三种电磁屏蔽的区别0
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静电屏蔽静磁屏蔽电磁屏蔽电磁场的屏蔽问题,是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题。
根据条件的不同,电磁场的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种情况,这三种情况既具有质的区别,又具有内在的联系,不能混淆。
一、静电屏蔽在静电平衡状态下,不论是空心导体还是实心导体;不论导体本身带电多少,或者导体是否处于外电场中,必定为等势体,其内部场强为零,这是静电屏蔽的理论基础。
因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义,我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。
(一)封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。
如壳内无带电体而壳外有电荷q,则静电感应使壳外壁带电(如图1)。
静电平衡时壳内无电场。
这不是说壳外电荷不在壳内产生电场,根据电场迭加原理,任何点电荷要按点电荷场强公式在空间任何点激发电场。
由于壳外壁感应出异号电荷,它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零。
因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。
壳外壁的感应电荷起了自动调节作用。
如果把上述空腔导体外壳接地(图2),则外壳上感应正电荷将沿接地线流入地下。
静电平衡后空腔导体与大地等势,空腔内场强仍然为零。
如果空腔内有电荷,则空腔导体仍与地等势,导体内无电场。
这时因空腔内壁有异号感应电荷,因此空腔内有电场(图3)。
此电场由壳内电荷产生,壳外电荷对壳内电场仍无影响。
由以上讨论可知,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷影响。
(二)接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。
如果壳内空腔有电荷q,因为静电感应,壳内壁带有等量异号电荷,壳外壁带有等量同号电荷,壳外空间有电场存在(图4),此电场可以说是由壳内电荷q间接产生。
也可以说是由壳外感应电荷直接产生的。
但如果将外壳接地,则壳外电荷将消失,壳内电荷q与内壁感应电荷在壳外产生电场为零(图5)。
可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响,必须将外壳接地。
这与第一种情况不同。
这里还须注意:①我们说接地将消除壳外电荷,但并不是说在任何情况壳外壁都一定不带电。
屏蔽一般分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽等三种情况,手机、收音机在建筑物理的确受到了到了静电屏蔽,但电磁破并没有被屏蔽,在里面依然能正常工作。
当遇到较高频率的电磁场时,我们应用电导率较低的金属来屏蔽,当遇到较低频率的电磁场时,我们应用高导磁率的材料来防止干扰磁场的扩散。
对两者皆有的电磁场,我们应用多层金属来屏蔽,这样效果会好很多。
这些只是我从文中理解到并结合自己的观点提炼出来的。
读了本文我发现不能用手机演示该现象主要有两个原因,一是它不是单纯的静电屏蔽,而是电磁波的屏蔽问题。
二是电磁波的屏蔽依赖的因素很多,对不同的地点不同的金属材料所做的实验不具可比较性。
现在我才知道,当时金属杯屏蔽的不是静电,因为手机发射的是电磁波,可能是由于金属导体会吸收电磁波,导致了电磁信号的减弱,手机才打不通的。
三种电磁屏蔽的区别进行高压带电作业的人,穿着一件由细铜丝编织起来的衣服和头罩,就可以接触几万伏的高压电线而不受到伤害,这是一种屏蔽作用。
手表为了防磁,在机芯外装一个铁质的衬套,也是一种屏蔽作用。
将手机放入保温饭盒中盖上盖,手机接收不到信号,金属饭盒起到了屏蔽作用。
这三种屏蔽作用一样吗?它们的区别在哪里?下面就来讨论这一问题。
