电磁屏蔽基本原理介绍
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电磁屏蔽原理电磁屏蔽是指采取一定的措施,使电磁辐射或电磁波无法穿透到屏蔽结构内部或从屏蔽结构内部泄漏出来,达到隔绝或减弱电磁辐射或电磁波的目的。
电磁屏蔽原理是指实现电磁屏蔽的基本原理,它是电磁兼容技术的重要内容之一。
电磁屏蔽原理的研究对于提高电磁兼容性、保障电子设备的正常工作、提高电子设备的抗干扰能力以及保障人体健康都具有十分重要的意义。
电磁屏蔽原理主要包括电磁波的传播特性、电磁波与物质相互作用的基本原理以及电磁屏蔽结构的设计原理等内容。
首先,电磁波的传播特性是电磁屏蔽原理的基础。
电磁波在空间中传播时会受到传播介质、传播距离、频率等因素的影响,了解电磁波的传播特性有助于选择合适的屏蔽材料和设计合理的屏蔽结构。
其次,电磁波与物质相互作用的基本原理是电磁屏蔽原理的重要内容。
电磁波在与物质相互作用时会发生反射、透射、吸收等现象,不同的材料对电磁波的作用方式各不相同,因此在设计电磁屏蔽结构时需要根据具体的应用场景选择合适的屏蔽材料。
最后,电磁屏蔽结构的设计原理是实现电磁屏蔽的关键。
合理的屏蔽结构设计能够有效地隔离电磁波,减少电磁辐射对周围环境和设备的影响,保障设备的正常工作和人体的健康。
在实际的电磁屏蔽设计中,需要根据具体的应用场景和要求选择合适的屏蔽材料和设计合理的屏蔽结构。
常见的电磁屏蔽材料包括金属材料、导电涂料、导电纤维布等,而常见的屏蔽结构包括屏蔽罩、屏蔽膜、屏蔽房等。
在选择屏蔽材料时需要考虑其导电性能、机械性能、加工性能等因素,而在设计屏蔽结构时需要考虑其尺寸、形状、安装方式等因素。
通过合理选择屏蔽材料和设计合理的屏蔽结构,可以有效地实现电磁屏蔽的目的,保障设备的正常工作和人体的健康。
总之,电磁屏蔽原理是实现电磁屏蔽的基础和关键,它涉及到电磁波的传播特性、电磁波与物质相互作用的基本原理以及电磁屏蔽结构的设计原理等内容。
通过深入研究电磁屏蔽原理,可以更好地理解电磁屏蔽技术的要点和关键,为实际的电磁屏蔽设计提供理论指导和技术支持。
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽是一种能有效抑制外界电磁波干扰的技术,它通常用于电子设备的数据传输,保证信号完整无损地传输到目标位置。
今天,电磁屏蔽技术已经在电子行业广泛应用,比如电脑、手机、手表、汽车电子、数码产品等。
本文将着重介绍电磁屏蔽的原理,并分析其优缺点。
电磁屏蔽原理如下:一是屏蔽器,其作用是将有害的电磁辐射阻隔在室内,从而确保设备不受外界干扰;二是金属屏蔽器,其作用是把外来电磁波撞击在金属外壁上,使它们不能进入室内,从而减少了干扰;三是电磁屏蔽布,它可以有效阻止电磁波射透,并降低电磁波传播的距离,使室内内部设备有效地保护。
电磁屏蔽技术的优点是:一是保护性很强,可以有效防止外界电磁辐射对设备的伤害;二是可以减少电磁波的距离,并有效抑制电磁波的传播;三是能够提高设备的可靠性,确保信号可靠有效地传输到目标位置;四是为用户提供防止电磁辐射伤害的安全机制,保护用户的身体健康,同时也能有效减少一些由电磁辐射引起的设备故障。
而电磁屏蔽技术的缺点也是显而易见的:一是电磁屏蔽技术的实施需要一定的成本,而且可能要重新设计电子设备的外壳,从而增加了设备成本;二是电磁屏蔽的规格较高,在设计过程中,可能会出现不同的技术问题,从而导致设备性能的降低;三是电磁屏蔽技术在某些环境中并不完美,比如在低频电磁场中,它可能无法有效阻挡外界电磁辐射,从而出现设备故障。
综上所述,电磁屏蔽是一种有效的技术手段,它可以阻挡外界的电磁辐射,保护室内设备的完整性,并提高设备的可靠性,为用户提供更加安全的环境。
但是,电磁屏蔽技术也有一定的局限性,它需要花费一定的成本,而且在特定环境下也可能不能完全阻挡外界电磁辐射,因此需要设计者在进行电磁屏蔽设计之前,要对不同环境进行全面研究和分析。
法拉第电磁屏蔽原理法拉第电磁屏蔽原理是指,当电流通过导体时,会产生一定的电磁场,而该电磁场对周围环境产生干扰,可能会对电路、信号等产生影响。
需要对电磁场进行屏蔽,防止其对周围环境产生干扰。
法拉第电磁屏蔽原理就是基于这个思想而产生的。
法拉第电磁屏蔽原理的具体原理是基于楞次定律和安培定律。
楞次定律表明,当电磁场变化时,会产生感应电场和感应磁场。
安培定律则表明,电流通过导体时会产生磁场,磁场的大小与电流大小成正比,与导体形状有关。
在实际的工程应用中,为了达到更好的屏蔽效果,我们通常会对导体进行包覆,或在导体周围加上一个屏蔽层。
这个屏蔽层通常是由金属网、导电涂层、导电油漆等材料组成。
这些材料可以有效地吸收、反射或散射掉电磁波,从而起到屏蔽的作用。
此时,通过导体产生的电磁场就不会对周围环境产生干扰了。
需要注意的是,法拉第电磁屏蔽原理仅仅是一种技术手段,其屏蔽效果受到多种因素的影响,如频率、材料、尺寸等。
在实际应用中,需要根据具体情况进行综合考虑,选择合适的材料和设计方案,才能达到较好的屏蔽效果。
通过运用法拉第电磁屏蔽原理,可以有效地降低电磁干扰对周围环境的影响,为电子设备的设计和应用提供更好的保障。
除了电子设备的设计和应用外,法拉第电磁屏蔽原理还有许多其他的应用。
法拉第电磁屏蔽原理可以应用在医疗领域。
在医院里,许多医疗设备如断层摄影仪、磁共振成像仪等会产生强磁场和电磁场,这些场如果没有得到有效的屏蔽,可能会对医院内其他设备和人员造成干扰和伤害。
通过采用合适的材料和设计方法,可以有效地降低这些设备产生的磁场和电磁场对周围环境的影响,从而保障医院内设备和人员的安全性。
法拉第电磁屏蔽原理还可以应用于建筑和交通领域。
在城市建设中,许多建筑和交通设备内的电磁辐射会对周围环境产生影响,如电梯、地铁等设备的电磁辐射会影响周围设备的正常运行,降低设备的寿命。
采用法拉第电磁屏蔽技术,可以有效地控制这些辐射对周围环境的影响,提高设备的可靠性和寿命。
电磁屏蔽基本原理介绍电磁屏蔽是指通过采取一定的措施,将电磁辐射或电磁波的干扰降至可接受的水平的过程。
在现代社会中,电磁辐射已经成为无处不在的存在,如电视、手机、电脑等电子设备都会产生电磁辐射。
然而,过高的电磁辐射会对人体和其他电子设备造成不良影响,因此电磁屏蔽就显得尤为重要。
电磁屏蔽的基本原理可以归纳为两个方面:屏蔽材料和屏蔽结构。
1. 屏蔽材料:屏蔽材料是指用于隔离电磁辐射的材料,常见的屏蔽材料包括金属、导电涂料、导电纤维等。
这些材料具有良好的导电性能,能够吸收或反射电磁波,从而降低电磁辐射的强度。
金属是一种常用的屏蔽材料,如铜、铝等。
金属具有良好的导电性和反射性,能够有效地吸收和反射电磁波。
常见的金属屏蔽材料有金属屏蔽罩、金属屏蔽板等。
导电涂料是一种将导电材料加入到涂料中形成的涂层,具有良好的导电性能。
通过在电子设备的外壳或电路板上涂覆导电涂料,可以形成一层导电膜,起到屏蔽电磁辐射的作用。
导电纤维是一种将导电材料织入纤维中形成的材料,具有良好的导电性能和柔软性。
导电纤维可以用于制作电磁屏蔽布料,可以用于制作电子设备的屏蔽罩或服装等。
2. 屏蔽结构:屏蔽结构是指通过设计合理的结构来实现电磁屏蔽的效果。
常见的屏蔽结构包括屏蔽罩、屏蔽壳、屏蔽膜等。
屏蔽罩是一种金属或导电塑料制成的外壳,可以将电子设备完全包裹在内,从而阻挡电磁波的传播。
屏蔽罩通常具有开口和连接器,以便电子设备与外界进行通信。
屏蔽壳是一种金属或导电塑料制成的外壳,可以将电子设备的关键部件包裹在内,从而阻挡电磁波的干扰。
屏蔽壳通常具有开口和密封装置,以便维修和保养。
屏蔽膜是一种将导电材料涂覆在基材上形成的薄膜,可以用于电子设备的屏蔽。
屏蔽膜具有柔软性和可塑性,可以根据需要进行剪裁和粘贴,方便实现电磁屏蔽。
总结:电磁屏蔽是通过屏蔽材料和屏蔽结构来降低电磁辐射的干扰。
屏蔽材料具有良好的导电性能,能够吸收或反射电磁波;屏蔽结构通过设计合理的结构来实现电磁屏蔽的效果。
什么是电磁屏蔽?原理是什么?什么是电磁屏蔽呢?简单的来说,电磁屏蔽就是屏蔽信号的,用金属材料做成一个密封的箱子,全方位的包裹,防止外面的信号进入空间,同时也保证里面的信号传播出去。
我们的屏蔽体不仅仅只有金属材料,还有很多其他的材料,屏蔽体就是由这些材料构成的,用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。
屏蔽一般分为两种类型:一类是静电屏蔽,主要用于防治静电场和恒定磁场的影响,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。
其中静电屏蔽应该注意两点:完善的屏蔽体和良好的接地。
电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。
因此电磁屏蔽的常见材料有:铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层。
一、电磁屏蔽的原理很多人对于电磁屏蔽的理解都是觉得被一个金属的盒子罩住并且接地就能够达到屏蔽的功能,其实这种结论是错误的。
因为我们的电磁屏蔽是需要在保证良好的接地前提下将干扰信号终止于由良导体制成的屏蔽体。
电磁屏蔽的原理就是有金属屏蔽体通过反射或者是吸收来进行干扰信号源,由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当,从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。
二、被动屏蔽和主动屏蔽:我们的电磁屏蔽还分为主动屏蔽和被动屏蔽。
被动屏蔽可以简单的理解为有人攻击我们进行反抗,被动屏蔽主要是屏蔽外来的信号;主动屏蔽就是内部问题了,主要是防止内部的信号泄露出去而进行的屏蔽。
被动屏蔽体多用于屏蔽对象与干扰源相距较远的场合,如屏蔽室等。
什么是电磁屏蔽?原理是什么?上述就是小编的总结于分析,希望能够对您有所帮助,欢迎大家留言讨论。
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽原理是指将电磁波传播的能量限制在一个特定的区域内,防止其对周围设备和系统产生干扰的方法。
电磁波是由电场和磁场相互作用形成的波动现象,如无线电波、微波、红外线等。
当电磁波遇到各种物体时,会发生折射、反射、透射和吸收等现象。
电磁屏蔽原理就是通过选用适当的材料和结构,降低电磁波的传播能量,使其无法穿过屏蔽结构,从而达到屏蔽的效果。
