電磁屏蔽技術(shù)分析

討論了電磁屏蔽技術(shù)，包括電磁屏蔽的技術(shù)原理、屏蔽材料的性能和應(yīng)用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項(xiàng)、屏蔽效能的檢測(cè)以及特殊部位的屏蔽措施。

關(guān)鍵詞：電磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽效能

0 引言

近幾年來，隨著電磁兼容工作的開展，電磁屏蔽技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛。為了對(duì)電磁屏蔽技術(shù)有更深入的理解，應(yīng)當(dāng)對(duì)屏蔽材料的性能和應(yīng)用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項(xiàng)、屏蔽效能的檢測(cè)以及特殊部位的屏蔽措施等進(jìn)行更深入的探討。

1 電磁屏蔽的技術(shù)原理

電磁屏蔽是電磁兼容技術(shù)的主要措施之一。即用金屬屏蔽材料將電磁干擾源封閉起來，使其外部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施；或用金屬屏蔽材料將電磁敏感電路封閉起來，使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)度低于允許值的一種措施。

1.1 靜電屏蔽

用完整的金屬屏蔽體將帶正電導(dǎo)體包圍起來，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量的負(fù)電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的正電荷，如果將金屬屏蔽體接地，則外側(cè)的正電荷將流入大地，外側(cè)將不會(huì)有電場(chǎng)存在，即帶正電導(dǎo)體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。

1.2 交變電場(chǎng)屏蔽

為降低交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓大小取決于交變電場(chǎng)電壓、耦合電容和金屬屏蔽體接地電阻之積。只要設(shè)法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場(chǎng)對(duì)敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。電場(chǎng)屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

1.3 交變磁場(chǎng)屏蔽

交變磁場(chǎng)屏蔽有高頻和低頻之分。低頻磁場(chǎng)屏蔽是利用高磁導(dǎo)率的材料構(gòu)成低磁阻通路，使大部分磁場(chǎng)被集中在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場(chǎng)屏蔽的效果越好。當(dāng)然要與設(shè)備的重量相協(xié)調(diào)。高頻磁場(chǎng)的屏蔽是利用高電導(dǎo)率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場(chǎng)來抵消干擾磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)的。

1.4 交變電磁場(chǎng)屏蔽

一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)的干擾，又因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

2 屏蔽效能計(jì)算

屏蔽效能（SE）的定義是：在電磁場(chǎng)中同一地點(diǎn)無屏蔽時(shí)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與加屏蔽體后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。常用分貝數(shù)(dB)表示。

SE=A＋R＋B（1）

式中：A為吸收損耗；

R為反射損耗；

B為多次反射損耗。

2.1 電磁波反射損耗

由于空氣和屏蔽金屬的電磁波阻抗不同，使入射電磁波產(chǎn)生反射作用。而空氣的電磁波阻抗在不同場(chǎng)源和場(chǎng)區(qū)中是不一樣的，分別計(jì)算如下。

磁場(chǎng)源近場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為

R=20log₁₀{[1.173(μ_r/fσ_r)^1/2/D]＋0.0535D(fσ_r/μ_r)^1/2＋0.354}（2）

式中：μ_r為相對(duì)磁導(dǎo)率；

σ_r為相對(duì)電導(dǎo)率；

f為電磁波頻率（Hz）；

D為輻射源到屏蔽體的距離（cm）。

電場(chǎng)源近場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為

R=362－20log₁₀[(μ_rf³/σ_r)^1/2D]（3）

電磁場(chǎng)源遠(yuǎn)場(chǎng)中的反射損耗R(dB)為

R=168－10log₁₀(μ_rf/σ_r)（4）

2.2 電磁波吸收損耗

當(dāng)進(jìn)入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在屏蔽金屬內(nèi)傳播時(shí)，由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為

A=0.1314d(μr_fσr)^1/2（5）

式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。

2.3 多次反射損耗

電磁波在屏蔽層間的多次反射損耗B(dB)為

B=20log₁₀{1－〔(Z_m－Z_w)/(Z_m＋Z_w)〕²10^－0.1A(cos0.23A－jsin0.23A)}（6）

式中：Z_m為屏蔽金屬的電磁波阻抗；

Z_w為空氣的電磁波阻抗。

當(dāng)A>10dB時(shí)，一般可以不計(jì)多次反射損耗。

2.4 屏蔽效能計(jì)算實(shí)例

場(chǎng)源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能（dB）計(jì)算結(jié)果見表1。表1中近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的分界點(diǎn)為λ/2π，λ為電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)。

表1 場(chǎng)源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠(yuǎn)的屏蔽效能dB

3 屏蔽的注意事項(xiàng)

3.1 屏蔽的完整性

如果屏蔽體不完整，將導(dǎo)致電磁場(chǎng)泄漏。特別是電磁場(chǎng)屏蔽，它利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)干擾。如果屏蔽體不完整，渦流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣。

3.2 屏蔽材料的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合

電磁屏蔽技術(shù)的進(jìn)展，促使屏蔽材料的形式不斷發(fā)展，而不再局限于單層金屬平板模式，屏蔽效能也不斷提高。應(yīng)用時(shí)要特別注意不同的屏蔽材料具有不同的屏蔽效能和應(yīng)用場(chǎng)合。

3.2.1 金屬平板

電子設(shè)備采用金屬平板做機(jī)箱，既堅(jiān)固耐用，又具有電磁屏蔽作用。其電磁屏蔽效能與金屬平板材料性質(zhì)、電磁場(chǎng)源性質(zhì)、電磁場(chǎng)源與金屬平板的距離、屏蔽體接地狀況等參數(shù)有關(guān)。各種金屬屏蔽材料的性能見表2。

表2 各種金屬屏蔽材料的性能