB醫(yī)療器械等各類電子產(chǎn)品外殼內(nèi)部。銀包銅導電漆TF-828是采用優(yōu)秀的銀包銅導電粒子，是一種高導電性高致密性的填充材料，是采用先進的化學鍍技術，經(jīng)過特定的成型及表面處理工藝，在超細銅粉表面形成不同厚度的銀鍍層。它既克服了銅粉易氧化的缺陷，又解決了銀粉價格昂貴、易遷移的問題。它是一種取代部份純銀導電漆的新材料，廣泛應用于燒結(jié)漿料、電子漿料及電子、電工、通訊產(chǎn)品的導電、電磁屏蔽，是很有發(fā)展前途的導電漆。5總結(jié)通過以上的闡述，十分清楚的闡明了電磁屏蔽的定義、電磁屏蔽的分類、電磁屏蔽的屏蔽機理和效能，通過對TF-801產(chǎn)品的介紹充分表明了現(xiàn)在電磁屏蔽的發(fā)展。電磁屏蔽技術在現(xiàn)實生活中的應用早已深入到各行各業(yè)，這一技術的應用使我們的生活越來越舒適方便。本論文旨在讓大家認識了解電磁屏蔽這一技術。我們生在一個到處充滿電與磁的時代，在享受它們帶來的便捷時，我