电磁屏蔽的常用材料包括金属、导电涂层、电导纤维等。
金属是最常见的屏蔽材料,由于其具有良好的导电性能,能够吸收和反射电磁波。
导电涂层则是在物体表面喷涂一层导电材料,形成导电薄膜,起到屏蔽电磁波的作用。
电导纤维是一种导电纤维材料,其纤维表面被导电涂层包覆,可用于制作柔性屏蔽材料。
除了材料选择外,屏蔽结构的设计也是实现电磁屏蔽的关键。
常见的屏蔽结构包括金属屏蔽箱、金属网格、金属箔等。
金属屏蔽箱是用金属材料构成的封闭结构,能够有效地阻挡电磁波的传播。
金属网格则是将金属线或金属薄片编织而成,可以成为一种透明且有效的屏蔽结构。
金属箔是一层薄的金属膜,可以贴附于物体表面,起到屏蔽电磁波的作用。
总之,电磁屏蔽通过选择合适的材料和设计屏蔽结构,可以有效地限制电磁波的传播范围,以减少干扰并保护周围设备和系统的正常运行。
电磁屏蔽原理电磁屏蔽(Electromagneticshielding)作为一种重要的物理和工程技术,在当今世界具有重要的意义。
它具有极高的研究价值,也非常重要的应用实用价值。
本文深入研究电磁屏蔽原理,并介绍电磁屏蔽的具体应用。
1.磁屏蔽的概念电磁屏蔽是一种在科学中用于阻隔、消除、减少或绝缘一个物体对外界电磁波的影响的方法。
它通过相反的电磁波来抵消外部的电磁波,从而达到消除电磁干扰的效果。
它可以有效地阻止电磁波及其传输和分布,减少或者抑制外界电磁场的干扰,从而有效保护设备或系统遭到外部电磁干扰的影响。
2.磁屏蔽的原理电磁屏蔽的原理是通过一个覆盖物,它能够有效吸收入射的电磁波,以致于降低外部电磁波对内部设备的影响。
它的原理是:当电磁波碰到屏蔽介质时,通过磁力线的改变和电荷蓄积,形成一种反射电磁波,使其与原始电磁波抵消,从而形成电磁屏蔽效应。
3.磁屏蔽的具体应用电磁屏蔽可以应用于电子产品,电子系统或部件中,以避免外部电磁波的干扰。
它可以用于电子设备的绝缘层,以及电子操作台的绝缘层,以及高科技设备如测控仪器系统的敏感性部件的屏蔽层,以便阻止外部电磁波干扰。
此外,电磁屏蔽还可以用于汽车车辆、发电机组、电网设施等重要场所,以有效防止电磁干扰、保护电力系统和其他重要设备的正常工作。
4.结电磁屏蔽是一种具有重要实际意义的物理技术,它可以有效阻止电磁波及其传输和分布,减少或者抑制外界电磁场的干扰,从而有效保护设备或系统遭到外部电磁干扰的影响,以及用于汽车车辆、发电机组、电网设施等重要场所,保护电网的正常工作。
此外,还有些电磁屏蔽的发展前景,由此可见,当今社会技术的发展与电磁屏蔽紧密联系在一起,但我们还需要对其原理进行更为深入的研究,在实践应用中把握其作用并发挥最大效果,以满足社会技术发展的需求。
电磁波屏蔽器原理
电磁波屏蔽器原理:
电磁波屏蔽器是一种用来阻止电磁辐射通过的装置,其原理是通过材料的电磁
屏蔽性能来阻隔电磁波的传播。
电磁波屏蔽器可以用于电子设备、建筑结构、军事装备等领域,有效地保护人体免受电磁辐射的危害。
电磁波屏蔽器的原理主要包括反射、吸收和漏射三种方式。
首先是反射原理,
电磁波遇到屏蔽器时,部分电磁波会被屏蔽器的材料反射回去,从而减少电磁波的穿透。
其次是吸收原理,屏蔽器的材料会吸收电磁波的能量,将其转化为热能或其他形式的能量,从而减少电磁波的传播。
最后是漏射原理,电磁波会在屏蔽器的边缘或缝隙处透射出去,但通过合理设计屏蔽器的结构,可以减少电磁波的漏射。
电磁波屏蔽器的材料是关键因素,常用的屏蔽材料包括金属材料(如铜、铝)、导电涂层、石墨材料等。
这些材料具有良好的导电性能和屏蔽性能,能有效地吸收或反射电磁波。
屏蔽器的设计结构也至关重要,要考虑电磁波的频率、波长、传播方向等因素,合理设计屏蔽器的形状和厚度,以达到最佳的屏蔽效果。
总的来说,电磁波屏蔽器的原理是通过屏蔽材料的反射、吸收和漏射作用,有
效地阻止电磁波的传播,从而保护人体和设备的安全。
合理选择屏蔽材料和设计屏蔽器的结构,能够提高电磁波屏蔽器的屏蔽效果,减少电磁辐射对人体的危害。
电磁波屏蔽器在现代社会中具有重要的应用意义,不仅可以保护人体健康,还可以保护电子设备和通信设备的正常工作。
电磁波屏蔽原理
电磁波屏蔽是指通过特殊材料、结构或装置来阻挡电磁波的传播。
其原理主要有以下几种:
1. 反射屏蔽:利用材料的反射特性,将电磁波反射回原来的传播方向。
这种屏蔽方式常用的材料包括金属、导电涂层等,其表面具有良好的导电性,可将电磁波反射回源头。
2. 吸收屏蔽:利用材料对电磁波的吸收能力,将电磁波转化为热能或其他形式的能量而阻止其继续传播。
常用的吸波材料包括碳纤维、铁粉等。
3. 散射屏蔽:利用材料对电磁波的散射效应,将电磁波从原来的传播方向中偏离。
散射效应可以通过调节材料的形状、大小和分布等来实现。
常见的散射材料包括金属网、金属片等。
4. 绝缘屏蔽:利用材料的绝缘性质,将电磁波的传播限制在特定的区域内。
绝缘屏蔽常用的材料包括胶体、聚合物、绝缘涂层等。
以上原理往往结合使用,通过屏蔽材料的选择、组合和优化设计,可以有效地阻挡、吸收或散射电磁波的传播,达到有效屏蔽电磁波的效果。
电磁屏蔽的原理
电磁屏蔽是一种减少或阻挡电磁波传播的技术。
其原理主要是利用导电性材料的导电性能和绝缘性材料的绝缘性能,以及电磁波的反射、吸收和衰减特性。
电磁波的传播是以电场和磁场的变化传递的。
当电磁波遇到导电材料时,会发生电磁波吸收和反射。
导电材料可以吸收电磁波的能量,并将其转化为热能,从而减少电磁波的传播。
此外,导电材料表面的自由电子会对电磁波产生反射作用,将电磁波反射回去,减少其传播。
绝缘材料内部存在弱的电流漏泄现象,这使得绝缘材料具有抑制电磁辐射的能力。
当电磁波遇到绝缘材料时,电荷在材料中移动的过程中会发生电荷和电场的重分布,从而使电磁波能量被损耗和分散,降低电磁波的穿透性。
为了提高电磁屏蔽的效果,可以采取多种手段,如增加导电材料的厚度、使用多层屏蔽结构、在导电材料之间加入绝缘层等。
这些手段能够增加电磁波与导电材料的相互作用,提高屏蔽效果。
总的来说,电磁屏蔽的原理是通过导电材料和绝缘材料相结合,利用反射、吸收和分散等特性来减少电磁波的传播和辐射,达到屏蔽电磁波的目的。
之阳早格格创做正在电子设备及电子产品中,电磁搞扰(Electromagnetic Interference)能量通过传导性耦合战辐射性耦合去举止传输.为谦脚电磁兼容性央供,对付传导性耦合需采与滤波技能,即采与EMI滤波器件加以压制;对付辐射性耦合则需采与屏蔽技能加以压制.正在目前电磁频谱日趋聚集、单位体积内电磁功率稀度慢遽减少、下矮电仄器件大概设备洪量混同使用等果素而引导设备及系统电磁环境日益逆转的情况下,其要害性便隐得更为超过.屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体,将电磁波限制于某一天区内的一种要领.由于辐射源分为近区的电场源、磁场源战近区的仄里波,果此屏蔽体的屏蔽本能依据辐射源的分歧,正在资料采用、结构形状战对付孔缝揭收统制等圆里皆有所分歧.正在安排中要达到所需的屏蔽本能,则需最先决定辐射源,精确频次范畴,再根据各个频段的典型揭收结构,决定统制果素,从而采用妥当的屏蔽资料,安排屏蔽壳体.屏蔽体对付辐射搞扰的压制本领用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)去衡量,屏蔽效能的定义:不屏蔽体时,从辐射搞扰源传输到空间某一面(P)的场强1(1)战加进屏蔽体后,辐射搞扰源传输到空间共一面(P)的场强2(2)之比,用dB(分贝)表示.图1 屏蔽效能定义示企图屏蔽效能表白式为 (dB) 大概(dB)工程中,本量的辐射搞扰源大概分为二类:类似于对付称振子天线的非关合载流导线辐射源战类似于变压器绕组的关合载流导线辐射源.由于电奇极子战磁奇极子是上述二类源的最基础形式,本量的辐射源正在空间某面爆收的场,均可由若搞个基基础的场叠加而成(图2).果此通过对付电奇极子战磁奇极子所爆收的场举止分解,便可得出本量辐射源的近近场及波阻抗战近、近场的场个性,从而为屏蔽分类提供劣良的表里依据.图2 二类基基础正在空间所爆收的叠加场近近场的区分是根据二类基基础的场随1/r(场面至源面的距离)的变更而决定的,为近近场的分界面,二类源正在近近场的场个性及传播个性均有所分歧.表1 二类源的场与传播个性场源典型近场()近场( )场个性传播个性场个性传播个性电奇极子非仄里波以衰减仄里波以衰减磁奇极子非仄里波以衰减仄里波以衰减波阻抗为空间某面电场强度与磁场强度之比,场源分歧、近近场分歧,则波阻抗也有所分歧,表2与图3分别用图表给出了的波阻抗个性.表2 二类源的波阻抗波阻抗(Ω)场源典型近场()近场()电奇极子120π120π磁奇极子120π120π能量稀度包罗电场分量能量稀度战磁场分量能量稀度,通过对付由共一场源所爆收的电场、磁场分量的能量稀度举止比较,不妨决定场源正在分歧天区内何种分量占主要成份,以便决定简曲的屏蔽分类.能量稀度的表白式由下列公式给出:电场分量能量稀度磁场分量能量稀度场源总能量稀度表3 二类源的能量稀度能量稀度比较场源典型近场()近场()电奇极子磁奇极子表3给出了二种场源正在近、近场的能量稀度.从表中不妨瞅出,二类源的近场有很大的辨别,电奇极子的近场能量主要为电场分量,可忽略磁场分量;磁奇极子的近场能量主要为磁场分量,可忽略电场分量;二类源正在近场时,电场、磁场分量均必须共时思量.屏蔽典型依据上述分解不妨举止以下分类:表4 屏蔽分类场源典型近场()近场()电奇极子(非关合载流导线)电屏蔽(包罗静电屏蔽)电磁屏蔽磁奇极子(关合载流导线)磁屏蔽(包罗恒定磁场屏蔽)电磁屏蔽电屏蔽的真量是减小二个设备(大概二个电路、组件、元件)间电场感触的效用.电屏蔽的本理是正在包管劣良交天的条件下,将搞扰源所爆收的搞扰末止于由良导机制成的屏蔽体.果此,交天劣良及采用良导体搞为屏蔽体是电屏蔽是可起效用的二个关键果素.磁屏蔽的本理是由屏蔽体对付搞扰磁场提供矮磁阻的磁通路,从而对付搞扰磁场举止分流,果而采用钢、铁、坡莫合金等下磁导率的资料战安排盒、壳等启关壳体成为磁屏蔽的二个关键果素.电磁屏蔽的本理是由金属屏蔽体通过对付电磁波的反射战吸支去屏蔽辐射搞扰源的近区场,即共时屏蔽场源所爆收的电场战磁场分量.由于随着频次的删下,波少变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相称,从而引导屏蔽体的孔缝揭收成为电磁屏蔽最关键的统制果素.