电磁屏蔽一般可分为三类,一类是静电屏蔽,一类是静磁屏蔽,还有一类是高频电磁场的屏蔽。
三种屏蔽的共性是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中去。
它们都是利用屏蔽壳上由外场的感应产生的效应,来抵消外场的影响。
但是由于所要屏蔽的场的性质不同,因而对屏蔽可要求及其效果也就不同。
先说静电屏蔽。
静电屏蔽的目的是防止外界的静电场进入到某个区域。
实际上对于变化很慢的交流电而言,它四周的电场几乎和静电场是一样的,只是电荷的分布周期性的改变而已。
因此,防止低频交流电场,也就可以归结到静电屏蔽一类中来。
静电屏蔽依据的原理是:在外电场的作用下,导体表面电荷将重新分布,使导体内部场强处处为零为止。
电荷的重新分布,在导体上是在10-19秒数量级时间内就可完成,因此,对低频变化的电场,导体上的电荷有足够长的时间来完成内部场强为零。
但是对于磁场,导体表面上的电荷是无能为力的。
所以低频电流的磁场不在静电屏蔽所考虑的范围之内。
身穿高压作业服的人,由于被铜丝编织的衣服所包裹,衣服内部的场强保持为零。
因而没有电流从人体流过,人体是安全的。
在作业者刚刚接触高压线的一瞬间,高压服上的电荷有一个瞬时分布过程,在这瞬间内,人体内会有短暂的微弱电场作用,作业者只要经受住了这一考验,就没有多大困难了。
归纳起来,静电屏蔽只考虑到对静电场的屏蔽,封闭导体壳的屏蔽作用是完全的,即内部场强真正等于零,对屏蔽壳的厚度和电导率并无要求。
下面来讨论静磁屏蔽。
静磁屏蔽的目的是屏蔽外界的静磁场和低频电流的磁场。
这时必须用磁性介质作外壳。
外壳受到外磁场的感应而发生磁化,使得合成以后的磁场,在铁磁介质中明显加强,而在其周围则明显减弱,或者说磁感线绝大部分从铁磁介质中通过去了,尤是封闭外壳的内部磁减弱的更是明显,如图1。
按照传播途径将干扰分为两大类:传导干扰是通过导线,阻容,变压器等传播干扰,即“路”的干扰;另一种是辐射干扰,通过空间进行传播,即“场”的干扰。
细分又可分为以下五类:
传导干扰:干扰进入设备的途径是电气连线,是在一般电气系统最为普遍的干扰形式。
磁场耦合干扰:系统间通过磁场传递的干扰,就是电感耦合干扰。
其特点为:
1.通过磁场传播,与系统间的互感有关。
2.干扰磁场主要由干扰电流产生,与电流大小有关。
3.与干扰电流的频率有关。
电场耦合干扰:系统间通过电场耦合的干扰,因此也称为“电场耦合干扰”。
其特点为:
1.通过电场传播,与系统间分布电容有关。
2.干扰电场主要由干扰电压产生,与电压大小有关。
3.与干扰电压的频率有关。
4.与系统的对地阻抗有关。
磁场屏蔽:磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。
电场屏蔽:利用处于零电位的金属体,对电场进行“阻隔”屏蔽。
为了保证屏蔽体的零电位,对付高频的电场耦合干扰,必须提高屏蔽体的导电性和完整性。
电磁场屏蔽:利用金属材料,对电磁波进行屏蔽,是依靠金属材料对电磁波的反射和吸收实现的。
电磁屏蔽的概念是什么电磁屏蔽是指采取一定的措施,阻止电磁波在电子设备或电路之间的干扰和传播,以保证设备和电路的正常运行。
电磁屏蔽是现代电子技术中的一个重要问题,因为各种电子设备的广泛使用以及电磁辐射的增加,电磁干扰成为一个不可忽视的问题。
电磁波属于一种电磁场的传播形式,它包括电场和磁场的变化。
电磁波可以通过电磁辐射的方式传播,不受物质的限制。
然而,当电磁波遇到物体时,它们可能被吸收、反射或传播。
一些电磁波的频率或能量可能会干扰或损害电子设备或电路的正常工作,因此需要采取一些方法来控制和屏蔽这种干扰。
电磁屏蔽可以分为外部屏蔽和内部屏蔽两种类型。
外部屏蔽主要是通过在设备或电路周围放置屏蔽材料来阻挡外来电磁波的干扰。
这些屏蔽材料通常是一些导电或磁性材料,可以吸收或反射电磁波,从而保护设备或电路免受干扰。
内部屏蔽是指在设备或电路内部采取一些措施,如使用屏蔽罩、屏蔽板、屏蔽接地等,来阻挡或隔离电磁波的传播和干扰,以保证设备或电路的正常运行。
在电磁屏蔽中,最常见的屏蔽材料是金属。
金属可以有效地反射电磁波,对高频电磁波的反射效果尤为显著。
金属屏蔽材料通常有金属网、金属膜、金属箔等形式。
