电磁屏蔽技术分析

讨论了电磁屏蔽技术，包括电磁屏蔽的技术原理、屏蔽材料的性能和应用场合、屏蔽技术的注意事项、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施。

关键词：电磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽效能

0 引言

近几年来，随着电磁兼容工作的开展，电磁屏蔽技术应用得越来越广泛。为了对电磁屏蔽技术有更深入的理解，应当对屏蔽材料的性能和应用场合、屏蔽技术的注意事项、屏蔽效能的检测以及特殊部位的屏蔽措施等进行更深入的探讨。

1 电磁屏蔽的技术原理

电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施；或用金属屏蔽材料将电磁敏感电路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。

1.1 静电屏蔽

用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，如果将金属屏蔽体接地，则外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。

1.2 交变电场屏蔽

为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不必过大，而以结构强度为主要考虑因素。

1.3 交变磁场屏蔽

交变磁场屏蔽有高频和低频之分。低频磁场屏蔽是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好。当然要与设备的重量相协调。高频磁场的屏蔽是利用高电导率的材料产生的涡流的反向磁场来抵消干扰磁场而实现的。

1.4 交变电磁场屏蔽

一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。

2 屏蔽效能计算

屏蔽效能（SE）的定义是：在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比。常用分贝数(dB)表示。

SE=A＋R＋B（1）

式中：A为吸收损耗；

R为反射损耗；

B为多次反射损耗。

2.1 电磁波反射损耗

由于空气和屏蔽金属的电磁波阻抗不同，使入射电磁波产生反射作用。而空气的电磁波阻抗在不同场源和场区中是不一样的，分别计算如下。

磁场源近场中的反射损耗R(dB)为

R=20log₁₀{[1.173(μ_r/fσ_r)^1/2/D]＋0.0535D(fσ_r/μ_r)^1/2＋0.354}（2）

式中：μ_r为相对磁导率；

σ_r为相对电导率；

f为电磁波频率（Hz）；

D为辐射源到屏蔽体的距离（cm）。

电场源近场中的反射损耗R(dB)为

R=362－20log₁₀[(μ_rf³/σ_r)^1/2D]（3）

电磁场源远场中的反射损耗R(dB)为

R=168－10log₁₀(μ_rf/σ_r)（4）

2.2 电磁波吸收损耗

当进入金属屏蔽内的电磁波在屏蔽金属内传播时，由于衰减而产生吸收作用。吸收损耗A(dB)为

A=0.1314d(μr_fσr)^1/2（5）

式中：d为屏蔽材料厚度（mm）。

2.3 多次反射损耗

电磁波在屏蔽层间的多次反射损耗B(dB)为

B=20log₁₀{1－〔(Z_m－Z_w)/(Z_m＋Z_w)〕²10^－0.1A(cos0.23A－jsin0.23A)}（6）

式中：Z_m为屏蔽金属的电磁波阻抗；

Z_w为空气的电磁波阻抗。

当A>10dB时，一般可以不计多次反射损耗。

2.4 屏蔽效能计算实例

场源距离不同材料的屏蔽体（厚度0.254mm）30cm远的屏蔽效能（dB）计算结果见表1。表1中近场和远场的分界点为λ/2π，λ为电磁场的波长。

表1 场源距离不同材料的屏蔽体（厚度0.254mm）30cm远的屏蔽效能dB

3 屏蔽的注意事项

3.1 屏蔽的完整性

如果屏蔽体不完整，将导致电磁场泄漏。特别是电磁场屏蔽，它利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场干扰。如果屏蔽体不完