屏蔽体的揭收耦合结构与所需压制的电磁波频次稀切相关,三类屏蔽所波及的频次范畴及统制果素如表5所示:表5 揭收耦合结构与统制果素本量屏蔽体上共时存留多个揭收耦合结构(n个),设机箱交缝、透气孔、屏蔽体壁板等各揭收耦合结构的单独屏蔽效能(如只思量交缝)为SEi(i=1,2,…,n),则屏蔽体总的屏蔽效能由上式不妨瞅出,屏蔽体的屏蔽效能是由各个揭收耦合结构中爆收最大揭收耦合的结构所决断的,即由屏蔽最单薄的关节所决断的.果此举止屏蔽安排时,精确分歧频段的揭收耦合结构,决定最大揭收耦合果素是其主要的安排准则.正在三类屏蔽中,磁屏蔽战电磁屏蔽的易度较大.更加是电磁屏蔽安排中的孔缝揭收压制最为关键,成为屏蔽安排中应沉面思量的主要果素.图4 典型机柜结构示企图根据孔耦合表里,决断孔缝揭收量的果素主要有二个:孔缝里积战孔缝最大线度尺寸.二者皆大,则揭收最为宽沉;里积小而最大线度尺寸大则电磁揭收仍旧较大.图4所示为一典型机柜示企图,上头的孔缝主要分为四类:●机箱(机柜)交缝该类缝虽然里积不大,然而其最大线度尺寸即缝少却非常大,由于维建、开开等节制,以致该类缝成为电子设备中屏蔽易度最大的一类孔缝,采与导电衬垫等特殊屏蔽资料不妨灵验天压制电磁揭收.该类孔缝屏蔽安排的关键正在于:合理天采用导电衬垫资料并举止适合的变形统制.●透气孔该类孔里积战最大线度尺寸较大,透气孔安排的关键正在于透气部件的采用与拆置结构的安排.正在谦脚透气本能的条件下,应尽大概采用屏效较下的屏蔽透气部件.●瞅察孔与隐现孔该典型孔里积战最大线度尺寸较大,其安排的关键正在于屏蔽透光资料的采用与拆置结构的安排.●连交器与机箱交缝那类缝的里积与最大线度尺寸均不大,然而由于正在下频时引导连交器与机箱的交触阻抗慢遽删大,从而使得屏蔽电缆的共模传导收射变大,往往引导所有设备的辐射收射出现超标,为此应采与导电橡胶等连交器导电衬垫.综上所述,孔缝压制的安排重心归纳为:●合理采用屏蔽资料;●合理安排拆置互连结构.电磁屏蔽电磁屏蔽是办理电磁兼容问题的要害脚法之一.大部分电磁兼容问题皆不妨通过电磁屏蔽去办理.用电磁屏蔽的要领去办理电磁搞扰问题的最大用处是不会效用电路的仄常处事,果此不需要对付电路搞所有建改.1 采用屏蔽资料屏蔽体的灵验性用屏蔽效能去度量.屏蔽效能是不屏蔽时空间某个位子的场强E1与有屏蔽时该位子的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对付电磁波的衰减程度.用于电磁兼容脚法的屏蔽体常常能将电磁波的强度衰减到本去的百分之一至百万分之一,果此通时常使用分贝去表述屏蔽效能,那时屏蔽效能的定义公式为:SE = 20 lg ( E1/ E2 ) (dB) 用那个定义式只可尝试屏蔽资料的屏蔽效能,而无法决定该当使用什么资料搞屏蔽体.要决定使用什么资料制制屏蔽体,需要相识资料的屏蔽效能与资料的什么个性参数有关.工程中真用的表征资料屏蔽效能的公式为:SE = A + R (dB) 式中的A称为屏蔽资料的吸支耗费,是电磁波正在屏蔽资料中传播时爆收的,估计公式为:A=3.34t(fμrσr)(dB) t = 资料的薄度,μr = 资料的磁导率,σr = 资料的电导率,对付于特定的资料,那些皆是已知的.f = 被屏蔽电磁波的频次.式中的R称为屏蔽资料的反射耗费,是当电磁波进射到分歧媒量的分界里时爆收的,估计公式为:R=20lg(ZW/ZS)(dB) 式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽资料的个性阻抗.电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H.正在距离辐射源较近(<λ/2π,称为近场区)时,波阻抗的值与决于辐射源的本量、瞅测面到源的距离、介量个性等.若辐射源为大电流、矮电压(辐射源电路的阻抗较矮),则爆收的电磁波的波阻抗小于377,称为矮阻抗波,大概磁场波.若辐射源为下电压,小电流(辐射源电路的阻抗较下),则波阻抗大于377,称为下阻抗波大概电场波.关于近场区内波阻抗的简曲估计公式本文不予叙述,免得冲浓中心,感兴趣的读者不妨参照有关电磁场圆里的参照书籍.当距离辐射源较近(>λ/2π,称为近场区)时,波波阻抗仅与电场波传播介量有关,其数值等于介量的个性阻抗,气氛为377Ω.屏蔽资料的阻抗估计要领为:|ZS|=3.68×107(fμr/σr) (Ω) f=进射电磁波的频次(Hz),μr=相对付磁导率,σr=相对付电导率从上头几个公式,便不妨估计出百般屏蔽资料的屏蔽效能了,为了便当安排,底下给出一些定性的论断.●正在近场区安排屏蔽时,要分别思量电场波战磁场波的情况;●屏蔽电场波时,使用导电性好的资料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的资料;●共一种屏蔽资料,对付于分歧的电磁波,屏蔽效能使分歧的,对付电场波的屏蔽效能最下,对付磁场波的屏蔽效能最矮,也便是道,电场波最简单屏蔽,磁场波最易屏蔽;●普遍情况下,资料的导电性战导磁性越好,屏蔽效能越下;●屏蔽电场波时,屏蔽体尽管靠拢辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽管近离磁场源;有一种情况需要特天注意,那便是1kHz以下的磁场波.那种磁场波普遍由大电流辐射源爆收,比圆,传输大电流的电力线,大功率的变压器等.对付于那种频次很矮的磁场,只可采与下导磁率的资料举止屏蔽,时常使用的资料是含镍80%安排的坡莫合金.2 孔洞战漏洞的电磁揭收与对付策普遍除了矮频磁场中,大部分金属资料不妨提供100dB 以上的屏蔽效能.然而正在本量中,罕睹的情况是金属搞成的屏蔽体,并不那样下的屏蔽效能,以至险些不屏蔽效能.那是果为许多安排人员不相识电磁屏蔽的关键.最先,需要相识的是电磁屏蔽与屏蔽体交天与可并不关系.那与静电场的屏蔽分歧,正在静电中,只消将屏蔽体交天,便不妨灵验天屏蔽静电场.而电磁屏蔽却与屏蔽体交天与可无关,那是必须精确的.电磁屏蔽的关键面有二个,一个是包管屏蔽体的导电连绝性,即所有屏蔽体必须是一个完备的、连绝的导电体.另一面是不克不迭有脱过机箱的导体.对付于一个本量的机箱,那二面真止起去皆非常艰易.最先,一个真用的机箱上会有很多孔洞战孔缝:透气心、隐现心、拆置百般安排杆的开心、分歧部分分离的漏洞等.屏蔽安排的主要真量便是怎么样妥擅处理那些孔缝,共时不会效用机箱的其余本能(好瞅、可维性、稳当性).其次,机箱上经常会有电缆脱出(进),起码会有一条电源电缆.那些电缆会极天里妨害屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能落矮数格中贝.妥擅处理那些电缆是屏蔽安排中的要害真量之一(脱过屏蔽体的导体的妨害奇尔比孔缝的妨害更大).当电磁波进射到一个孔洞时,其效用相称于一个奇极天线(图1),当孔洞的少度达到λ/2时,其辐射效用最下(与孔洞的宽度无关),也便是道,它不妨将激励孔洞的局部能量辐射进去.对付于一个薄度为0资料上的孔洞,正在近场区中,最坏情况下(制成最大揭收的极化目标)的屏蔽效能(本量情况下屏蔽效能大概会更大一些)估计公式为:SE=100 20lgL 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB) 若L ≥λ/2,SE = 0 (dB) 式中各量:L = 漏洞的少度(mm),H = 漏洞的宽度(mm),f = 进射电磁波的频次(MHz).正在近场区,孔洞的揭收还与辐射源的个性有关.当辐射源是电场源时,孔洞的揭收比近场时小(屏蔽效能下),而当辐射源是磁场源时,孔洞的揭收比近场时要大(屏蔽效能矮).近场区,孔洞的电磁屏蔽估计公式为:若ZC >(7.9/D·f):SE = 48 + 20lg ZC 20lgL·f+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ] 若Zc<(7.9/D·f):SE = 20lg [ (D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]式中:Zc=辐射源电路的阻抗(Ω),D = 孔洞到辐射源的距离(m),L、H = 孔洞少、宽(mm),f = 电磁波的频次(MHz)证明:● 正在第二个公式中,屏蔽效能与电磁波的频次不关系.● 大普遍情况下,电路谦脚第一个公式的条件,那时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能.● 第二个条件中,假设辐射源是杂磁场源,果此不妨认为是一种正在最坏条件下,对付屏蔽效能的守旧估计.● 对付于磁场源,屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关,距离越近,则揭收越大.那面正在安排时一定要注意,磁场辐射源一定要尽管近离孔洞.多个孔洞的情况当N个尺寸相共的孔洞排列正在所有,而且相距很近(距离小于λ/2)时,制成的屏蔽效能下落为20lgN1/2.正在分歧里上的孔洞不会减少揭收,果为其辐射目标分歧,那个个性不妨正在安排中用去预防某一个里的辐射过强.除了使孔洞的尺寸近小于电磁波的波少,用辐射源尽管近离孔洞等要领减小孔洞揭收以中,减少孔洞的深度也不妨减小孔洞的揭收,那便是停止波导的本理.普遍情况下,屏蔽机箱上分歧部分的分离处不可能真足交触,只可正在某些面交触上,那形成了一个孔洞阵列.漏洞是制成屏蔽机箱屏蔽效能落级的主要本果之一.减小漏洞揭收的要领有:● 减少导电交触面、减小漏洞的宽度,比圆使用板滞加工的脚法(如用铣床加工交触表面)去减少交触里的仄坦度,减少紧固件(螺钉、铆钉)的稀度;● 加大二块金属板之间的沉叠里积;● 使用电磁稀启衬垫,电磁稀启衬垫是一种弹性的导电资料.如果正在漏洞处拆置上连绝的电磁稀启衬垫,那么,对付于电磁波而止,便如共正在液体容器的盖子上使用了橡胶稀启衬垫后不会爆收液体揭收一般,不会爆收电磁波的揭收.3 脱过屏蔽体的导体的处理制成屏蔽体做废的另一个主要本果是脱过屏蔽体的导体.正在本量中,很多结构上很周到的屏蔽机箱(机柜)便是由于有导体曲交脱过屏蔽箱而引导电磁兼容考查波折,那是缺累电磁兼容体味的安排师感触狐疑的典型问题之一.推断那种问题的要领是将设备上正在考查中不需要连交的电缆拔下,如果电磁兼容问题消得,证明电缆是引导问题的果素.办理那个问题有二个要领:● 对付于传输频次较矮的旗号的电缆,正在电缆的端心处使用矮通滤波器,滤除电缆上不需要的下频频次身分,减小电缆爆收的电磁辐射(果为下频电流最简单辐射).那共样也能预防电缆上感触到的环境噪声传进设备内的电路.