这些金属屏蔽材料可以被制成屏蔽罩、屏蔽板等形式,用于包围设备或电路,并且要与地面接地,以实现有效的屏蔽效果。
除了金属,其他材料,如导电纤维、导电涂层等也可以用于电磁屏蔽。
电磁屏蔽可以在各种不同的应用中起到重要的作用。
在电子设备制造中,电磁屏蔽可以防止设备之间的相互干扰,提高设备的可靠性和稳定性。
在电磁兼容性测试中,电磁屏蔽可以确保测试结果的准确性和可靠性。
在电磁波辐射控制中,电磁屏蔽可以减少对周围环境和人体的不良影响。
在实际的电磁屏蔽中,需要根据具体的需求和条件选择合适的屏蔽解决方案。
最常见的方法是采用多层屏蔽结构,利用多层屏蔽材料的叠加效果来提高屏蔽效果。
此外,也可以根据具体情况采用不同的屏蔽技术,如屏蔽接地、屏蔽隔离、屏蔽滤波等,来满足不同的屏蔽要求。
什么是屏蔽什么是屏蔽在电子设备中,有时需要将电力线或磁力线的影响限定在某个范围内。
需要在某个给定的空间内防止外部的静电感应或电磁感应的影响。
在这种情况下,利用铜或铝等低电阻材料制成的容器,将需要隔离的部分全部包起来;或者是用磁性材料制成的容器将它包起来。
我们把防止经电的或电磁的相互感应所采取的这些方法称之为屏蔽。
屏蔽有以下几类:1.静电屏蔽---防止静电场的影响。
它的作用是消除两个电路之间由于分布电容的偶合而产生的干扰。
在变压器的原、副边线圈间插入一个梳齿形导体并将其接地,就是静电屏蔽的代表例。
另外,在两个导体之间放一个接地导体时,两个导体之间静电偶合从而减弱,因此可以说接地的导体也具有屏蔽作用。
2.电磁屏蔽---主要是用于高频电磁场的影响。
它是采用低电阻的金属材料,利用电磁场在屏蔽金属内部产生涡流起屏蔽作用的。
一般所谓的屏蔽,多半是指电磁屏蔽。
如果将屏蔽板接地,则同时也兼有静电屏蔽的作用。
静电屏蔽的屏蔽导体必须接地如果单是电磁屏蔽,即使不接地,对防止漏磁也是有效的。
但由于导体没有接地,增加了静电偶合,也增加了对干扰电压的感应。
所以尽管是电磁屏蔽,也还是接地为好。
电磁屏蔽的必要条件是在屏蔽导体内流过高频电流,而且电流必须在抵消干扰磁通的方向上。
(如果在垂直于电流方向上开缝,就没有电磁屏蔽效应。
)3.磁屏蔽---主要用于低频,因低频时不是非常有效,故采用高导磁系数的材料进行屏蔽,以便将磁力线限在磁阻小的磁屏导体内部,防止扩散到外部去。
只有导电材料才能起到电磁屏蔽的作用。
屏蔽体上的缝隙和孔洞是电磁泄漏的主要部位,缝隙和孔洞距离辐射源越近,电磁泄漏越严重。
判断电缆是否产生辐射的依据是:看电缆上是否存在共模电流。
在电缆上套铁氧体磁环可以减少电缆的辐射。
三种电磁屏蔽摘要:电磁屏蔽可分为三类:静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场的屏蔽。
由于所要屏蔽的场的特性不同,因而对屏蔽壳的要求及其效果也有所不同。
关键词:静电屏蔽;静磁屏蔽;电磁屏蔽中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2014)4(S)-0062-2一般说来,电磁屏蔽可分为三类:静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场的屏蔽。
三种屏蔽的共性是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域。
它们都是利用屏蔽壳上由外场的感应产生的效应,来抵消外场的影响。
但是由于所要屏蔽的场的特性不同,因而对屏蔽壳的要求及其效果也有所不同。
1 静电屏蔽放在电场中的导体,其内部的自由电子受到库仑力的作用,将向与电场相反的方向移动。
导体表面电荷重新分布,重新分布的电荷形成的附加电场与外电场叠加,直到导体内部场强处处为零才停止自由电子的定向移动。
这时导体达到静电平衡状态。
如图1(a),静电平衡时,导体壳内场强为零。
因而空腔导体壳内不会受到壳外电荷或其他电场的影响。
如果导体壳内有电荷,如图1(b),由于静电感应。
导体壳内壁将出现与这一电荷等量的异种电荷。
导体壳外壁感应出现的等量的同种电荷与导体壳原来的电荷相加。
导体壳外出现了新的电场。
如果导体壳内的电荷发生变化,导体壳外的场强也将发生变化。
但如果将导体壳与大地相连。
