电磁场论文 ——电磁屏蔽中屏蔽技术的分析和应用

《电磁场与电磁波课程》
论文（设计）
题目：电磁兼容中屏蔽技术的分析和应用
摘要
随着电子产品的广泛应用以及电磁环境污染的加重，对电磁兼容性设
计的要求也越来越高，作为电磁兼容设计的主要技术之一——屏蔽技术的
研究也就愈显得重要。

本文从电磁屏蔽技术原理出发，讨论了屏蔽体结构、
屏蔽技术分类、屏蔽材料的选择以及所要遵循的原则，在电子设备实施具
体的电磁屏蔽时提供了重要的依据。

同时分析了电磁干扰形成的危害，介
绍了工程上解决电磁干扰问题的几种常用方法。

关键词：电磁屏蔽电磁干扰屏蔽技术
Abstract
With the wide application of electronic products and electromagnetic environment pollution is getting worse,electromagnetic compatibility of the requirements of the design is also higher and higher.Shielding techniques,as an important designing technical of the electromagnetic compatibility is also unavoidable.This article along with the electromagnetic shielding technology principle, discusses the shielding body structure, shielding technology classification,the choice of shielding materials and the principle to observe,and provides an important basis in the electronic equipment implementation of specific.It also analyzes the harm of electromagnetic interference,introduces several common method solving engineering problems of the electromagnetic interference .
Keywords：electromagnetic shielding ;interference; method
目录
序言 (4)
1 电磁干扰 (5)
1.1 电磁干扰定义 (5)
1.2 电磁干扰分类 (5)
1.3 电磁干扰传播途径 (5)
2 电磁兼容 (5)
2.1电磁兼容定义及内涵 (5)
2.2设计思想 (6)
3 电磁屏蔽 (6)
3.1屏蔽原理 (7)
3.2电屏蔽 (7)
3.3磁屏蔽 (8)
3.4电磁屏蔽 (8)
3.4.1电磁屏蔽原理 (8)
3.4.2电磁屏蔽设计原则 (9)
参考文献： (10)
序言
在我们的生活环境中，存在着各种各样的电磁干扰。

随着电子设备与系统应用的日益广泛，电子系统之间的干扰将十分复杂。

而无线通信技术和高速数字系统的飞速发展又进一步加剧了这种相互影响。

为了保证各种设备正常的工作，电磁兼容问题已不容小觑。

我们有必要对各种性质的干扰源产生的干扰进行理论分析，对相应的屏蔽措施进行深入探讨，以得到最佳的抗干扰效果。

同时分析影响电子设备屏蔽效能的主要因素，对实践中可能出现的问题给出特殊具体的屏蔽方法。

目前，经过科研人员的不懈努力，我国在电磁屏蔽方面取得了显著成绩。

据2009年新华网新闻报道：《解放军列装高性能屏蔽布可应对电磁武器攻击》，说我们的军队成功地研制了高性能电磁屏蔽布，目前该成果已定型列装部队，壮大了我们国家的军事力量。

同年时期，华夏高科技产业创新奖评审委员会组织，对“电磁屏蔽用碳纤维复合颗粒料与复合材料的研发”项目进行了成果鉴定并通过鉴定。

在生活中用到屏蔽的例子也不少见，如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮，高压带电作业(500千伏带电作业用的屏蔽服)，汽车外的天线，有线电视信号线,在服务区怕被人打手机,又不能关机,找个金属盒子装进去,就变成了"您拨打的用户不在服务区"等等真是屡见不鲜。

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1 电磁干扰
1.1 电磁干扰定义
电磁干扰，英文名称Electromagnetic Interference，简称EMI。

是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的。

1.2 电磁干扰分类
一般电磁干扰分为两大类：自然干扰与和人为干扰。

自然干扰主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。

人为干扰是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射。

1.3 电磁干扰传播途径
电磁干扰的传播途径有三种：辐射、感应和传导。

若干扰是由干扰源辐射的电磁波传播到被干扰部件区域所造成的，称为远场辐射干扰。

当干扰源与被干扰部件距离较小时，通过空间的电磁耦合会引入被干扰部件，这种传递方式称为近场感应。

干扰通过干扰源和被干扰电路之间的公共阻抗而引入被干扰电路的传递方式称为传导。

总之，干扰的构成主要有三个因素：干扰源、合适的干扰途径及敏感部件。

2 电磁兼容
2.1电磁兼容定义及内涵
所谓电磁兼容，英文名称Electromagnetic Compatibility，简称EMC。

按照国
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家标准术语（GB/T4765-1995）定义为：设备或系统在其他电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不必要的电磁骚扰的能力。

