电磁屏蔽专业技术

电磁屏蔽技术

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

电磁干扰及其屏蔽

1、屏蔽的基本概念

屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、板、栅等结构形式, 将电磁千扰场限制在一定的空间范围内, 使干扰场经过屏蔽体时受到很大衰减,从而抑制电磁干扰源对相关设备或空间的干扰。屏蔽是抑制电磁干扰源的有力措施之一。从屏蔽的侧重范围可大体分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁场屏蔽三种：

（1）电屏蔽, 即对静电或电场的屏蔽, 防止或抑制寄生电容祸合, 隔离静电或电场干扰。（2）磁屏蔽, 即磁场屏蔽。用于防止磁感应,抑制寄生电感藕合, 隔离磁场干扰。

（3）电磁场屏蔽, 用于防止和抑制高频电磁场电磁波的屏蔽。

（4）屏蔽效能, 即屏蔽前后空间某点的电磁场强度之比, 常用分贝数表示。

2、电场屏蔽

2.1静电屏蔽

静电干扰分为静电场感应作用和静磁场藕合作用。当某电子元器件或电路上具有电荷时, 在其空间就会产生电场当这些电荷流动时, 在其周围空间还同时产生磁场。这种电场和磁场作用到其周围邻近的电路或元件时就将产生感应电流和电压, 这些感应电流和电压又反过来影响原来电路或元件中的电流或电压。在用电设备中通过电场和磁场产生的寄生感应干扰, 统称为静电干扰。

静电干扰可通过静电屏蔽来抑制。设导体A带有正电荷, 则其邻近导体B将由于静电感应而带负电荷, 如图1（a）。

如图1（b）, 如果将导体A屏蔽, 屏蔽体外侧将感应出与A等量的正电荷, 导体A不直接影响导体B, 但导体B同样因屏蔽体的电场感应而带负电,

导体B如何才能避免导体A的静电干扰呢?

如图(C), 将屏蔽体接地, 消除屏蔽体的外电场,导体B才能免受导体A的静电干扰。可见, 将屏蔽体良好接地是防止静电干扰的关键, 接地电阻愈低愈好。

2.2 近场电屏蔽

近场电屏蔽的一种方法就是在感应源与受感器之间加一接地良好的金属板, 把感应源的寄生电容短接到地, 通过抑制寄生电容祸合, 达到电场屏蔽的目的。

3、磁场屏蔽

磁场屏蔽可分低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽两类。任何载流导体或线圈周围都会产生磁场, 磁场随导体电流的变化而变化, 这种变化的磁场常对周围的电子线路或敏感器件造成干扰。电子线路中常存在有环形布线（如线圈、信号环路等）, 强信号环路易形成磁场发射, 弱信号环路则更易受周围交变磁场的干扰。

3.1低频磁场的屏蔽原理

对于低频磁场（含恒定磁场）, 其屏蔽体的屏蔽效能远不如电屏蔽和电磁屏蔽。当磁场频率低于时, 屏蔽措施主要有赖于高磁导率材料所起到的磁分路作用, 利用铁氧体材料如铁、硅钢片、坡莫合金等的高磁导率特性对千扰磁场进行磁场分路, 涡流在其中所起到的屏蔽作用很小。

电场有电力线, 磁场有磁力线, 磁力线通过的路径称为磁路。磁路与电路有类似的特征。磁路具有磁阻, 磁阻与磁路的长短、磁路的截面积及相对磁导系数（相对磁导率金属的磁导率与空气的磁导率之比）有关。磁导率越大, 磁阻就越小, 磁通主要选择通过高磁导率材料。如果磁场中存在高磁导率的磁场通路, 则磁通相对通过周围空气的部分就大为减小, 使得周围空间的磁场干扰也同时大为减少, 客观上起到了磁场屏蔽作用。如图5所示,屏蔽体c由高磁导材料构成, 屏蔽了A的磁场对B的干扰。

3.2高频磁场的屏蔽

高频磁场的屏蔽原理是屏蔽体利用电磁感应现象所产生的涡流反磁场对原干扰磁场的排斥作用来达到屏蔽目的的。屏蔽体材料采用的是低电阻率的良好导体, 如铜、铜镀银等。由法拉第电磁感应定律, 闭合回路产生的感应电动势等于穿过该回路的磁通量的变化率。感应电势伴生感应电流, 感应电流产生的磁通要阻碍原来磁通的变化, 与原来的磁通方向相

反, 即反磁场。如图, 如果选择产生感生电势的载体为良导体的金属板, 则感应电流阻抗近乎于短路而产生涡流, 此涡流产生的反磁场将抵消穿过此金属板的原磁场。反磁场的作用增强了金属板四周的磁场, 看起来就像原磁场从金属板四周绕行而过。如图, 使金属板右侧的空间得到屏蔽。

高频磁场的屏蔽材料需要用良导体, 以减小涡流阻抗, 减小发热和损耗。同时, 要尽量避免在垂直于涡流的方向上有缝隙, 以免阻碍涡流电流的流动, 影响屏蔽效能。由于高频电流的集肤效应, 高频屏蔽盒无需太厚。此外, 屏蔽体是否接地不影响屏蔽效果, 但由于电场屏蔽必须接地, 故若将屏蔽体接地, 就同时具有了电场屏蔽和高频磁场屏蔽的双重作用。

4、电磁干扰的种类

电磁干扰，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

5、电磁干扰的产生

各种无线电通信、广播、电视节目的传送等，都是利用电磁波的传播而工作的。有时收音机中收到的电台附近有频率相近的干扰信号，则收到的广播中将同时伴有讨厌的干扰声；电视信号如果收到频率相近的电磁波干扰或汽车打火、电吹风启动等都将会使图像跳动，画面出现干扰条纹或斑点、声音失真等，这就是由电磁波辐射照成的一种噪声干扰现象。由于产生电磁波的电流频率较高，因而由此产生的电磁场除了具有一般电场和磁场的特性外，还具有高频电磁场的特殊特性。

6、电磁场的屏蔽原理

设有一块厚度为t的无限大金属板，将空间分为两部分，诺设定入射场在左部，发出电磁波自左向右传播至板的右表面，由于空气与金属是两种不同的介质，再板的表面产生反射，使一部分电磁波反射会左边，即反射波。另一部分电磁波射入金属内部，向右继续传播，经过金属板t后，由于金属对电磁波的吸收，磁场强度被消弱。到达金属板右边界面的电磁波，又有一部分反射会金属向左传播；另一部分穿过右界面向右继续传播。