电磁兼容EMC中的屏蔽技术分析

铁磁材料的磁阻大得多,外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过,而进入空腔的磁通量极少.这样,被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场,从而达到静磁屏蔽的目的.材料的磁导率愈高,筒壁愈厚,屏蔽效果就愈显著.因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅钢、坡莫合金做屏蔽层,故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽.

静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用.例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用,影响示波管或显像管中电子束的聚焦.为了提高仪器或产品的质量,必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽.在手表中,在机芯外罩以软铁薄壳就可以起防磁作用.

前面指出,静电屏蔽的效果是非常好的.这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级,而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级,通常约大几千倍.所以静磁屏蔽总有些漏磁.为了达到更好的屏蔽效果,可采用多层屏蔽,把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉.所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重.但是,如果要制造绝对的“静磁真空”,则可以利用超导体的迈斯纳效应.即将一块超导体放在外磁场中,其体内的磁感应强度B永远为零.超导体是完全抗磁体,具有最理想的静磁屏蔽效果,但目前还不能普遍应用.

电磁屏蔽

电磁场在导电介质中传播时,其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减.从能量的观点看,电磁波在导电介质中传播时有能量损耗,因此,表现为场量振幅的减小.导体表面的场量最大,愈深入导体内部,场量愈小.这种现象也称为趋肤效应.利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置.它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意义.

电磁屏蔽是抑制干扰,增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段.合理地使用电磁屏蔽,可以抑制外来高频电磁波的干扰,也可以避免作为干扰源去影响其他设备.如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界时变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.

用什么材料作电磁屏蔽呢?因电磁波在良导体中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有电磁屏蔽 ,电磁场在导电介质中传播时,其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减.从能量的观点看,电磁波在导电介质中传播时有能量损耗,因此,表现为场量振幅的减小.导体表面的场量最大,愈深入导体内部,场量愈小.这种现象也称为趋肤效应.利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置.它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意义.

电磁屏蔽是抑制干扰,增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段.合理地使用电磁屏蔽,可以抑制外来高频电磁波的干扰,也可以避免作为干扰源去影响其他设备.如在收音机中,用空芯铝壳罩在线圈外面,使它不受外界时变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.

用什么材料作电磁屏蔽呢?因电磁波在良导体中衰减很快,把由导体表面衰减到表面值的1/e(约36.8%)处的厚度称为趋肤厚度(又称透入深度),用d表示,有

其中μ和σ分别为屏蔽材料的磁导率和电导率.若电视频率f=100 MHz,对铜导体(σ=5.8×107/ ?m,μ≈μo＝4π×10-7H/m)可求出d=0．00667mm.可见良导体的电磁屏蔽效果显著.如果是铁(σ＝107/ ?m)则d=0.016mm.如果是铝(σ＝3.54×107/ ?m)则d＝0.0085mm.

为了得到有效的屏蔽作用,屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长(λ=2πd).如在收音机中,若f＝500kHz,则在铜中d＝0.094mm(λ=0.59mm).在铝中d＝0.12mm(λ=0.75mm ).所以在收音机中用较薄的铜或铝材料已能得到良好的屏蔽效果.因为电视频率更高,透入深度更小些,所需屏蔽层厚度可更薄些,如果考虑机械强度,要有必要的厚度.在高频时,由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大,从而造成谐振电路品质因素Q值的下降,故一般不采用高磁导率的磁屏蔽,而采用高电导率的材料做电磁屏蔽.在电磁材料中,因趋肤电流是涡电流,故电磁屏蔽又叫涡流屏蔽.

在工频(50Hz)时,铜中的d＝9.45mm,铝中的d＝11.67mm.显然,采用铜、铝已很不适宜了,如用铁,则d＝0.172mm,这时应采用铁磁材料.因为在铁磁材料中电磁场衰减比铜、铝中大得多.又因是低频,无需考虑Q值问题.可见,在低频情况下,电磁屏蔽就转化为静磁屏蔽.电磁屏