实质上电磁兼
容包含两层意思：第一，任一电子设备或系统应具有一定的抗电磁干扰的能力，使其在电磁环境中能正常工作；第二，设备正常工作时产生的电磁干扰应抑制
在一定水平，不能对同一环境中的其他任何事物构成不能承受的电磁骚扰。

2.2设计思想
从电磁兼容的定义可以看出，电磁兼容设计应从电磁干扰特性（EMI ）和电
磁耐受特性（EMS ）两个方面进行考虑。

从EMS 角度看，主要的干扰源有射频干
扰、静电干扰、电力干扰和自干扰。

在系统设计中降低射频干扰的有效措施是
合理地利用无线电频谱。

所谓频谱利用问题包含两个方面的意思。

第一是频谱的分配。

无线电是稀
缺资源，为了合理使用无线电资源，国际和各国均有相关规定。

第二是频谱的
节约与发掘，即采用各种技术措施以提高频谱的利用率，例如采用压缩语音频
带技术，单边带技术等，从根本目的上说都是为了提高电磁兼容能力。

在进行电磁兼容设计需要考虑的两个重要参数：（1）敏感门限电平。

使系
统或设备不能正常工作的干扰临界电平称为敏感门限电平。

（2）电磁兼容性安
全系数。

电磁兼容性安全系数)(dB m 定义为
l s P P m -=，式中s p 为以分贝表示的设备或系统的敏感门限电平，l p 为以分贝表示的设备或系统实际接收的干扰电
平。

显然从安全出发，m 越大越好，但其投资的费用也就增加。

如果设备或系统不能满足安全系数的要求，则应采取防护措施，例如合理
布局，将干扰源与敏感设备作空间隔离；或采用时间分割，也可采用时间与空
间分离；此外还可以采用频率分离和计划分离等措施，也可以直接增强系统、
系统中某些设备、设备中的某些电路或元器件的抗干扰能力。

例如采用屏蔽技
术以切断近场效应或远场辐射等干扰的传递途经，采用滤波技术抑制干扰源和
消除与干扰信号间的耦合；采用良好的接地系统，减少通过公共地电阻而引起
的相互干扰。

总之，可采用各种隔离干扰技术来提高电磁兼容能力。

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3 电磁屏蔽
3.1屏蔽原理
屏蔽就是利用导电或导磁材料制成盒状或网状而将电场或磁场的影响限制
在某空间区域，即在某给定空间防止来自外部的电磁干扰或防止由内自外的电
磁干扰。

也就是说，用铜或铝等低阻材料或导磁率高的磁性材料制成所需形状
的容器，将需要隔离的空间包围起来，这种防止电磁干扰所采取的方法称之为
屏蔽。

屏蔽的理论基础是电磁波的反射与吸收，投射到屏幕罩上的电磁能量一部
分被反射回去，另一部分被屏蔽罩吸收。

屏蔽的效果一般是用屏蔽前后同一点
场强的比值来表征，称为屏蔽效能（Shielding Effectiveness ）. r a tunnel inc SE SE E E dB SE +==lg 20)(
式中inc E 、tunnel E 分别称为屏蔽前后的场强，a SE 为吸收屏蔽效能，r SE 为反
射屏蔽效能。

在线性电路中，由于干扰电压与干扰场强成正比，屏蔽效能又可
定义为屏蔽前后同一元件上干扰电压之比，即
)'lg(20)(B B U U dB SE = 式中B U 为屏蔽前B 点受电场干扰的电压，'B U 为屏蔽后同一点受电场干扰的电
压。

屏蔽的方法可分为三种，即防止静电耦合干扰的电磁屏蔽、防止低频磁场
干扰的磁屏蔽和防止高频电磁场的电磁屏蔽。

3.2电屏蔽
电屏蔽（Electrical Shielding ）又称为静电屏蔽。

它的作用是防止静电场的影
响，消除两个设备和电路之间由于分布电容耦合所产生的影响。

例如有一带正 7
电荷Q 的导体A 置于金属盒B 中，由高斯定理不难证明，金属盒的内表面感应
产生-Q 电荷，在金属盒的外表面集结+Q 电荷，由外表面电荷所建立的电场将干
扰其他设备。

如果将金属盒接地，金属盒与地等电位，盒外的+Q 流入大地，盒
内电荷产生的电场不影响其他设备的工作，也就是说金属盒使盒内电荷产生的
电力线不能到达盒外部，从而达到屏蔽的目的。

