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    電磁屏蔽詳解

    發布日期:2022-7-26瀏覽次數:191
    一、電磁屏蔽概述

      電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility)縮寫EMC,就是指某電子設備既不干擾其它設備,同時也不受其它設備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的安全性一樣,是產品質量最重要的指標之一。安全性涉及人身和財產,而電磁兼容性則涉及人身和環境保護。

      電子元件對外界的干擾,稱為EMI(ElectromagneticInterference);電磁波會與電子元件作用,產生被干擾現象,稱為EMS(ElectromagneticSusceptibility)。例如,TV熒光屏上常見的“雪花”,便表示接受到的訊號被干擾。

      因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波)的作用,所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。⑴當干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。⑵當干擾電磁波的頻率較低時,要采用高導磁率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。⑶在某些場合下,如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時,往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

      電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

      電磁屏蔽的原理

      許多人不了解電磁屏蔽的原理,認為只要用金屬做一個箱子,然后將箱子接地,就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導下結果是失敗。因為,電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個因素:一個是整個屏蔽體表面必須是導電連續的,另一個是不能有直接穿透屏蔽體的導體。

      屏蔽體上有很多導電不連續點,最主要的一類是屏蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。這些不導電的縫隙就產生了電磁泄漏,如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個方法是在縫隙處填充導電彈性材料,消除不導電點。

      這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器,似乎只有當用導電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實際上這是不確切的。因為縫隙或孔洞是否會泄漏電磁波,取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當波長遠大于開口尺寸時,并不會產生明顯的泄漏。

      屏蔽體

      根據屏蔽目的的不同,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終止在屏蔽體的金屬表面上,并把電荷轉送入地。

      磁屏蔽體:由磁導率很高的強磁材料(如鋼)制成,可把磁力線限制于屏蔽體內。

      電磁屏蔽體:主要用來遏止高頻電磁場的影響,使干擾場在屏蔽體內形成渦流并在屏蔽體與被保護空間的分界面上產生反射,從而大大削弱干擾場在被保護空間的場強值,達到了屏蔽效果。有時為了增強屏蔽效果,還可采用多層屏蔽體,其外層一般采用電導率高的材料,以加大反射作用,而其內層則采用磁導率高的材料,以加大渦流效應。

      如果屏蔽體上出現洞穴或縫隙,將會直接降低屏蔽效果。頻率愈高,這種現象愈顯著。

      屏蔽效能

      屏蔽體的屏蔽技能可用屏蔽系數或屏蔽衰減來表示。

      在空間防護區內,有屏蔽體存在時的場強(E0或H0)與無屏蔽體存在時的場強(E或H)的比值,即E0/H0或H0/H就稱為屏蔽系數。屏蔽系數愈小,說明屏蔽效果愈好。

      屏蔽效果也可用屏蔽衰減來表示,屏蔽衰減代表干擾場強通過屏蔽體受到的衰減值。屏蔽衰減可由電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解求得-單位分貝(dB)。屏蔽衰減值越大,屏蔽效果越好。

      二、電磁屏蔽一般可分為三種(分類)

      1、 靜電屏蔽

      靜電屏蔽的目的是防止外界的靜電場進入需要保護的某個區域。靜電屏蔽依據的原理是:在外界靜電場的作用下導體表面電荷將重新分布,直到導體內部總場強處處為零為止。接地的封閉金屬殼是一種良好的靜電屏蔽裝置。如圖所示,接地的封閉金屬殼把空間分割成殼內和殼外兩個區域,金屬殼維持在零電位。根據靜電場的唯一性定理,可以證明:金屬殼內的電場僅由殼內的帶電體和殼的電位所確定,與殼外的電荷分布無關。當殼外電荷分布變化時,殼層外表面上的電荷分布隨之變化,以保證殼內電場分布不變。

      因此,金屬殼對內部區域具有屏蔽作用。殼外的電場僅由殼外的帶電體和金屬殼的電位以及無限遠處的電位所確定,與殼內電荷分布無關。當殼內電荷分布改變時,殼層內表面的電荷分布隨之變化,以保證殼外電場分布不變。因此,接地的金屬殼對外部區域也具有屏蔽作用。在靜電屏蔽中,金屬殼接地是十分重要的。當殼內或殼外區域中的電荷分布變化時,通過接地線,電荷在殼層外表面和大地之間重新分布,以保證殼層電勢恒定。從物理圖像上看,因為在靜電平衡時,金屬內部不存在電場,殼內外的電場線被金屬隔斷,彼此無聯系,因此,導體殼有隔離殼內外靜電相互作用的效應。

      如果金屬殼未完全封閉,殼上開有孔或縫,也同樣具有靜電屏蔽作用。在許多實際應用中,靜電屏蔽裝置常常是用金屬絲編織成的金屬網代替閉合的金屬殼,即使一塊金屬板,一根金屬線,亦有一定的靜電屏蔽作用,只是屏蔽的效果不如金屬殼。