● 对付于传输频次较下的旗号的电缆,矮通滤波器大概会引导旗号得真,那时只可采与屏蔽的要领.然而要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°拆交,那往往是很易的.正在电缆端心拆置矮通滤波器有二个要领● 拆置正在线路板上,那种要领的便宜是经济,缺面是下频滤波效验短好.隐然,那个缺面对付于那种用途的滤波器是格中致命的,果为,咱们使用滤波器的脚法便是滤除简单引导辐射的下频旗号,大概者空间的下频电磁波正在电缆上感触的电流.● 拆置正在里板上,那种滤波器曲交拆置正在屏蔽机箱的金属里板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波连交器等.由于曲交拆置正在金属里板上,滤波器的输进、输出之间真足断绝,交天劣良,导线上的搞扰正在机箱端心上被滤除,果此滤波效验格中理念.缺面是拆置需要一定的结构协共,那必须正在安排初期举止思量.由于新颖电子设备的处事频次越去越下,对付付的电磁搞扰频次也越去越下,果此正在里板上拆置搞扰滤波器成为一种趋势.一种使用格中便当、本能格中劣良的器件便是滤波连交器.滤波连交器的形状与一般连交器的形状真足相共,不妨曲交替换.它的每根插针大概孔上有一个矮通滤波器.矮通滤波器不妨是简朴的单电容电路,也不妨是较搀杂的电路.办理电缆上搞扰的一个格中简朴的要领是正在电缆上套一个铁氧体磁环,那个要领虽然往往灵验,然而是有一些条件.许多人对付铁氧体寄予了过下憧憬,只消一逢到电缆辐射的问题,便正在电缆上套铁氧体,往往会得视.铁氧体磁环的效验预测公式为:共模辐射革新 =20lg(加磁环后的共模环路阻抗/加磁环前的共模环路阻抗)比圆,如果出加铁氧体时的共模环路阻抗为100Ω,加了铁氧体以去为1000Ω,则共模辐射革新为20dB.证明:奇尔套上铁氧体后,电磁辐射并不明隐的革新,那本去纷歧定是铁氧体不起效用,而大概是除了那根电缆以中,另有其余辐射源.正在电缆上使用铁氧体磁环时,要注意下列一些问题:● 磁环的内径尽管小● 磁环的壁尽管薄● 磁环尽管少● 磁环尽管拆置正在电缆的端头处金属屏蔽效用可用屏蔽效用(SE)对付屏蔽罩的适用性举止评估,其单位是分贝,估计公式为SEdB=A+R+B 其中A:吸支耗费(dB) R:反射耗费(dB) B:矫正果子(dB)(适用于薄屏蔽罩内存留多个反射的情况)一个简朴的屏蔽罩会使所爆收的电磁场强度落至最初的格中之一,即SE 等于20dB;而有些场合大概会央供将场强落至为最初的十万分之一,即SE要等于100dB. 吸支耗费是指电磁波脱过屏蔽罩时能量耗费的数量,吸支耗费估计式为AdB=1.314(f×σ×μ)1/2×t其中f:频次(MHz) μ:铜的导磁率σ:铜的导电率t:屏蔽罩薄度反射耗费(近场)的大小与决于电磁波爆收源的本量以及与波源的距离.对付于杆状大概曲线形收射天线而止,离波源越近波阻越下,而后随着与波源距离的减少而下落,然而仄里波阻则无变更(恒为377). 差异,如果波源是一个小型线圈,则此时将以磁场为主,离波源越近波阻越矮.波阻随着与波源距离的减少而减少,然而当距离超出波少的六分之一时,波阻不再变更,恒定正在377处.反射耗费随波阻与屏蔽阻抗的比率变更,果此它不然而与决于波的典型,而且与决于屏蔽罩与波源之间的距离.那种情况适用于小型戴屏蔽的设备. 近场反射耗费可按下式估计R(电)dB=321.8(20×lg r)(30×lg f)[10×lg(μ/σ)] R(磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)]其中r:波源与屏蔽之间的距离. SE算式末尾一项是矫正果子B,其估计公式为B=20lg[exp(2t/σ)]此式仅适用于近磁场环境而且吸支耗费小于10dB的情况.由于屏蔽物吸功效用不下,其里里的再反射会使脱过屏蔽层另部分的能量减少,所以矫正果子是个背数,表示屏蔽效用的下落情况.EMI压制战术惟犹如金属战铁之类导磁率下的资料才搞正在极矮频次下达到较下屏蔽效用.那些资料的导磁率会随着频次减少而落矮,其余如果初初磁场较强也会使导磁率落矮,另有便是采与板滞要领将屏蔽罩做成确定形状共样会落矮导磁率.综上所述,采用用于屏蔽的下导磁性资料非常搀杂,常常要背EMI屏蔽资料供应商以及有关接洽机构觅供办理规划. 正在下频电场下,采与薄层金属动做中壳大概内衬资料可达到劣良的屏蔽效验,然而条件是屏蔽必须连绝,并将敏感部分真足覆挡住,不缺心大概漏洞(产死一个法推第笼).然而正在本量中要制制一个无交缝及缺心的屏蔽罩是不可能的,由于屏蔽罩要分成多个部分举止创制,果此便会有漏洞需要交合,其余常常还得正在屏蔽罩上挨孔以便拆置与插卡大概拆置组件的连线.安排屏蔽罩的艰易正在于制制历程中不可预防会爆收孔隙,而且设备运止历程中还会需要用到那些孔隙.制制、里板连线、透气心、中部监测窗心以及里板拆置组件等皆需要正在屏蔽罩上挨孔,从而大大落矮了屏蔽本能.纵然沟槽战漏洞不可预防,然而正在屏蔽安排中对付与电路处事频次波少有关的沟槽少度做小心思量是很有用处的. 任一频次电磁波的波少为: 波少(λ)=光速(C)/频次(Hz) 当漏洞少度为波少(停止频次)的一半时,RF波开初以20dB/10倍频(1/10停止频次)大概6dB/8倍频(1/2停止频次)的速率衰减.常常RF收射频次越下衰减越宽沉,果为它的波少越短.当波及到最下频次时,必须要思量大概会出现的所有谐波,不过本量上只需思量一次及二次谐波即可.一朝相识了屏蔽罩内RF辐射的频次及强度,便可估计出屏蔽罩的最大允许漏洞战沟槽.比圆如果需要对付1GHz(波少为300mm)的辐射衰减26dB,则150mm的漏洞将会开初爆收衰减,果此当存留小于150mm的漏洞时,1GHz辐射便会被衰减.所以对付1GHz频次去道,若需要衰减20dB,则漏洞应小于15 mm(150mm的1/10),需要衰减26dB时,漏洞应小于7.5 mm(15mm的1/2以上),需要衰减32dB 时,漏洞应小于 3.75 mm(7.5mm的1/2以上).可采与符合的导电衬垫使漏洞大小规定正在确定尺寸内,从而真止那种衰减效验. 定正在确定尺寸内,从而真止那种衰减效验.。
电磁屏蔽是指采取一系列措施来减弱或阻止电磁辐射对设备、系统或人体的干扰或损害。
它是在电磁环境中保护敏感元件、防止电磁泄露或限制电磁辐射的重要技术手段。
以下是电磁屏蔽的基本概念和原理:
基本概念:
电磁波:电磁波是由电场和磁场通过空间传播的能量。
它包括各种频率和波长的电磁辐射,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线和X射线等。
电磁辐射:电磁辐射是指电磁波通过空间传播,向周围环境辐射能量的过程。
电磁辐射可能会对设备、系统或人体产生干扰或损害。
电磁屏蔽:电磁屏蔽是指采取一系列措施,以降低或消除电磁波对设备、系统或人体的干扰或损害。
原理:
电磁屏蔽的原理基于电磁波的特性和物质的相互作用。
以下是一些常见的电磁屏蔽原理:
反射:通过使用具有良好导电性的材料,电磁波可以被反射回源头,从而减少外部电磁辐射对设备的影响。
吸收:使用吸波材料(如电磁波吸收材料)来吸收电磁波的能量,将其转化为热能或其他形式的能量,从而减少电磁波的传播和干扰。
屏蔽:使用具有良好导电性的材料制作屏蔽结构,将电磁波隔离在屏蔽区域内,防止其对周围设备或人体的干扰。
地线接地:通过良好的接地系统,将电磁波的能量引导到地面,减少电磁辐射对设备的干扰。
滤波:使用滤波器来过滤特定频率范围的电磁波,阻止它们进入设备或系统。
屏蔽箱或屏蔽室:使用金属屏蔽箱或建造电磁屏蔽室,有效隔离电磁波,阻止其对内部设备或系统的干扰。
电磁屏蔽的原理是啥电磁屏蔽是一种通过阻挡或吸收电磁辐射来保护电子设备免受外部电磁干扰的技术。
它基于电磁波的特性,采取一系列措施来限制电磁波的传播,从而达到屏蔽的效果。
电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的能量波动,并以光速传播。
频率和振幅的不同决定了电磁波的特性,同时也决定了电磁波对电子设备的影响程度。
对于电子设备来说,如果受到外部电磁波的干扰,可能会导致电路故障、数据丢失或其他不正常运行的现象。
电磁屏蔽的原理是通过选择合适的屏蔽材料和结构来限制电磁波的传播和入侵。
以下是电磁屏蔽的一些主要原理和方法:1. 反射:电磁波在遇到屏蔽材料时,会发生反射。
屏蔽材料通常具有良好的导电性或磁导率,使电磁波无法穿透材料表面,从而反射回去。
2. 吸收:电磁波在遇到屏蔽材料时,会发生吸收。
屏蔽材料通常具有高度吸收电磁波的特性,通过将电磁波转化为热能或其他形式的能量,来消耗电磁波的能量。
3. 散射:电磁波在遇到屏蔽材料时,会发生散射。
散射是指电磁波在材料表面或内部遇到不同介质或结构时改变方向或传播路径的现象。
4. 圈地:通过将电子设备放置在一个屏蔽的金属盒子或金属外壳中,形成一个封闭的空间,称为Faraday囚笼。
这个金属外壳可以有效地屏蔽外部电磁波的入侵。
5. 导向:通过采用合适的导向形状和布局,使电磁波沿特定的路径传导,从而避免对电子设备的干扰。
通过以上的原理和方法,可以实现电磁屏蔽的效果,保护电子设备免受外部电磁干扰的影响。
采取不同的屏蔽措施,可以根据具体的应用环境和需求来选择合适的电磁屏蔽方案。
电磁屏蔽技术在现代电子设备中起着重要的作用。
电子设备通常都会产生和接收不同频率的电磁波,而周围环境也充满了各种电磁辐射源。
如果没有电磁屏蔽的保护,电子设备可能会受到各种干扰,甚至可能无法正常工作。
电磁屏蔽广泛应用于通信设备、航天装备、医疗仪器和工业自动化等领域。
在通信设备方面,电磁屏蔽能够减少设备之间的互相干扰,并提高信号传输的质量和可靠性。
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。
电磁屏蔽的原理
电磁屏蔽是一种减少电磁干扰的技术,它利用一系列的电磁屏蔽材料来隔离电磁波的传播和接收,用于保护电子设备的正常运作和减少对人体的影响。
电磁屏蔽的原理主要涉及电磁波的传播和反射、电磁波的辐射以及材料的导电性等因素。
在电磁场中,电磁波会在介质中传播,并被介质表面反射、透射、衍射等。
电磁屏蔽的主要原理是通过使用一系列的屏蔽材料,将电磁波的传播路径限制在材料的界面上。
电磁波传播时会相互干扰和干扰其他设备。
通过使用电磁屏蔽材料,可以减少电磁波的传播和干扰,从而有效保护设备的正常运作。
电磁波的辐射是电磁屏蔽的另一个重要原理。
