【科普】三种电磁屏蔽的目的及原理详解

高频电磁场屏蔽是防止外界的高频电磁场进入到某个区域。由于电磁场的变化频率很高（例如百万赫兹或更高），场中导体上的感应电荷已不能再看作静止的了（导体不再处于静电平衡状态），因此必须用电磁波在导体中的"贯穿深度"来说明屏蔽的原理：当高频电磁波射向一导体表面，并进入表面后，它会在导体中感应出一个高频交变电流，此电流会激发一个新的电磁波，新激发的电磁波在导体内部与入射的电磁波相位相反、同时导体内电流的产生还导致入射波场能的消耗，结果使得导体内部总的电磁场基本上随深度呈指数衰减，可以用"贯穿深度"来表示衰减的程度。"贯穿深度"与入射电磁波的频率、导体的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"贯穿深度"就越校当壳罩壁的厚度大于贯穿深度时，壳罩就具有良好的电磁屏蔽作用。高电导率或高磁导率材料制成的壳罩是一种良好的电磁屏蔽装置。提高壳罩材料的电导率或磁导率，增加壳壁的厚度，可以提高电磁屏蔽的效果。

　　像铝、钢、铁这样的金属，1兆赫左右的电磁波在其中的"透入深度"约百分之几毫米，所以这些金属只要一张纸那么厚就基本可以屏蔽I兆赫的电磁波。尤其是铁，因为它的磁导率很高，故屏蔽效果特别好。如在收音机中，用空芯铝壳罩在线圈外面，使它不受外界电磁场的干扰从而避免杂音。音频馈线用屏蔽线也是这个道理。示波管用铁皮包着，也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描。在金属屏蔽壳内部的元件或设备所产生的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备。

　　高电导率材料制成的屏蔽物对低频磁场的屏蔽效果比较差。例如，在工频50赫时，铜的贯穿深度约为9.4毫米，薄壁铜壳的屏蔽作用很小。在实际应用中，常采用静磁屏蔽措施来屏蔽低频磁场。电磁屏蔽物接地后也可以屏蔽静电干扰。电磁屏蔽物上不能随意开缝，因为电磁屏蔽还利用了涡电流的作用，若缝隙割断了涡电流的通路，屏蔽效果要降低。

　　远近场的划分

　　根据两类基本源的场随1/r（场点至源点的距离）的变化来划分远近场，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。故远近场的划分满足以下原则：

　　近场： 远场：

　　电磁屏蔽材料：

　　选择使用什么种类电磁密封衬垫时要考虑四个因素：屏蔽效能要求、有无环境密封要求、安装结构要求、成本要求。按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

　　电场屏蔽

　　【屏蔽机理】：将电场感应看成分布电容间的耦合。

　　【设计要点】：

　　a、屏蔽板以靠近受保护物为好，而且屏蔽板的接地必须良好！！！

　　b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。全封闭的金属盒最好，但工程中很难做到！

　　c、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。

　　有通风需求的屏蔽板

　　铝制蜂窝式通风板

　　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。

　　【 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。

　　【设计要点】：

　　a、选用高导磁材料，如坡莫合金；

　　b、增加屏蔽体的厚度；

　　以上均是为了减小屏蔽体的磁阻；

　　c、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

　　体体内的磁通；

　　d、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。

　　e、对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。

　　典型的交流磁性能

　　对要屏蔽外部强磁场的，则屏蔽体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到过来。

　　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。

　　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。

　　【电磁场屏蔽的机理】：

　　a、当电磁波到达屏蔽体表面时，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；

　　b、未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减。也就是所谓的吸收；

c、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