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EMC基础与屏蔽滤波静电防护课堂讲义 屏蔽 电磁波是电磁能量的传播的主要形式，高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其它设备产生干扰；另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中，对电路造成干扰。因此屏蔽的作用可分为两个方面：一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域；二是防止外来的辐射进入某一区域。由此可见屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，有效地抑制通过空间传播的电磁干扰，从而消除干扰，是抑制干扰源的有力措施之一。 屏蔽的分类 屏蔽就是利用磁性材料或者低阻材料铝、铜等制成容器将需要隔离的设备、装置、电路全部包起来。 屏蔽性质的分类，从要屏蔽的电磁场性质来划分，有电场屏蔽（静电场屏蔽及交变电场屏蔽）、磁场屏蔽（静磁场屏蔽及交变磁场屏蔽）及电磁场屏蔽（同时存在电场和磁场的辐射电磁场的屏蔽）等。 从屏蔽体的结构分类，可以分为完整屏蔽体屏蔽（屏蔽室或屏蔽盒等）、非完整屏蔽体屏蔽（带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等）以及编织带屏蔽（电缆等）。 屏蔽的机理 电场的屏蔽原理 电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。 为分析简洁起见，不妨把电场感应看成是分布电容间的耦合。在图8-1中，干扰源A和受感应物的电位分别为UA和UB，那么UA和UB间的关系为： （8-1） 式中，C1为A、B之间的分布电容；C2为受感应物B的对地电容。 通过上式可以看出，为了减弱受感应物B上的电场感应，可能采用的方法有： 增大A、B之间的距离，目的是减少A、B间的分布电容； 尽可能使受感应物B贴近接地板，以增大其对地电容； 可以在A、B之间插入一块称之为屏蔽板的金属薄板。 下面对金属屏蔽板的作用作一分析，请参阅图8-2所示。 从图8-2可见，插入屏蔽板后，新造就了两个分布电容C3和C4，其中C3被屏蔽板短路到地，它不会对B点的电场感应产生影响。而受感应物B的对地和对屏蔽板的分布电容C2和C4实际上是处于并联的位置上（因为屏蔽板是接地的）。这样，受感应物B的感应电压UB′应当是A点电压被A、B之间的剩余电容C1′与并联电容C2和C4的分压，即 （8-2） 由于 C1′远小于未屏蔽时的C1值，故UB′值要远小于未屏蔽时的UB值。因此，采用金属屏蔽体进行电场屏蔽应具备两个条件，即完善的屏蔽及良好的接地。 图8-1 电场感应示意图 图8-2 电场屏蔽作用的分析 磁场屏蔽的机理 磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。 首先考察静磁场的情况，不论是由电磁铁或是由直流线圈产生的磁场均在空间散布磁力线或磁通，磁力线所通过的路径称为磁路。磁力线主要集中在低磁阻的磁路通过。因此对磁场的屏蔽主要利用高磁导率的材料，如铁、镍钢、坡莫合金等。这些高磁导率的材料具有很低的磁阻，这样，磁力线将“封闭”在屏蔽体内，起了磁屏蔽的作用。 对于低频交变磁场，磁屏蔽的机理同静磁屏蔽一样，利用高磁导率材料作屏蔽体，将磁场约束在屏蔽材料内。 为了获得好的磁屏蔽效果，必须保证磁路的畅通，即小的磁阻。因此，当屏蔽盒需要开狭缝时，狭缝不能切断磁路，即狭缝只能与磁通的方向一致，而不能与磁通的方向垂直，否则将影响磁屏蔽的效果。 对于高频磁场，磁屏蔽则依据另一种原理。高频磁场会在屏蔽壳体表面感生涡流，从而产生反磁场来抵消穿过屏蔽体的原来的磁场；同时增强屏蔽体旁边的磁场，使磁力线绕行而过，从而起到磁屏蔽的作用。 高频磁场主要靠屏蔽壳体上感生的涡流所产生的反磁场起排斥原磁场的作用。涡流越大，屏蔽效果越好。因此，对于高频磁场的屏蔽，应选用良导体材料，如铜、铝或铜镀银等。随着频率增大，涡流亦增大，即磁屏蔽效果越好。但当涡流产生的反磁场足以完全排斥干扰磁场时，涡流也不再增大，保持一个常值。此外，由于趋肤效应，涡流只在材料的表面产生。因此，对于高频磁场，只要很薄的金属材料就足以屏蔽。 电磁场屏蔽的机理 在远场条件下，通常所说的电磁干扰均是电场和磁场同时存在的高频辐射电磁场。 与前面已讲述的电场屏蔽及磁场屏蔽的机理不同，电磁屏蔽对于电磁波的衰减有三种不同的机理： 1）当电磁波在到达屏蔽体表面时，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厚度，只要求交界面上的不连续。电磁波到达屏蔽体表面时产生的能量反射主要是由于介质（空气）与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差愈大，由反射引起的损耗也愈大；而反射和频率有关，频率愈低，反射愈严重。 2）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。这种物理过程被称为吸收。电磁波在穿透屏蔽体时的能量吸收损耗主要是由于涡流引起的。涡流一方面产生反电磁场来抵消原干扰磁场，同时产生热损耗，因此，频率越高，屏蔽体越厚，涡流损耗也越大。 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，在遇到金属与空