则导体壳外电荷将流人大地,当导体壳内电荷发生变化时,虽然导体壳内壁感应电荷也发生变化,但导体壳外部电荷不受影响,外部电场当然也不受影响。
这样,接地空腔导体完全屏蔽了空腔内带电体对空腔外的静电作用。
综上所述,空腔导体不论接地与否,内部电场不受壳外电荷与电场影响:接地空腔导体壳外电场不受壳内电荷的影响。
利用导体空腔就可以完全屏蔽空腔内外静电场的相互影响,这就是静电屏蔽作用。
实际上,对于变化很慢(如50Hz)的交流电而言,虽然其电场是在不断变化。
但由于电场中的导体表面电荷仅在10-19秒数量级时间内就完成重新分布,因此导体中的电子有足够长的时间移动来保证内部场强为零,从而屏蔽低频交流电的电场。
关于屏蔽技术分类(电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽)1.电场屏蔽A、屏蔽机理:将电场感应看成分布电容的耦合。
B、设计要点:①屏蔽板以靠近受保护物为好,而且屏蔽板的接地必须良好。
②屏蔽板的形状以对屏蔽效能的高低有明显影响。
全封闭和金属盒最好,但工程中很难做到!③屏蔽板的材料以良导体为好,但对厚度无要求,只要有足够的强度就可了。
2、磁场屏蔽磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。
A、屏蔽机理:主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。
B、设计要点:①选用高导磁材料(如坡莫合金)减小屏蔽体的磁阻;②增加屏蔽体的厚度,减小屏蔽体的磁阻;③被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,以尽量减小通过被屏蔽物体内的磁通;④注意屏蔽体的结构设计,凡接缝、通风空等均可能增加屏蔽体的磁阻,从而降低屏蔽效果。
⑤对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。
对需要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽的外层选用不易饱和的材料,如硅钢:而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料,如坡莫合金等。
反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要倒过来。
在安装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的绝缘。
当没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件。
若需接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。
3、电磁场屏蔽电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。
A、电磁场屏蔽的机理:①当电磁到达屏蔽体表面时,由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续,对入射波产生的反射。
这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度,只要求交界面上的不连续。
②未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量,在体内向前传播过程中,被屏蔽材料所衰减。
也就是所谓的吸收。
③在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量,传到材料的另一表面时,遇到金属—空气阻抗不连续的交界面,会形成再次反射,并重新返回屏蔽体内。
这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。
屏蔽效能分类
按屏蔽效能分类的话可以分为以下三种屏蔽:
1:静电屏蔽
静电屏蔽防止静电耦合干扰,是指对静电场的屏蔽,即利用低电阻率导体材料做成容器,把电力线限制在容器内部,也可以使外部电力线进不到容器内部。