      在外電場的作用下,電荷在導體上的重新分布,在10-19秒數量級時間內就可完成,因此對低頻變化的電場,導體上的電荷有足夠長的時間來保證內部場強為零.所以靜電屏蔽裝置對緩慢變化的電場也有屏蔽作用。為了提高對變化電場的屏蔽效果,屏蔽物的電導率應大,接地線要短,與地的接觸要良好。

      身穿高壓作業服的人,由于被銅絲編織的衣服所包裹,人體內的場強保持為零,因此沒有電流從人體中流過,人體是安全的。不過在作業者剛剛接觸高壓線的一瞬間高壓服上的電荷有一個瞬時分布的過程,在這極小的時間內人體會有短暫的微弱電場作用,一般作業者都能經受住這考驗。靜電屏蔽的特點是一般只考慮到對靜電場的屏蔽,封閉導體的屏蔽作用是完全的(即內部場強可達到真正等于零),對屏壁殼的厚度和電導率也無要求。只有在把低頻交流電場的屏蔽包括在靜電屏蔽中時,總是希望屏蔽殼的電導率愈高愈好。

      電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

      2、靜磁屏蔽

      靜磁屏蔽的目的是防止外界的靜磁場和低頻電流的磁場進入到某個需要保護的區域,這時必須用磁性介質做外殼。靜磁屏蔽依據的原理可借助并聯磁路的概念來說明。把一高磁導率的材料制成的球殼放在外磁場中,則鐵殼壁與空腔中的空氣可以看成是并聯的磁路。由于空氣的磁導率接近于1,而鐵殼的磁導率至少有幾千,所以空腔的磁阻比鐵殼壁的磁阻大的多。這樣一來,外磁場的磁感應通量中絕大部分將沿著鐵殼壁內“通過”,“進入”空腔內部的磁通量是很少的,這就達到了磁屏蔽的目的。

      外殼的厚度和磁導率對屏蔽效果有很明顯的影響:外殼越厚、磁導率越高,屏蔽的效果就越好。因此,在重量和體積受到限制的情況下,常常采用磁導率高達幾萬的坡莫合金來做屏蔽殼,而且殼的各個部分要盡量結合緊密,使磁路暢通。

      如果要制造絕對的“靜磁真空”,則可以利用超導體的“邁斯納效應”。即將一塊超導體放在外磁場中,其體內的磁感應強度永遠為零。超導體是完全抗磁體,具有最理想的靜磁屏蔽效果,但目前還不能普遍應用。

      電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

      3、高頻電磁場屏蔽

      高頻電磁場屏蔽是防止外界的高頻電磁場進入到某個區域。由于電磁場的變化頻率很高(例如百萬赫茲或更高),場中導體上的感應電荷已不能再看作靜止的了(導體不再處于靜電平衡狀態),因此必須用電磁波在導體中的“貫穿深度”來說明屏蔽的原理:當高頻電磁波射向一導體表面,并進入表面后,它會在導體中感應出一個高頻交變電流,此電流會激發一個新的電磁波,新激發的電磁波在導體內部與入射的電磁波相位相反、同時導體內電流的產生還導致入射波場能的消耗,結果使得導體內部總的電磁場基本上隨深度呈指數衰減,可以用“貫穿深度”來表示衰減的程度。

      “貫穿深度”與入射電磁波的頻率、導體的電導率及磁導率都有關系:頻率越高、電導率越大、磁導率越大“貫穿深度”就越小。當殼罩壁的厚度大于貫穿深度時,殼罩就具有良好的電磁屏蔽作用。高電導率或高磁導率材料制成的殼罩是一種良好的電磁屏蔽裝置。提高殼罩材料的電導率或磁導率,增加殼壁的厚度,可以提高電磁屏蔽的效果。

      電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

      三、電磁屏蔽的應用范圍

      筆記本電腦、GPS、ADSL和移動電話等3C產品都會因高頻電磁波干擾產生雜訊,影響通訊品質。另若人體長期暴露于強力電磁場下,則可能易病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢在必行的制程。導電漆.EMI導電漆噴涂技術具有高導電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡單(同表面噴漆操作一樣只須要在塑膠外殼內噴上薄薄一層導電漆)等特點,廣泛應用于通訊制品(移動電話)、電腦(筆記本)、便攜式電子產品、消費電子、網絡硬件(服務器等)、醫療儀器、家用電子產品和航天及國防等電子設備的EMI屏蔽。


    電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

      屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導電的作用,從而屏蔽電磁波干擾的功能。

      屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。

      導電漆就是用導電金屬粉末添加于特定的樹脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料。

    標簽: 電磁屏蔽詳解
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