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電磁屏蔽體的分類
根據(jù)屏蔽目的的不同,屏蔽體可分為靜電屏蔽體、磁屏蔽體和電磁屏蔽體三種。
靜電屏蔽體:由逆磁材料(如銅、鋁)制成,并和地連接。靜電屏蔽體的作用是使電場(chǎng)終止在屏蔽體的金屬表面上,并把電荷轉(zhuǎn)送入地。
磁屏蔽體:由磁導(dǎo)率很高的強(qiáng)磁材料(如鋼)制成,可把磁力線限制于屏蔽體內(nèi)。
電磁屏蔽體:主要用來遏止高頻電磁場(chǎng)的影響,使干擾場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)形成渦流并在屏蔽體與被保護(hù)空間的分界面上產(chǎn)生反射,從而大大削弱干擾場(chǎng)在被保護(hù)空間的場(chǎng)強(qiáng)值,達(dá)到了屏蔽效果。有時(shí)為了增強(qiáng)屏蔽效果,還可采用多層屏蔽體,其外層一般采用電導(dǎo)率高的材料,以加大反射作用,而其內(nèi)層則采用磁導(dǎo)率高的材料,以加大渦流效應(yīng)。如果屏蔽體上出現(xiàn)洞穴或縫隙,將會(huì)直接降低屏蔽效果。因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率要大幾千倍,所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多,外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內(nèi)通過,而進(jìn)入空腔的磁通量較少。頻率愈高,這種現(xiàn)象愈顯著。
電磁屏蔽
在電子設(shè)備及電子產(chǎn)品中,電磁干擾(Electromagnetic Interference) 能量通過傳導(dǎo)性耦合和輻射性耦合來進(jìn)行傳輸。為滿足電磁兼容性要求,對(duì)傳導(dǎo)性耦合需采用濾波技術(shù),即采用EMI濾波器件加以抑制,對(duì)輻射性耦合則需采用屏蔽技術(shù)加以抑制。在當(dāng)前電磁頻譜日趨密集、單位體積內(nèi)電磁功率密度急劇增加、高低電平器件或設(shè)備大量混合使用等因素而導(dǎo)致設(shè)備及系統(tǒng)電磁環(huán)境日益惡化的情況下,其重要性就顯得更為突出。屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽體,將電磁波局限于某一區(qū)域內(nèi)的一種方法。由于輻射源分為近區(qū)的電場(chǎng)源、磁場(chǎng)源和遠(yuǎn)區(qū)的平面波,因此屏蔽體的屏蔽性能依據(jù)輻射源的不同,在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀和對(duì)孔縫泄漏控制等方面都有所不同。對(duì)于高頻電磁場(chǎng),一般不采用鐵磁材料,因?yàn)殍F磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損失,會(huì)造成諧振回路品質(zhì)因數(shù)(Q值)下降,站較多的是采用高電導(dǎo)率材料的電磁屏蔽。在設(shè)計(jì)中要達(dá)到所需的屏蔽性能,則需首先確定輻射源,明確頻率范圍,再根據(jù)各個(gè)頻段的典型泄漏結(jié)構(gòu),確定控制要素,進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)钠帘尾牧?,設(shè)計(jì)屏蔽殼體。
電磁屏蔽的方法
靜電屏蔽:為了避免外界電場(chǎng)對(duì)儀器設(shè)備的影響,或者為了避免電器設(shè)備的電場(chǎng)對(duì)外界的影響,用一個(gè)空腔導(dǎo)體把外電場(chǎng)遮住,使其內(nèi)部不受影響,也不使電器設(shè)備對(duì)外界產(chǎn)生影響,這就叫做靜電屏蔽。
在靜電平衡狀態(tài)下,不論是空心導(dǎo)體還是實(shí)心導(dǎo)體;不論導(dǎo)體本身帶電多少,或者導(dǎo)體是否處于外電場(chǎng)中,必定為等勢(shì)體,其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零,這是靜電屏蔽的理論基礎(chǔ)
可采用空腔導(dǎo)體(金屬殼、金屬網(wǎng))來實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽。若空腔導(dǎo)體不接地,則為外屏蔽,即可以屏蔽外電場(chǎng)對(duì)于空腔以內(nèi)的元器件的影響,但不能屏蔽空腔以內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)于外界的影響。因?yàn)檫@時(shí)如果空腔以內(nèi)有帶電體,則將在空腔內(nèi)壁上、以及外表上都感生出等量的異號(hào)電荷——感生電荷,這些感生電荷的電場(chǎng)可以對(duì)外界產(chǎn)生影響。由此可以得到影響材料屏蔽效能的3個(gè)基本因素,即材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率及材料厚度。
若空腔導(dǎo)體接地,則為全屏蔽,即既可以屏蔽外電場(chǎng)對(duì)于空腔以內(nèi)的元器件的影響,也可以屏蔽空腔以內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)于外界的影響。因?yàn)檫@時(shí)空腔以內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度總是為0 ,則即使有電荷存在,使得空腔的內(nèi)、外面都有感生電荷,但其面的感生電荷通過地線而與大地中和了,相應(yīng)地內(nèi)表面的感生電荷及其影響也就消除了。在當(dāng)前電磁頻譜日趨密集、單位體積內(nèi)電磁功率密度急劇增加、高低電平器件或設(shè)備大量混合使用等因素而導(dǎo)致設(shè)備及系統(tǒng)電磁環(huán)境日益惡化的情況下,其重要性就顯得更為突出。
把電子儀器的金屬外殼接地,在某些連接導(dǎo)線或者通信電纜的外面包覆一層金屬網(wǎng)(即成為屏蔽線),在電源變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間放置一不閉合的金屬薄片,在高壓變壓器外面加設(shè)金屬網(wǎng)等,這些方法都是為了達(dá)到靜電屏蔽的目的。
在電磁場(chǎng)(電磁波)中,導(dǎo)體表面將要吸收、損耗電磁場(chǎng)的能量,使得電磁場(chǎng)的傳播從導(dǎo)體表面往里面是指數(shù)式衰減的(即電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅是指數(shù)式衰減),這種現(xiàn)象就是趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)即可阻止高頻電磁波進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部,以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽,因此可采用適當(dāng)厚度的金屬來制作電磁屏蔽罩。 由于趨膚電流是一種渦流,所以電磁屏蔽又稱為渦流屏蔽。電磁屏蔽在電子設(shè)備及電子產(chǎn)品中,電磁干擾(ElectromagneticInterference)能量通過傳導(dǎo)性耦合和輻射性耦合來進(jìn)行傳輸。
為了獲得有效的電磁屏蔽效果,導(dǎo)體屏蔽層的厚度必須接近電磁場(chǎng)的趨膚深度。電導(dǎo)率越高的材料,趨膚深度就越小。對(duì)于500kHz的廣播頻率,銅和鋁的趨膚深度分別約為0.094mm和0.12mm ,因此銅片和鋁片就能夠?qū)崿F(xiàn)較好的屏蔽了;對(duì)于更高頻率的電磁場(chǎng),還可以使用更薄的材料。電磁屏蔽電磁波屏蔽(電磁屏蔽)的概念就是要作到建筑物內(nèi)的電磁波不能泄漏出去,建筑物外的電磁波也不能進(jìn)入建筑物內(nèi)。
對(duì)于高頻電磁場(chǎng),一般不采用鐵磁材料,因?yàn)殍F磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損失,會(huì)造成諧振回路品質(zhì)因數(shù)(Q值)下降,站較多的是采用高電導(dǎo)率材料的電磁屏蔽。