通过采用各种屏蔽材料来减少电磁波的辐射,这些材料能够将电磁波吸收并将其转化为热能或者其他形式的能量。
这些材料能够有效地限制电磁辐射的范围,从而减少对其他设备的干扰和对人体的影响。
材料的导电性也是电磁屏蔽的基本原理之一。
通过使用导电材料,可以将电磁波的能量导入材料中,并将其吸收周围的环境中。
这些导电材料可以有效地吸收电磁波的能量,从而消除干扰和辐射。
综上所述,电磁屏蔽的原理主要包括电磁波的传播和反射、电磁波的辐射以及材料的导电性等因素。
通过使用一系列不同的电磁屏蔽材料,可以有效地减少电磁
干扰和辐射,从而保护电子设备的正常运作和减少对人体的影响。
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽(EMI)可以将电磁干扰从一个特定环境中削弱到可接受的水平。
电磁干扰可分为多种类型,例如电磁波,射频信号以及电磁辐射,其中最为常见的就是电磁波。
为了避免电磁波的影响,必须采取措施来进行电磁屏蔽。
电磁屏蔽的原理很有趣,虽然它的内部运行机制较为复杂,但可以被简单的描述为电磁波的吸收。
电磁屏蔽的材料通常具有合金成分,这些合金成分会将外界传入的电磁波发射出去,从而实现电磁屏蔽的效果。
这种发射通常有两种形式:第一种是电磁反射,这种形式可以将外部传入的电磁波反射回去;另一种是电磁耦合,这种形式能够将外部的电磁波转换为内部的电磁波。
此外,电磁屏蔽也需要特定的结构,以及特定的安装方式,这些都是电磁屏蔽的关键因素。
这种结构能够有效地传导电磁波,通常是采用一层金属材料或者其他合金材料制成的框架,然后在这个框架上再装上具有特定电流密度的电线。
这些框架上装有电线之后,便能够产生一层电磁屏蔽,从而抵抗外部传入的电磁波了。
总之,电磁屏蔽是一个复杂而又有趣的课题。
以上仅仅是电磁屏蔽的一些基本原理,但是要想实现完美的电磁屏蔽,就必须更深入的去研究,才能够有效而又准确的抵抗外部的电磁波干扰。
在电子设备及电子产品中,电磁干扰Electromagnetic Interference能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输;为满足电磁兼容性要求,对传导性耦合需采用滤波技术,即采用EMI滤波器件加以抑制;对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制;在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶化的情况下,其重要性就显得更为突出;屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体,将电磁波局限于某一区域内的一种方法;由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波,因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同,在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同;在设计中要达到所需的屏蔽性能,则需首先确定辐射源,明确频率范围,再根据各个频段的典型泄漏结构,确定控制要素,进而选择恰当的屏蔽材料,设计屏蔽壳体;屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SEShielding Effectiveness来衡量,屏蔽效能的定义:没有屏蔽体时,从传输到空间某一点P的场强 1 1和加入屏蔽体后,辐射干扰源传输到空间同一点P的场强 2 2之比,用dB分贝表示;图1 屏蔽效能定义示意图屏蔽效能表达式为 dB 或dB 工程中,实际的辐射干扰源大致分为两类:类似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源和类似于变压器绕组的闭合载流导线辐射源;由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式,实际的辐射源在空间某点产生的场,均可由若干个基本源的场叠加而成图2;因此通过对和所产生的场进行分析,就可得出实际辐射源的及和远、的场特性,从而为屏蔽分类提供良好的理论依据;图2 两类基本源在空间所产生的叠加场远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r场点至源点的距离的变化而确定的, 为远近场的分界点,两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同;表1 两类源的场与传播特性场源类型近场远场场特性传播特性场特性传播特性以衰减平面波以衰减非平面波以衰减以衰减波阻抗为空间某点电场强度与磁场强度之比,场源不同、远近场不同,则波阻抗也有所不同,表2与图3分别用图表给出了的波阻抗特性;表2 两类源的波阻抗场源类型波阻抗Ω近场远场电偶极子120π120π磁偶极子120π120π能量密度包括电场分量能量密度和磁场分量能量密度,通过对由同一场源所产生的电场、磁场分量的能量密度进行比较,可以确定场源在不同区域内何种分量占主要成份,以便确定具体的屏蔽分类;能量密度的表达式由下列公式给出:电场分量能量密度磁场分量能量密度场源总能量密度表3 两类源的能量密度能量密度比较场源类型近场远场电偶极子磁偶极子表3给出了两种场源在远、近场的能量密度;从表中可以看出,两类源的近场有很大的区别,电偶极子的近场能量主要为电场分量,可忽略磁场分量;磁偶极子的近场能量主要为磁场分量,可忽略电场分量;两类源在远场时,电场、磁场分量均必须同时考虑;屏蔽类型依据上述分析可以进行以下分类:表4 屏蔽分类场源类型近场远场电偶极子非闭合载流导线电屏蔽包括静电屏蔽电磁屏蔽磁偶极子闭合载流导线磁屏蔽包括恒定磁场屏蔽电磁屏蔽电屏蔽的实质是减小两个设备或两个电路、组件、元件间电场感应的影响;电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下,将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体;因此,接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素;磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路,从而对干扰磁场进行分流,因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素;电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量;由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当,从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素;屏蔽体的泄漏耦合结构与所需抑制的频率密切相关,三类屏蔽所涉及的频率范围及控制要素如表5所示:表5 泄漏耦合结构与控制要素屏蔽类型频率范围10kHz~500kHz 1MHz~500MHz 500MHz~40GHz实际屏蔽体上同时存在多个泄漏耦合结构n个,设机箱接缝、通风孔、屏蔽体壁板等各泄漏耦合结构的单独屏蔽效能如只考虑接缝为SEii=1,2,…,n,则屏蔽体总的屏蔽效能由上式可以看出,屏蔽体的屏蔽效能是由各个泄漏耦合结构中产生最大泄漏耦合的结构所决定的,即由屏蔽最薄弱的环节所决定的;因此进行屏蔽设计时,明确不同频段的泄漏耦合结构,确定最大泄漏耦合要素是其首要的设计原则;在三类屏蔽中,磁屏蔽和电磁屏蔽的难度较大;尤其是电磁屏蔽设计中的孔缝泄漏抑制最为关键,成为屏蔽设计中应重点考虑的首要因素;图4 典型机柜结构示意图根据孔耦合理论,决定孔缝泄漏量的因素主要有两个:孔缝面积和孔缝最大线度尺寸;两者皆大,则泄漏最为严重;面积小而最大线度尺寸大则电磁泄漏仍然较大;图4所示为一典型机柜示意图,上面的孔缝主要分为四类:●机箱机柜接缝该类缝虽然面积不大,但其最大线度尺寸即缝长却非常大,由于维修、开启等限制,致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝,采用导电衬垫等特殊屏蔽材料可以有效地抑制电磁泄漏;该类孔缝屏蔽设计的关键在于:合理地选择导电衬垫材料并进行适当的变形控制;●通风孔该类孔面积和最大线度尺寸较大,通风孔设计的关键在于通风部件的选择与装配结构的设计;在满足通风性能的条件下,应尽可能选用屏效较高的屏蔽通风部件;●观察孔与显示孔该类型孔面积和最大线度尺寸较大,其设计的关键在于屏蔽透光材料的选择与装配结构的设计;●连接器与机箱接缝这类缝的面积与最大线度尺寸均不大,但由于在高频时导致连接器与机箱的接触阻抗急剧增大,从而使得的共模传导发射变大,往往导致整个设备的辐射发射出现超标,为此应采用导电橡胶等连接器导电衬垫;综上所述,孔缝抑制的设计要点归纳为:●合理选择屏蔽材料;●合理设计安装互连结构;电磁屏蔽电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一;大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决;用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作,因此不需要对电路做任何修改;1 选择屏蔽材料屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量;屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度;用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一,因此通常用分贝来表述屏蔽效能,这时屏蔽效能的定义公式为:SE = 20 lg E1/ E2 dB用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能,而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体;要确定使用什么材料制造屏蔽体,需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关;工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为:SE = A + R dB式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗,是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的,计算公式为:A=fμrσr dBt = 材料的厚度,μr = 材料的磁导率,σr = 材料的电导率,对于特定的材料,这些都是已知的;f = 被屏蔽电磁波的频率;式中的R称为屏蔽材料的反射损耗,是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的,计算公式为:R=20lgZW/ZS dB式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗;电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H;在距离辐射源较近<λ/2π,称为近场区时,波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等;若辐射源为大电流、低电压辐射源电路的阻抗较低,则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为低阻抗波,或磁场波;若辐射源为高电压,小电流辐射源电路的阻抗较高,则波阻抗大于377,称为高阻抗波或电场波;关于近场区内波阻抗的具体计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以参考有关电磁场方面的参考书;当距离辐射源较远>λ/2π,称为远场区时,波波阻抗仅与电场波传播介质有关,其数值等于介质的特性阻抗,空气为377Ω;屏蔽材料的阻抗计算方法为:|ZS|=×10-7fμr/σr Ωf=入射电磁波的频率Hz,μr=相对磁导率,σr=相对电导率从上面几个公式,就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了,为了方便设计,下面给出一些定性的结论;●在近场区设计屏蔽时,要分别考虑电场波和磁场波的情况;●屏蔽电场波时,使用导电性好的材料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的材料;●同一种屏蔽材料,对于不同的电磁波,屏蔽效能使不同的,对电场波的屏蔽效能最高,对磁场波的屏蔽效能最低,也就是说,电场波最容易屏蔽,磁场波最难屏蔽;●一般情况下,材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高;●屏蔽电场波时,屏蔽体尽量靠近辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽量远离磁场源;有一种情况需要特别注意,这就是1kHz以下的磁场波;这种磁场波一般由大电流辐射源产生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等;对于这种频率很低的磁场,只能采用高导磁率的材料进行屏蔽,常用的材料是含镍80%左右的坡莫合金;2 孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策一般除了低频磁场外,大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能;但在实际中,常见的情况是金属做成的屏蔽体,并没有这么高的屏蔽效能,甚至几乎没有屏蔽效能;这是因为许多设计人员没有了解电磁屏蔽的关键;首先,需要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系;这与静电场的屏蔽不同,在静电中,只要将屏蔽体接地,就能够有效地屏蔽静电场;而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关,这是必须明确的;电磁屏蔽的关键点有两个,一个是保证屏蔽体的导电连续性,即整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体;另一点是不能有穿过机箱的导体;对于一个实际的机箱,这两点实现起来都非常困难;首先,一个实用的机箱上会有很多孔洞和孔缝:通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分结合的缝隙等;屏蔽设计的主要内容就是如何妥善处理这些孔缝,同时不会影响机箱的其他性能美观、可维性、可靠性;其次,机箱上总是会有电缆穿出入,至少会有一条电源电缆;这些电缆会极大地危害屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝;妥善处理这些电缆是屏蔽设计中的重要内容之一穿过屏蔽体的导体的危害有时比孔缝的危害更大;当电磁波入射到一个孔洞时,其作用相当于一个偶极天线图1,当孔洞的长度达到λ/2时,其辐射效率最高与孔洞的宽度无关,也就是说,它可以将激励孔洞的全部能量辐射出去;对于一个厚度为0材料上的孔洞,在远场区中,最坏情况下造成最大泄漏的极化方向的屏蔽效能实际情况下屏蔽效能可能会更大一些计算公式为:SE=100 - 20lgL - 20lg f + 20lg 1 + L/H dB若L ≥λ/2,SE = 0 dB式中各量:L = 缝隙的长度mm,H = 缝隙的宽度mm,f = 入射电磁波的频率MHz;在近场区,孔洞的泄漏还与辐射源的特性有关;当辐射源是电场源时,孔洞的泄漏比远场时小屏蔽效能高,而当辐射源是磁场源时,孔洞的泄漏比远场时要大屏蔽效能低;近场区,孔洞的电磁屏蔽计算公式为:若ZC >D·f:SE = 48 + 20lg ZC - 20lgL·f+ 20lg 1 + L/H若Zc<D·f:SE = 20lg D/L + 20lg 1 + L/H式中:Zc=辐射源电路的阻抗Ω,D = 孔洞到辐射源的距离m,L、H = 孔洞长、宽mm,f = 电磁波的频率MHz说明:● 在第二个公式中,屏蔽效能与电磁波的频率没有关系;● 大多数情况下,电路满足第一个公式的条件,这时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能;● 第二个条件中,假设辐射源是纯磁场源,因此可以认为是一种在最坏条件下,对屏蔽效能的保守计算;● 对于磁场源,屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关,距离越近,则泄漏越大;这点在设计时一定要注意,磁场辐射源一定要尽量远离孔洞;多个孔洞的情况当N个尺寸相同的孔洞排列在一起,并且相距很近距离小于λ/2时,造成的屏蔽效能下降为20lgN1/2;在不同面上的孔洞不会增加泄漏,因为其辐射方向不同,这个特点可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强;除了使孔洞的尺寸远小于电磁波的波长,用辐射源尽量远离孔洞等方法减小孔洞泄漏以外,增加孔洞的深度也可以减小孔洞的泄漏,这就是截止波导的原理;一般情况下,屏蔽机箱上不同部分的结合处不可能完全接触,只能在某些点接触上,这构成了一个孔洞阵列;缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一;减小缝隙泄漏的方法有:● 增加导电接触点、减小缝隙的宽度,例如使用机械加工的手段如用铣床加工接触表面来增加接触面的平整度,增加紧固件螺钉、铆钉的密度;● 加大两块金属板之间的重叠面积;● 使用电磁密封衬垫,电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料;如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫,那么,对于电磁波而言,就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样,不会发生电磁波的泄漏;3 穿过屏蔽体的导体的处理造成屏蔽体失效的另一个主要原因是穿过屏蔽体的导体;在实际中,很多结构上很严密的屏蔽机箱机柜就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败,这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一;判断这种问题的方法是将设备上在试验中没有必要连接的电缆拔下,如果电磁兼容问题消失,说明电缆是导致问题的因素;解决这个问题有两个方法:● 对于传输频率较低的信号的电缆,在电缆的端口处使用低通滤波器,滤除电缆上不必要的高频频率成分,减小电缆产生的电磁辐射因为高频电流最容易辐射;这同样也能防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内的电路;● 对于传输频率较高的信号的电缆,低通滤波器可能会导致信号失真,这时只能采用屏蔽的方法;但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360°搭接,这往往是很难的;在电缆端口安装低通滤波器有两个方法● 安装在线路板上,这种方法的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳;显然,这个缺点对于这种用途的滤波器是十分致命的,因为,我们使用滤波器的目的就是滤除容易导致辐射的高频信号,或者空间的高频电磁波在电缆上感应的电流;● 安装在面板上,这种滤波器直接安装在屏蔽机箱的金属面板上,如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波连接器等;由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入、输出之间完全隔离,接地良好,导线上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果十分理想;缺点是安装需要一定的结构配合,这必须在设计初期进行考虑;由于现代电子设备的工作频率越来越高,对付的电磁干扰频率也越来越高,因此在面板上安装干扰滤波器成为一种趋势;一种使用十分方便、性能十分优越的器件就是滤波连接器;滤波连接器的外形与普通连接器的外形完全相同,可以直接替换;它的每根插针或孔上有一个低通滤波器;低通滤波器可以是简单的单电容电路,也可以是较复杂的电路;解决电缆上干扰的一个十分简单的方法是在电缆上套一个铁氧体磁环,这个方法虽然往往有效,但是有一些条件;许多人对铁氧体寄予了过高期望,只要一遇到电缆辐射的问题,就在电缆上套铁氧体,往往会失望;铁氧体磁环的效果预测公式为:共模辐射改善 =20lg加磁环后的共模环路阻抗/加磁环前的共模环路阻抗例如,如果没加铁氧体时的共模环路阻抗为100Ω,加了铁氧体以后为1000Ω,则共模辐射改善为20dB;说明:有时套上铁氧体后,电磁辐射并没有明显的改善,这并不一定是铁氧体没有起作用,而可能是除了这根电缆以外,还有其他辐射源;在电缆上使用铁氧体磁环时,要注意下列一些问题:● 磁环的内径尽量小● 磁环的壁尽量厚● 磁环尽量长● 磁环尽量安装在电缆的端头处金属屏蔽效率可用屏蔽效率SE对屏蔽罩的适用性进行评估,其单位是分贝,计算公式为 SEdB=A+R+B 其中 A:吸收损耗dB R:反射损耗dB B:校正因子dB适用于薄屏蔽罩内存在多个反射的情况一个简单的屏蔽罩会使所产生的电磁场强度降至最初的十分之一,即SE等于20dB;而有些场合可能会要求将场强降至为最初的十万分之一,即SE要等于100dB;吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数量,吸收损耗计算式为AdB=f×σ×μ1/2×t其中 f:频率MHz μ:铜的导磁率σ:铜的导电率 t:屏蔽罩厚度反射损耗近场的大小取决于电磁波产生源的性质以及与波源的距离;对于杆状或直线形发射天线而言,离波源越近波阻越高,然后随着与波源距离的增加而下降,但平面波阻则无变化恒为377;相反,如果波源是一个小型线圈,则此时将以磁场为主,离波源越近波阻越低;波阻随着与波源距离的增加而增加,但当距离超过波长的六分之一时,波阻不再变化,恒定在377处;反射损耗随波阻与屏蔽阻抗的比率变化,因此它不仅取决于波的类型,而且取决于屏蔽罩与波源之间的距离;这种情况适用于小型带屏蔽的设备;近场反射损耗可按下式计算R电dB=20×lg r-30×lg f-10×lgμ/σ R磁dB=+20×lg r+10×lg f+10×lgμ/σ其中 r:波源与屏蔽之间的距离;SE算式最后一项是校正因子B,其计算公式为B=20lg-exp-2t/σ此式仅适用于近磁场环境并且吸收损耗小于10dB的情况;由于屏蔽物吸收效率不高,其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增加,所以校正因子是个负数,表示屏蔽效率的下降情况;EMI抑制策略只有如金属和铁之类导磁率高的材料才能在极低频率下达到较高屏蔽效率;这些材料的导磁率会随着频率增加而降低,另外如果初始磁场较强也会使导磁率降低,还有就是采用机械方法将屏蔽罩作成规定形状同样会降低导磁率;综上所述,选择用于屏蔽的高导磁性材料非常复杂,通常要向EMI屏蔽材料供应商以及有关咨询机构寻求解决方案;在高频电场下,采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽效果,但条件是屏蔽必须连续,并将敏感部分完全遮盖住,没有缺口或缝隙形成一个法拉第笼;然而在实际中要制造一个无接缝及缺口的屏蔽罩是不可能的,由于屏蔽罩要分成多个部分进行制作,因此就会有缝隙需要接合,另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或装配组件的连线;设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙,而且设备运行过程中还会需要用到这些孔隙;制造、面板连线、通风口、外部监测窗口以及面板安装组件等都需要在屏蔽罩上打孔,从而大大降低了屏蔽性能;尽管沟槽和缝隙不可避免,但在屏蔽设计中对与电路工作频率波长有关的沟槽长度作仔细考虑是很有好处的;任一频率电磁波的波长为: 波长λ=光速C/频率Hz当缝隙长度为波长截止频率的一半时,RF波开始以20dB/10倍频1/10截止频率或6dB/8倍频1/2截止频率的速率衰减;通常RF发射频率越高衰减越严重,因为它的波长越短;当涉及到最高频率时,必须要考虑可能会出现的任何谐波,不过实际上只需考虑一次及二次谐波即可;一旦知道了屏蔽罩内RF辐射的频率及强度,就可计算出屏蔽罩的最大允许缝隙和沟槽;例如如果需要对1GHz波长为300mm的辐射衰减26dB,则150mm的缝隙将会开始产生衰减,因此当存在小于150mm的缝隙时,1GHz辐射就会被衰减;所以对1GHz频率来讲,若需要衰减20dB,则缝隙应小于15 mm150mm的1/10,需要衰减26dB时,缝隙应小于7.5 mm15mm的1/2以上,需要衰减32dB时,缝隙应小于3.75 mm7.5mm的1/2以上;可采用合适的导电衬垫使缝隙大小限定在规定尺寸内,从而实现这种衰减效果;定在规定尺寸内,从而实现这种衰减效果;。
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽(EMI),即电磁干扰屏蔽,是减少外界电磁波影响,使被屏蔽物体和周围环境之间尽量建立一个“物理屏障”的技术手段,保证被屏蔽物体的安全性。
它主要用于汽车、航空、航天等领域,也广泛用于电子信息产品和系统。
其目的是将一种电磁波的能量散射到环境中,以减少对接收机等接收系统的损害。
电磁屏蔽是电磁波的一种屏蔽技术,有时也被称为EMI屏蔽。
具体来说,它是通过安装一种合适材料,如钢板或金属罐、铁罐,或是采用一种特殊结构,比如屏蔽罩,而把外界电磁波抵消掉的方法。
它的基本原理是:屏蔽材料具有吸收和反射电磁能的能力,可以把外界的磁场引到屏蔽材料的表面,然后再由屏蔽材料的表面反射掉。
由于屏蔽材料的安装方式,可以达到有效的抑制屏蔽外部电磁波的作用,有效地防止外部电磁波的干扰。
电磁屏蔽的分类
1、机械屏蔽:机械屏蔽是指将外界电磁波与电路系统封闭在一个密闭的容器中,形成物理屏蔽,以减少电磁波对电路系统的干扰。
2、电容屏蔽:采用电容屏蔽技术将电路系统与外界电磁波隔离开来,使得电路系统能够有效地抑制外界电磁波的干扰。
3、磁性屏蔽:采用磁性屏蔽技术,就是采用外界电磁波的磁场作用,把电路系统与外界电磁波隔离开来,从而有效的抑制外界电磁波的干扰。
4、源外屏蔽:源外屏蔽是指采用外部磁场把接收系统屏蔽在一
个相对安静的磁场空间,以减少源外电磁波的干扰。
以上是电磁屏蔽的原理和分类,电磁屏蔽在航空、航天等领域起着不可被忽视的作用,可以在一定程度上保证系统运行的安全性。
另外,它也可以用于电子信息产品和系统,使得系统能够运行稳定,不受外界干扰。
在电子系统的设计中,要考虑到电磁屏蔽的问题,以求得最好的效果。
在电子设备及电子产品中,电磁干扰(Electromagnetic Interference)能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。
为满足电磁兼容性要求,对传导性耦合需采用滤波技术,即采用EMI滤波器件加以抑制;对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。
在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶化的情况下,其重要性就显得更为突出。
屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体,将电磁波局限于某一区域内的一种方法。
由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波,因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同,在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。
在设计中要达到所需的屏蔽性能,则需首先确定辐射源,明确频率范围,再根据各个频段的典型泄漏结构,确定控制要素,进而选择恰当的屏蔽材料,设计屏蔽壳体。
屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)来衡量,屏蔽效能的定义:没有屏蔽体时,从辐射干扰源传输到空间某一点(P)的场强1(1)和加入屏蔽体后,辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强2(2)之比,用dB(分贝)表示。
图1 屏蔽效能定义示意图屏蔽效能表达式为(dB) 或(dB)工程中,实际的辐射干扰源大致分为两类:类似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源和类似于变压器绕组的闭合载流导线辐射源。
由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式,实际的辐射源在空间某点产生的场,均可由若干个基本源的场叠加而成(图2)。
因此通过对电偶极子和磁偶极子所产生的场进行分析,就可得出实际辐射源的远近场及波阻抗和远、近场的场特性,从而为屏蔽分类提供良好的理论依据。
图2 两类基本源在空间所产生的叠加场远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r(场点至源点的距离)的变化而确定的,为远近场的分界点,两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。
表1 两类源的场与传播特性场源类型近场()远场( )场特性传播特性场特性传播特性电偶极子非平面波以衰减平面波以衰减磁偶极子非平面波以衰减平面波以衰减波阻抗为空间某点电场强度与磁场强度之比,场源不同、远近场不同,则波阻抗也有所不同,表2与图3分别用图表给出了的波阻抗特性。
表2 两类源的波阻抗波阻抗(Ω)场源类型近场()远场()电偶极子120π120π120π磁偶极子120π能量密度包括电场分量能量密度和磁场分量能量密度,通过对由同一场源所产生的电场、磁场分量的能量密度进行比较,可以确定场源在不同区域内何种分量占主要成份,以便确定具体的屏蔽分类。