在静电屏蔽时,屏蔽导体必须接地,屏蔽体和接地线都是具有良好导电性能的金属材料。
2:电磁屏蔽
电磁屏蔽防止高平电磁波干扰,用于抑制噪声源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰。
电磁屏蔽必须同时屏蔽电场和磁场,通常采用低电阻率的导体材料。
空间电磁波在射入到金属体表面时会产生反射损耗和吸收损耗,使电磁能量被大大衰减,从而达到屏蔽的目的。
在电磁屏蔽时,屏蔽体本身可以不接地,但为了避免发生静电耦合,所以电磁屏蔽导体一般也做接地处理。
3:磁屏蔽
磁屏蔽是防止低频的磁场感应,屏蔽较困难,通常采用高导磁率和低电阻率的金属材料构成具有一定厚度的壳体,以便将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内部,防止磁场的扩散,这就是磁屏蔽的基本原理。
与电磁屏蔽类似,在磁屏蔽时,屏蔽体是否接地不影响屏蔽效能,实际结构为了防止静
电感应,屏蔽体一般都接机壳(安全接地)。
电磁屏蔽技术————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:电磁干扰及其屏蔽1、屏蔽的基本概念屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、板、栅等结构形式, 将电磁千扰场限制在一定的空间范围内, 使干扰场经过屏蔽体时受到很大衰减,从而抑制电磁干扰源对相关设备或空间的干扰。
屏蔽是抑制电磁干扰源的有力措施之一。
从屏蔽的侧重范围可大体分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁场屏蔽三种:(1)电屏蔽, 即对静电或电场的屏蔽, 防止或抑制寄生电容祸合, 隔离静电或电场干扰。
(2)磁屏蔽, 即磁场屏蔽。
用于防止磁感应,抑制寄生电感藕合, 隔离磁场干扰。
(3)电磁场屏蔽, 用于防止和抑制高频电磁场电磁波的屏蔽。
(4)屏蔽效能, 即屏蔽前后空间某点的电磁场强度之比, 常用分贝数表示。
2、电场屏蔽2.1静电屏蔽静电干扰分为静电场感应作用和静磁场藕合作用。
当某电子元器件或电路上具有电荷时, 在其空间就会产生电场当这些电荷流动时, 在其周围空间还同时产生磁场。
这种电场和磁场作用到其周围邻近的电路或元件时就将产生感应电流和电压, 这些感应电流和电压又反过来影响原来电路或元件中的电流或电压。
在用电设备中通过电场和磁场产生的寄生感应干扰, 统称为静电干扰。
静电干扰可通过静电屏蔽来抑制。
设导体A带有正电荷, 则其邻近导体B将由于静电感应而带负电荷, 如图1(a)。
如图1(b), 如果将导体A屏蔽, 屏蔽体外侧将感应出与A等量的正电荷, 导体A不直接影响导体B, 但导体B同样因屏蔽体的电场感应而带负电,导体B如何才能避免导体A的静电干扰呢?如图(C), 将屏蔽体接地, 消除屏蔽体的外电场,导体B才能免受导体A的静电干扰。
可见, 将屏蔽体良好接地是防止静电干扰的关键, 接地电阻愈低愈好。
2.2 近场电屏蔽近场电屏蔽的一种方法就是在感应源与受感器之间加一接地良好的金属板, 把感应源的寄生电容短接到地, 通过抑制寄生电容祸合, 达到电场屏蔽的目的。
电磁屏蔽理论分析随着现代科学技术的发展,各种电子电气设备为人们的日常生活及社会建设提供了很大帮助,同时由此产生的电磁辐射与干扰问题又制约着人们的生产和生活,它不仅影响通讯甚至直接威胁到人类的健康及我们赖以生存的自然环境,因此有关电磁屏蔽问题受到人们的极大关注。
所谓电磁屏蔽就是利用导电或导磁材料将电磁辐射限制在某一规定的空间X围内,按其原理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。
一、静电屏蔽1、外电场屏蔽下图1为利用导体空腔屏蔽外部静电场的原理示意图。
A 为需要屏蔽的物体,S为导体屏蔽空腔,在静电平衡条件下空腔外表面两侧感应出等量异号的电荷,电力线终止于导体外表面上,整个腔为等位体,腔内无电力线,因而实现腔内物体不受外电场影响的目的。
图12、内电场的屏蔽当屏蔽带电体的电场时,除了要用导体空腔将带电体屏蔽起来外,还必须将屏蔽空腔接地。
图2为屏蔽腔不接地状态下的电力线分布情况,屏蔽腔的内表面感应出于带电体等量的负电荷,外表面感应出等量的正电荷。