静电屏蔽最常用的材料为导电良好的铜或铝，要求不高时也采用薄钢板。

对于有源静电屏蔽，其屏蔽效果主要取决于金属壳体的接地质量。

屏蔽体与地
面间的阻抗越小，屏蔽效果越好。

3.3磁屏蔽
磁屏蔽（Magnetic Shielding ）是利用高导磁率材料将磁场封闭在它的厚壁之
中，一般用于10KHz 以下的低频。

如果将磁干扰源屏蔽于高磁导率材料制成的
壳中，称为对外磁屏蔽或有源磁屏蔽。

此时，其产生的磁力线的绝大部分将集
中于磁阻很低的壳体内，只有极少的磁力线从壳体内泄露到壳体外部。

泄露的
磁通称为磁漏通，磁漏的多少取决于壳体材料的磁导率与壳体的厚度。

多层磁
屏蔽可以减少磁漏。

若磁干扰源在磁壳的外部，用以防止其对磁壳内设备或电路的影响，称之
为对内磁屏蔽或无源磁屏蔽。

此时因屏蔽层的磁导率很高，磁阻低，只有少量
磁力线通过磁屏蔽壳而进入壳内空间。

在理想情况下，取∞=u 的材料制成屏蔽
壳，可完全隔绝外界磁场的影响，但实际上，这是难以实现的。

不管是有源还
是无源磁屏蔽，都不需要将屏蔽壳接地。

有时，为了消除磁屏蔽壳体内附近设
备之间的静电影响，才采取接地措施。

3.4电磁屏蔽
3.4.1电磁屏蔽原理
利用电磁能量在良导电媒质中急剧衰减的原理，根据所屏蔽的电磁波的
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频率，选择透入深度小的材料，制成一定厚度（通常厚度c h πδ2=）的屏蔽罩。

但由于高频时铁磁材料的磁滞损失大，发热显著，对被保护装置不利，常采用
低磁导率的金属材料。

实际上，在高频电磁场中，电场和磁场是相互依存的，
因此只要对两者之一进行屏蔽，另一方也将不复存在。

一般情况下，采用非铁
磁材料的良导体金属板屏蔽罩接地方法，即可有效地屏蔽高频磁场。

在不适宜
用金属板作屏蔽时，可以用金属网，这时电磁波在网中的吸收损耗甚小，主要
是反射损耗。

网孔愈小，导线愈粗或屏蔽的空间越大，则屏蔽效果愈好。

当要
求100dB 以上的屏蔽效果时，可采用多层金属网，将铁磁材料与非磁性良导体
材料交替构成多层屏蔽的效果更好。

3.4.2电磁屏蔽设计原则
（1）若波源距屏蔽金属板较近时，不仅要考虑辐射场，而且要考虑近区感应
场，两者的屏蔽效能是有差别的。

（2）屏蔽罩上的孔和缝的存在是降低屏蔽效能的主要原因之一。

由于孔、缝
耦合可以等效为二次辐射天线，它具有方向性，且使屏蔽不均匀，即可能在某
些区域的屏蔽效能会很差，因此，必须科学地设计屏蔽罩上的孔或缝。

（3）屏蔽罩具有自然谐振频率，当合适频率的干扰信号以较小的能量耦合到
屏蔽罩内时会产生较大的干扰，从而出现负屏蔽效能，这在设计时必须避免此
类问题。

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总结与展望
总之，抑制电磁辐射干扰的最有效方法是对电磁场进行屏蔽，用导体把两个带电体之间的电力线截断，或用高导磁率的磁性材料把产生干扰磁场的物体进行屏蔽。

但用于电场屏蔽的导体需要良好接地才能有效，否则，屏蔽电场的导体不但起不到屏蔽作用，反而会因为电场也会通过感应使屏蔽导体带电。

另外，用导体对磁感应干扰进行屏蔽，也会产生意想不到的作用：磁力线穿过导体的时候也会产生感应电流即涡流，涡流又会产生磁场，这个新产生的磁场的方向正好与干扰磁场的方向相反，两者正好可以互相抵消。

目前，对电磁兼容 EMC 进行设计的主要方法还是靠经验或借助别人的经验，需要不断实践才会不断提高。

但应用前景还是很不错的，有必要不断努力！
参考文献：
[1] 刘学观．电磁场与电磁波[M]．西安电子科技大学出版社，2010（3）：228-235．
[2] 郭萍. 屏蔽效能研究[D].东南大学：东南大学电磁兼容研究室，2010.
[3] 陶显芳. 电磁干扰与电磁兼容浅谈[J/OL]. ,2010.5.9.
[4] 高小刚. 电磁兼容技术与动态展望[J/OL]./，2011.1.17.
[5] 李辉. 电磁兼容问题解决方案[J/OL]. ,2010.8.16
10。