能量密度的表达式由下列公式给出:电场分量能量密度磁场分量能量密度场源总能量密度表3 两类源的能量密度能量密度比较场源类型近场()远场()电偶极子磁偶极子表3给出了两种场源在远、近场的能量密度。
从表中可以看出,两类源的近场有很大的区别,电偶极子的近场能量主要为电场分量,可忽略磁场分量;磁偶极子的近场能量主要为磁场分量,可忽略电场分量;两类源在远场时,电场、磁场分量均必须同时考虑。
屏蔽类型依据上述分析可以进行以下分类:表4 屏蔽分类场源类型近场()远场()电偶极子(非闭合载流导线)电屏蔽(包括静电屏蔽)电磁屏蔽磁偶极子(闭合载流导线)磁屏蔽(包括恒定磁场屏蔽)电磁屏蔽电屏蔽的实质是减小两个设备(或两个电路、组件、元件)间电场感应的影响。
电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下,将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体。
因此,接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。
磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路,从而对干扰磁场进行分流,因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素。
电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。
由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当,从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。
屏蔽体的泄漏耦合结构与所需抑制的电磁波频率密切相关,三类屏蔽所涉及的频率范围及控制要素如表5所示:表5 泄漏耦合结构与控制要素屏蔽类型磁屏蔽电屏蔽电磁屏蔽频率范围10kHz~500kHz 1MHz~500MHz 500MHz~40GHz泄漏耦合结构屏蔽体壳体屏蔽体壳体及接地孔缝及接地控制要素合理选择壳体材料合理选择壳体材料,良好接地抑制孔缝泄漏,良好接地实际屏蔽体上同时存在多个泄漏耦合结构(n个),设机箱接缝、通风孔、屏蔽体壁板等各泄漏耦合结构的单独屏蔽效能(如只考虑接缝)为SEi(i=1,2,…,n),则屏蔽体总的屏蔽效能由上式可以看出,屏蔽体的屏蔽效能是由各个泄漏耦合结构中产生最大泄漏耦合的结构所决定的,即由屏蔽最薄弱的环节所决定的。
因此进行屏蔽设计时,明确不同频段的泄漏耦合结构,确定最大泄漏耦合要素是其首要的设计原则。
在三类屏蔽中,磁屏蔽和电磁屏蔽的难度较大。
尤其是电磁屏蔽设计中的孔缝泄漏抑制最为关键,成为屏蔽设计中应重点考虑的首要因素。
图4 典型机柜结构示意图根据孔耦合理论,决定孔缝泄漏量的因素主要有两个:孔缝面积和孔缝最大线度尺寸。
两者皆大,则泄漏最为严重;面积小而最大线度尺寸大则电磁泄漏仍然较大。
图4所示为一典型机柜示意图,上面的孔缝主要分为四类:●机箱(机柜)接缝该类缝虽然面积不大,但其最大线度尺寸即缝长却非常大,由于维修、开启等限制,致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝,采用导电衬垫等特殊屏蔽材料可以有效地抑制电磁泄漏。
该类孔缝屏蔽设计的关键在于:合理地选择导电衬垫材料并进行适当的变形控制。
●通风孔该类孔面积和最大线度尺寸较大,通风孔设计的关键在于通风部件的选择与装配结构的设计。
在满足通风性能的条件下,应尽可能选用屏效较高的屏蔽通风部件。
●观察孔与显示孔该类型孔面积和最大线度尺寸较大,其设计的关键在于屏蔽透光材料的选择与装配结构的设计。
●连接器与机箱接缝这类缝的面积与最大线度尺寸均不大,但由于在高频时导致连接器与机箱的接触阻抗急剧增大,从而使得屏蔽电缆的共模传导发射变大,往往导致整个设备的辐射发射出现超标,为此应采用导电橡胶等连接器导电衬垫。
综上所述,孔缝抑制的设计要点归纳为:●合理选择屏蔽材料;●合理设计安装互连结构。
电磁屏蔽电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。
大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。
用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作,因此不需要对电路做任何修改。
1 选择屏蔽材料屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。
屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。
用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一,因此通常用分贝来表述屏蔽效能,这时屏蔽效能的定义公式为:SE = 20 lg ( E1/ E2 ) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能,而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体。
要确定使用什么材料制造屏蔽体,需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关。
工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为:SE = A + R (dB)式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗,是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的,计算公式为:A=3.34t(fμrσr)(dB)t = 材料的厚度,μr = 材料的磁导率,σr = 材料的电导率,对于特定的材料,这些都是已知的。
f = 被屏蔽电磁波的频率。
式中的R称为屏蔽材料的反射损耗,是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的,计算公式为:R=20lg(ZW/ZS)(dB)式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H。
在距离辐射源较近(<λ/2π,称为近场区)时,波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。
若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低),则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为低阻抗波,或磁场波。
若辐射源为高电压,小电流(辐射源电路的阻抗较高),则波阻抗大于377,称为高阻抗波或电场波。
关于近场区内波阻抗的具体计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以参考有关电磁场方面的参考书。
当距离辐射源较远(>λ/2π,称为远场区)时,波波阻抗仅与电场波传播介质有关,其数值等于介质的特性阻抗,空气为377Ω。
屏蔽材料的阻抗计算方法为:|ZS|=3.68×10-7(fμr/σr) (Ω)f=入射电磁波的频率(Hz),μr=相对磁导率,σr=相对电导率从上面几个公式,就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了,为了方便设计,下面给出一些定性的结论。
●在近场区设计屏蔽时,要分别考虑电场波和磁场波的情况;●屏蔽电场波时,使用导电性好的材料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的材料;●同一种屏蔽材料,对于不同的电磁波,屏蔽效能使不同的,对电场波的屏蔽效能最高,对磁场波的屏蔽效能最低,也就是说,电场波最容易屏蔽,磁场波最难屏蔽;●一般情况下,材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高;●屏蔽电场波时,屏蔽体尽量靠近辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽量远离磁场源;有一种情况需要特别注意,这就是1kHz以下的磁场波。
这种磁场波一般由大电流辐射源产生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等。
对于这种频率很低的磁场,只能采用高导磁率的材料进行屏蔽,常用的材料是含镍80%左右的坡莫合金。
2 孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策一般除了低频磁场外,大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效能。
但在实际中,常见的情况是金属做成的屏蔽体,并没有这么高的屏蔽效能,甚至几乎没有屏蔽效能。
这是因为许多设计人员没有了解电磁屏蔽的关键。
首先,需要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系。
这与静电场的屏蔽不同,在静电中,只要将屏蔽体接地,就能够有效地屏蔽静电场。
而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关,这是必须明确的。
电磁屏蔽的关键点有两个,一个是保证屏蔽体的导电连续性,即整个屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体。
另一点是不能有穿过机箱的导体。
对于一个实际的机箱,这两点实现起来都非常困难。
首先,一个实用的机箱上会有很多孔洞和孔缝:通风口、显示口、安装各种调节杆的开口、不同部分结合的缝隙等。
屏蔽设计的主要内容就是如何妥善处理这些孔缝,同时不会影响机箱的其他性能(美观、可维性、可靠性)。
其次,机箱上总是会有电缆穿出(入),至少会有一条电源电缆。
这些电缆会极大地危害屏蔽体,使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝。