電磁兼容EMC中的屏蔽技術(shù)分析

電磁屏蔽是抑制干擾,增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段.合理地使用電磁屏蔽,可以抑制外來高頻電磁波的干擾,也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備.如在收音機(jī)中,用空芯鋁殼罩在線圈外面,使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音.音頻饋線用屏蔽線也是這個道理.示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描.在金屬屏蔽殼內(nèi)部的元件或設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設(shè)備.

用什么材料作電磁屏蔽呢?因電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快,把由導(dǎo)體表面衰減到表面值的1/e(約 36.8%)處的厚度稱為趨膚厚度(又稱透入深度),用d表示,有電磁屏蔽 ,電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時,其場量(E和H)的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減.從能量的觀點看,電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時有能量損耗,因此,表現(xiàn)為場量振幅的減小.導(dǎo)體表面的場量最大,愈深入導(dǎo)體內(nèi)部,場量愈小.這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng).利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而作成電磁屏蔽裝置.它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義.

電磁屏蔽是抑制干擾,增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段.合理地使用電磁屏蔽,可以抑制外來高頻電磁波的干擾,也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備.如在收音機(jī)中,用空芯鋁殼罩在線圈外面,使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音.音頻饋線用屏蔽線也是這個道理.示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描.在金屬屏蔽殼內(nèi)部的元件或設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設(shè)備.

用什么材料作電磁屏蔽呢?因電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快,把由導(dǎo)體表面衰減到表面值的1/e(約36.8%)處的厚度稱為趨膚厚度(又稱透入深度),用d表示,有

其中μ和σ分別為屏蔽材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率.若電視頻率f=100 MHz,對銅導(dǎo)體(σ=5.8×107/ ?m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求出d=0.00667mm.可見良導(dǎo)體的電磁屏蔽效果顯著.如果是鐵(σ=107/ ?m)則d=0.016mm.如果是鋁(σ=3.54×107/ ?m)則d=0.0085mm.

為了得到有效的屏蔽作用,屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質(zhì)內(nèi)部的電磁波波長(λ=2πd).如在收音機(jī)中,若f=500kHz,則在銅中d=0.094mm(λ=0.59mm).在鋁中d=0.12mm(λ=0.75mm ).所以在收音機(jī)中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果.因為電視頻率更高,透入深度更小些,所需屏蔽層厚度可更薄些,如果考慮機(jī)械強(qiáng)度,要有必要的厚度.在高頻時,由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從而造成諧振電路品質(zhì)因素Q值的下降,故一般不采用高磁導(dǎo)率的磁屏蔽,而采用高電導(dǎo)率的材料做電磁屏蔽.在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽.

在工頻(50Hz)時,銅中的d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm.顯然,采用銅、鋁已很不適宜了,如用鐵,則d=0.172mm,這時應(yīng)采用鐵磁材料.因為在鐵磁材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多.又因是低頻,無需考慮Q值問題.可見,在低頻情況下,電磁屏蔽就轉(zhuǎn)化為靜磁屏蔽.電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同點也有不同點.相同點是都應(yīng)用高電導(dǎo)率的金屬材料來制作;不同點是靜電屏蔽只能消除電容耦合, 防止靜電感應(yīng),屏蔽必須接地.而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏蔽體一薄層,借渦流消除電磁場的干擾,這種屏蔽體可不接地.但因用作電磁屏蔽的導(dǎo)體增加了靜電耦合,因此即使只進(jìn)行電磁屏蔽,也還是接地為好,這樣電磁屏蔽也同時起靜電屏蔽作用.