若将屏蔽腔接地,如图3所示屏蔽空腔外表面所感应的电荷将通过接地线流入大地,外部电场消失,电力线被限制在屏蔽空腔内部起到屏蔽作用。
图2 图3二、稳横磁场的屏蔽静磁屏蔽的目的是防止外界的静磁场和低频电流的磁场进入到某个需要保护的区域,其依据的原理是利用高导磁材料所具有的低磁阻特性,使磁感线大部分从磁性介质中穿过,从而导致磁场在磁性介质中明显加强, 而在磁性介质所包围的区域内则明显减弱,起到屏蔽作用。
如图4所示。
图4定量分析如下图n为界面法线单位矢量,从介质1指向介质2,由边界条件12u u>>(1)()21n B B⋅-=(2)其中sJ为面电流密度,对于稳恒磁场,sJ=0()12n H H⨯-=(3)由(2)(3),得2211sin sinH Hθθ=(4)分界面n2u1u22H B2θ1θ11H B2211cos cos B B θθ=(5)又BH u=,得 212121sin sin B Bu u θθ= (6) 由(5)(6)得1122tan tan u u θθ= (7) 由(7)可知当12u u >>时,得12θθ>>,从而由1221cos cos B B θθ=得12B B >>。
电磁屏蔽的三种不同屏蔽效果分析及原理详解电磁屏蔽⼀般可分为三种:静电屏蔽、静磁屏蔽和⾼频电磁场屏蔽。
三种屏蔽的⽬的都是防⽌外界的电磁场进⼊到某个需要保护的区域中,原理都是利⽤屏蔽对外场的感应产⽣的效应来抵消外场的影响。
但是由于所要屏蔽的场的特性不同,因⽽对屏蔽壳材料的要求和屏蔽效果也就不相同。
⼀、静电屏蔽静电屏蔽的⽬的是防⽌外界的静电场进⼊需要保护的某个区域。
静电屏蔽依据的原理是:在外界静电场的作⽤下导体表⾯电荷将重新分布,直到导体内部总场强处处为零为⽌。
接地的封闭⾦属壳是⼀种良好的静电屏蔽装置。
如图所⽰,接地的封闭⾦属壳把空间分割成壳内和壳外两个区域,⾦属壳维持在零电位。
根据静电场的唯⼀性定理,可以证明:⾦属壳内的电场仅由壳内的带电体和壳的电位所确定,与壳外的电荷分布⽆关。
当壳外电荷分布变化时,壳层外表⾯上的电荷分布随之变化,以保证壳内电场分布不变。
因此,⾦属壳对内部区域具有屏蔽作⽤。
壳外的电场仅由壳外的带电体和⾦属壳的电位以及⽆限远处的电位所确定,与壳内电荷分布⽆关。
当壳内电荷分布改变时,壳层内表⾯的电荷分布随之变化,以保证壳外电场分布不变。
因此,接地的⾦属壳对外部区域也具有屏蔽作⽤。
在静电屏蔽中,⾦属壳接地是⼗分重要的。
当壳内或壳外区域中的电荷分布变化时,通过接地线,电荷在壳层外表⾯和⼤地之间重新分布,以保证壳层电势恒定。
从物理图像上看,因为在静电平衡时,⾦属内部不存在电场,壳内外的电场线被⾦属隔断,彼此⽆联系,因此,导体壳有隔离壳内外静电相互作⽤的效应。
如果⾦属壳未完全封闭,壳上开有孔或缝,也同样具有静电屏蔽作⽤。
在许多实际应⽤中,静电屏蔽装置常常是⽤⾦属丝编织成的⾦属⽹代替闭合的⾦属壳,即使⼀块⾦属板,⼀根⾦属线,亦有⼀定的静电屏蔽作⽤,只是屏蔽的效果不如⾦属壳。
在外电场的作⽤下,电荷在导体上的重新分布,在10-19秒数量级时间内就可完成,因此对低频变化的电场,导体上的电荷有⾜够长的时间来保证内部场强为零.所以静电屏蔽装置对缓慢变化的电场也有屏蔽作⽤。
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽(EMI)是指利用永久磁铁、电容器和导体等电磁技术来防止空中传输的电磁波造成的电磁干扰。
它是一种综合利用物理防护技术和磁性防护技术的一种措施,旨在确保各种电子设备的正常工作状态,以及防止电磁波污染对其他系统和人员的影响。
电磁屏蔽是一种有效的保护电子电路和系统免受电磁干扰的技术,常用于电子系统、汽车电子系统、航空航天、通信设备、消费电子产品、电源系统等。
它的原理是:通过某种方式使物理空间内的电磁波不能从某处穿过,以保护电子电路或设备的正常运行;如果不进行屏蔽,电磁波可能会给电子设备造成损害。
电磁屏蔽的原理有三种:第一种是采用屏蔽结构,通过封闭屏蔽结构来阻挡电磁波;第二种是采用电磁绝缘,通过不同导体的磁阻和电阻来降低电磁波的能量;第三种是采用磁阻特性,通过改变电磁波的信号组成,从而降低其能量。
屏蔽结构由导线、铁片或金属框架组成,可以吸收、散射和反射电磁波,从而抑制其波动,从而达到吸收电磁波的效果,保障电子电路的正常运行。
电磁绝缘是指在电磁屏蔽的结构中加入两种或更多的导体,其中一个导体的传导中具有大量的磁阻和电阻,而另一种导体的传导中则没有或很少的磁阻和电阻,从而降低电磁波的干扰能量。
使用电磁绝缘可以降低高频电磁波的干扰,但是其电流传导能力较低。
磁阻特性是指在电磁屏蔽结构中,采用高磁阻性材料表面和容器
体等材料所构成的特殊结构,以防止电磁波的渗透。
这种方法可以有效促进电磁波的散射和反射,而不是完全阻挡。
磁阻的降低可以有效降低电磁波的能量水平。
总之,电磁屏蔽是一种有效的电磁干扰抑制技术,可以有效降低电磁波对电子电路和系统的影响,以确保设备的正常运行,促进其安全性与可靠性。
三种电磁屏蔽的区别
进行高压带电作业的人,穿着一件由细铜丝编织起来的衣服和头罩,就可以接触几万伏的高压电线而不受到伤害,这是一种屏蔽作用。
手表为了防磁,在机芯外装一个铁质的衬套,也是一种屏蔽作用。
将手机放入保温饭盒中盖上盖,手机接收不到信号,金属饭盒起到了屏蔽作用。
这三种屏蔽作用一样吗?它们的区别在哪里?下面就来讨论这一问题。
电磁屏蔽一般可分为三类,一类是静电屏蔽,一类是静磁屏蔽,还有一类是高频电磁场的屏蔽。
三种屏蔽的共性是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中去。
它们都是利用屏蔽壳上由外场的感应产生的效应,来抵消外场的影响。
但是由于所要屏蔽的场的性质不同,因而对屏蔽可要求及其效果也就不同。
先说静电屏蔽。
静电屏蔽的目的是防止外界的静电场进入到某个区域。
实际上对于变化很慢的交流电而言,它四周的电场几乎和静电场是一样的,只是电荷的分布周期性的改变而已。
因此,防止低频交流电场,也就可以归结到静电屏蔽一类中来。
静电屏蔽依据的原理是:在外电场的作用下,导体表面电荷将重新分布,使导体内部场强处处为零为止。
电荷的重新分布,在导体上是在10-19秒数量级时间内就可完成,因此,对低频变化的电场,导体上的电荷有足够长的时间来完成内部场强为零。
但是对于磁场,导体表面上的电荷是无能为力的。
所以低频电流的磁场不在静电屏蔽所考虑的范围之内。
身穿高压作业服的人,由于被铜丝编织的衣服所包裹,衣服内部的场强保持为零。
因而没有电流从人体流过,人体是安全的。
在作业者刚刚接触高压线的一瞬间,高压服上的电荷有一个瞬时分布过程,在这瞬间内,人体内会有短暂的微弱电场作用,作业者只要经受住了这一考验,就没有多大困难了。
归纳起来,静电屏蔽只考虑到对静电场的屏蔽,封闭导体壳的屏蔽作用是完全的,即内部场强真正等于零,对屏蔽壳的厚度和电导率并无要求。
下面来讨论静磁屏蔽。
静磁屏蔽的目的是屏蔽外界的静磁场和低频电流的磁场。
这时必须用磁性介质作外壳。
外壳受到外磁场的感应而发生磁化,使得合成以后的磁场,在铁磁介质中明显加强,而在其周围则明显减弱,或者说磁感线绝大部分从铁磁介质中通过去了,尤是封闭外壳的内部磁减弱的更是明显,如图1。
但壳内的磁场并不能等于零。
因此,静磁屏蔽是不完全的。
壳的厚度和磁导率对屏蔽效果有明显的影响。
壳越厚,磁导率越高,屏蔽的效果越好。
因此在重量和体积受限的情况下,常常采用磁导率高的材料做屏蔽壳。
壳的各部分尽量结合紧密,使磁路畅通。
(图1)(图2)
最后讨论高频电磁场的屏蔽。
当电磁场的变化频率很高时(比如
达到几百万赫兹或更高),导体上的感应电荷已不能再看作是静止的了,因此导体不再处于静电平衡状态。
用静电屏蔽概念来说明高频电磁场的屏蔽效应是不行的。
这时必须从电磁场在导体中的透入深度来考虑。
如2表示射向导体表面的情形。
它在进入导体表面之后,在导体中产生一个高频的交流电流,这个电流也产生一个电磁波,这个波在导体内部与入射波的相位相反,同时电流的产生还导致场能的消耗,结果使得内部的电磁场基本上呈指数衰减。
这就是屏蔽作用的来源。
可用一个透入深度来表示衰减的程度。
对于良导体,透入的深度与电磁波的频率、电导率及磁导率都有关系,频率越高、电导率越大、磁导率越大,透入深度就越小。
下面列一个表格说明三种屏蔽的比较,列表中的铁氧体是一种电阻率和绝缘体一样,且磁导率和铁相近的物质。
表中的正号表示可以屏蔽,负号表示不能起屏蔽作用。