电磁兼容大作业 (1)

电磁干扰与兼容作业

题目：磁场的屏蔽效能计算

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磁场的屏蔽效能计算

电磁屏蔽是用来保护电子设备的一项重要的手段，因此它在研究电磁兼容中占有重要的地位。电磁屏蔽是指以某种材料（导电或导磁材料）制成的屏蔽壳体（实体或非实体）将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内部的电磁场不能泄露出去，外来的辐射电磁场不能不能进入这个区域（或进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减）电磁屏蔽不仅对辐射干扰由良好的抑制效果，而且对静电干扰和传导耦合干扰的电容性耦合、电感性耦合均由明显的抑制作用。

电磁屏蔽可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁屏蔽三类。

1.屏蔽效能的基本概念

屏蔽的目的和分类

在高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其它设备产生干扰。另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中，对电路造成干扰。电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播路径，从而消除干扰。在解决电磁干扰问题的诸多手段中，电磁屏蔽式最基本和有效的。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。屏蔽由两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄露出内部区域，二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。屏蔽作用是通过一个将上述区域封闭起来的壳体实现的。

根据屏蔽的对象不同，可以把屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽。主动屏蔽的对象是干扰源，限制由干扰源产生的有害电磁能量向外扩散。被动屏蔽的对象是敏感体，以防止外部电磁干扰对它产生有害影响。根据屏蔽的作用原理，可以分为静电屏蔽、磁屏蔽电磁屏蔽三种类型。

静电屏蔽的屏蔽体用良导体制作，并有良好的接地。这样就把电场终止于导体表面，并通过地线中和导体表面上感应电荷，从而防止有静电耦合产生的相互干扰。

磁屏蔽主要用于低频下，屏蔽体用于高导磁率材料构成低磁阻通路，把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，有效防止低频磁场的干扰。

电磁屏蔽主要用于高频下，利用电磁波在导体表面上的反射和导体中传播的急剧衰减来隔离时变电磁场的相互耦合，从而防止高频电磁场的干扰。

1.2屏蔽效能的表示和计算

各种屏蔽体的性能，均用该屏蔽体的屏蔽效能来定量评价。屏蔽效能表示屏蔽体对电磁骚扰的屏蔽能力和效果，它与屏蔽材料的性能、骚扰源的频率、屏蔽体至骚扰源的距离、以及屏蔽体上可能存在的各种不连续的形状和数量有关。

传输系数T 是指存在屏蔽体时某处的电场强度E 与不存在屏蔽体时同一处的电场强度0E 之比，

E T E

=

(1)

屏蔽效能shield effectiveness （SE ）定义为在电磁场中同一地点无屏蔽存在时的电磁场强度0E 与加屏蔽体后的电磁场强度E 之比，常用分贝（dB ）表示，

020lg E E SE E ⎛⎫

= ⎪⎝⎭

(2)

传输系数与屏蔽效能互为倒数

120lg

SE T

= (3)

由于屏蔽效能是内吸收损耗和反射损耗及多次反射损耗三部分组成，故传输系数为：

T T T T =⋅⋅吸收反射多次反射

(4)

式中T 吸收，T 反射，T 多次反射分别代表由于屏蔽体的吸收、反射及多次反射所引起的传输系数，故

11120log

20log

20log

SE T T T =++吸收

反射

多层反射

(5)

2. 屏蔽效能的计算

在载有电流的导线、线圈或变压器周围空间都存在磁场。若电流是时变的，则磁场也是时变的，处在时变磁场中的其它导线或线圈就会受到干扰。另外，电子设备中的各种连接线往往会形成环路。这种环路会因外磁场的影响而产生感应电压，即受到外磁场干扰，若环路中有强电流，则会产生磁场发射，干扰其他设备。

减小磁场干扰的方法，除在结构上合理布续，安置元部件外，就是采取磁屏蔽。

2.1 静磁屏蔽的基本原理

无限长磁性材料圆柱腔的静磁屏蔽效能分析。如下图所示，内外半径分别为

,a b 的无限长圆柱腔导体横截面。

采用分离变量法分析无限长磁性材料圆柱腔的静磁屏蔽效能，推导出在一定条件下此屏蔽效能的近似计算表达式。

图1.无限长圆柱导体横截面

磁标位满足拉普拉斯方程

20,

(1,2,3)mi U i ∇==

(6)

边界条件：

12

1223

23,

,,

,

m m m m r

m m m m r

U U r a U U u r r

U U r a U U u r r

∂∂===∂∂∂∂===∂∂

(7)

22

222

110m

U U

U r r r r

r Z θ

∂∂∂∂⎛⎫++= ⎪∂∂∂∂⎝⎭ (8)

依据假定静磁场0B 沿z 轴不变化，从而磁标位沿z 轴不变化，简化成 22

110m m

U U r r r r r θ

∂∂∂⎛⎫+= ⎪∂∂∂⎝⎭ (9)

一般解是

()()()()()()()

0011

,cos sin cos sin n

n m n n

n n n n n U r A L r B r

A

n B n r C n D n θθθθθ∞

∞

-===+++++∑∑

(10)

00,,,,,n n n n A B A B C D 均为待定常数。

如果原点0r =包含在场域中，为使m U 在该点保持有限值

()()()()1,cos sin n m n n n U r r A n B n θθθ∞

==+∑

(11)

远离圆柱腔处，不计磁化电荷的影响，磁场仍是00B uH =，磁标位则是

()()000cos ,m H x H r H U θ-=-=-∇

(12)

所以边界条件，()30,cos m r U H r θ→∞=- 磁标位解可简化为