電磁屏蔽技術(shù)綜合分析

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用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項、屏蔽效能的檢測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(lái)，隨著(zhù)電磁兼容工作的開(kāi)展，電磁屏蔽技術(shù)應用得越來(lái)越廣泛。為了對電磁屏蔽技術(shù)有更深入的理解，應當對屏蔽材料的性能和應用場(chǎng)合、屏蔽技術(shù)的注意事項、屏蔽效能的檢測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(lái)，使其外部電磁場(chǎng)強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(lái)，使其內部電磁場(chǎng)強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體包圍起來(lái)，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量的負電荷，外側出現與帶電導體等量的正電荷，如果將金屬屏蔽體接地，則外側的正電荷將流入大地，外側將不會(huì )有電場(chǎng)存在，即帶正電導體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內。

1.2 交變電場(chǎng)屏蔽

為降低交變電場(chǎng)對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置導電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。交變電場(chǎng)對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。只要設法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場(chǎng)對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(guò)大，而以結構強度為主要考慮因素。

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)屏蔽是利用高磁導率的材料構成低磁阻通路，使大部分磁場(chǎng)被集中在屏蔽體內。屏蔽體的磁導率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場(chǎng)屏蔽的效果越好。當然要與設備的重量相協(xié)調。高頻磁場(chǎng)的屏蔽是利用高電導率的材料產(chǎn)生的渦流的反向磁場(chǎng)來(lái)抵消干擾磁場(chǎng)而實(shí)現的。

1.4 交變電磁場(chǎng)屏蔽

一般采用電導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)現電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過(guò)大，而以趨膚深度和結構強度為主要考慮因素。

2 屏蔽效能計算

屏蔽效能（SE）的定義是：在電磁場(chǎng)中同一地點(diǎn)無(wú)屏蔽時(shí)的電磁場(chǎng)強度與加屏蔽體后的電磁場(chǎng)強度之比。常用分貝數(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)區中是不一樣的，分別計算如下。

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為相對磁導率；

σ_r為相對電導率；

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

當進(jìn)入金屬屏蔽內的電磁波在屏蔽金屬內傳播時(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A>10dB時(shí)，一般可以不計多次反射損耗。

2.4 屏蔽效能計算實(shí)例

場(chǎng)源距離不同材料的屏蔽體（厚度0.254mm）30cm遠的屏蔽效能（dB）計算結果見(jiàn)表1。表1中近場(chǎng)和遠場(chǎng)的分界點(diǎn)為λ/2π，λ為電磁場(chǎng)的波長(cháng)。

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