电磁屏蔽理论简单分析资料报告

电磁屏蔽理论分析

随着现代科学技术的发展，各种电子电气设备为人们的日常生活及社会建设提供了很大帮助，同时由此产生的电磁辐射与干扰问题又制约着人们的生产和生活，它不仅影响通讯甚至直接威胁到人类的健康及我们赖以生存的自然环境，因此有关电磁屏蔽问题受到人们的极大关注。

所谓电磁屏蔽就是利用导电或导磁材料将电磁辐射限制在某一规定的空间围，按其原理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。

一、静电屏蔽

1、外电场屏蔽

下图1为利用导体空腔屏蔽外部静电场的原理示意图。A 为需要屏蔽的物体，S为导体屏蔽空腔，在静电平衡条件下空腔外表面两侧感应出等量异号的电荷，电力线终止于导体外表面上，整个腔为等位体，腔无电力线，因而实现腔物体不受外电场影响的目的。

图1

2、电场的屏蔽

当屏蔽带电体的电场时，除了要用导体空腔将带电体屏蔽起来外，还必须将屏蔽空腔接地。图2为屏蔽腔不接地状态下的电力线分布情况，屏蔽腔的表面感应出于带电体等量的负电荷，外表面感应出等量的正电荷。若将屏蔽腔接地，如图3所示屏蔽空腔外表面所感应的电荷将通过接地线流入，外部电场消失，电力线被限制在屏蔽空腔部起到屏蔽作用。

图2 图3

二、稳横磁场的屏蔽

静磁屏蔽的目的是防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域，其依据的原理是利用高导磁材料所具有的低磁阻特性，使磁感线大部分从磁性介质中穿过，

从而导致磁场在磁性介质中明显加强, 而在磁性介质所包围的区域则明显减弱，起到屏蔽作用。如图4所示。

图4

定量分析

如下图

n为界面法线单位矢量，从介质1指向介质2，由边界条件

12

u u

>> (1)

()

21

n B B

⋅-=（2）

其中

s

J为面电流密度，对于稳恒磁场，

s

J=0

()

12

n H H

⨯-=（3）

由（2）（3），得

2211

sin sin

H H

θθ

=（4）

2211

cos cos

B B

θθ

=（5）

分界面

n

2

u

1

u

22

H B

2

θ

1

θ

11

H B

又B

H u

=，得

212121

sin sin B B

u u θθ= （6） 由（5）（6）得

11

22

tan tan u u θθ= （7） 由（7）可知当12u u >>时，得12θθ>>，从而由

12

21

cos cos B B θθ=得12B B >>。由此知大部分磁场能量并没有进入磁导率为2u 的介质中，而是存在磁导率为1u 的介质中。假如磁导率为1u 的介质做屏蔽体，磁导率为2u 的介质2所在空间为所要屏蔽的空间，那么介质2所在空间磁场强度大大减弱，起到屏蔽作用

三、电磁屏蔽理论分析

首先我们引入几个量方便我们解决问题： 一、1、电磁波的阻抗

E Z H

=

具有电阻的量纲，经进一步整理，

Z =

0Z =Ω; 这是一个很关键的中间量，在以下的计算中我们会一直借助这个量来详细的讨论平面垂直入

射的电磁波的屏蔽情况。 假设

123Z Z Z 、、是屏蔽层外、中、腔的波阻，屏厚L ，

i E i H 分别是屏外的电磁场的电场和磁场的分量，

t E t H 分别是屏的电磁场的电场和磁场的分量（由于屏腔电磁波的多次反射效应较弱，

在此我们就将其忽略不计） 2、反射系数r

i E E ρ=

3、传输系数t i

E E τ=

，

设电磁波的传播方向与屏蔽层表面法线成θ角，

i v r v t v 表示入射波、反射波、传输波的传送方向，

i θ r θ t θ表示入射波入射角、传输波的出射角和传输波的折射角；

利用电场和磁场分量在界面切线方向连续的原理： 所以

cos cos cos i i r i t t E E E θθθ+= i r t H H H -=

1i

i

E Z H = 12r

r t

t

E Z H E Z H ==

r

21r 1121

cos cos cos cos i i r i i i i t E Z Z E Z H

E E H Z Z Z θθρθθ-====+

t

2

t 22211211

2cos cos cos t i i i i i t E Z E H Z Z Z E E H Z Z Z Z Z θτθθ===⋅=+

当θ=0时，我们便可以得到：

2121

2

21

Z Z Z +Z 2Z Z +Z ρτ-=

=

（ρ+τ=1）

对于电磁波在介质中的传播规律的方程组如下：

y x x y x

H E E z

t

H E z t

σε

∂∂-

=+∂∂∂∂=-∂∂

设0j t x E E e ϖ=

∴解为0t j t x E E e e γϖ-=

0t j t y H E e e j γϖγ

ϖμ

-=

其中

(

)2j j t j γϖμσϖγαβαϖβϖ

=+=+==

良导体时

σαβεϖ→∞⇒== 1j γδ

+=

（δ=）

电介质时00,j σαβγ→⇒===