电磁屏蔽基本原理介绍

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1、在电子设备及电子产品中，电磁干扰（ElectromagneticInterference）能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求，对传导性耦合需采用滤波技术，即采用EMI滤波器件加以抑制；对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶化的情况下，其重要性就显得更为突出。屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔

2、缝泄漏控制等方面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能，则需首先确定辐射源，明确频率范围，再根据各个频段的典型泄漏结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料，设计屏蔽壳体。  屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SE（ShieldingEffectiveness）来衡量，屏蔽效能的定义:没有屏蔽体时，从辐射干扰源传输到空间某一点(P)的场强1（1）和加入屏蔽体后，辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强2（2）之比，用dB（分贝）表示。   图1屏蔽效能定义示意图 屏蔽效能表达式为(dB)或（dB）  工程中，实际的辐射干扰源大致分为两类：类似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源和类似于变压器

3、绕组的闭合载流导线辐射源。由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式，实际的辐射源在空间某点产生的场，均可由若干个基本源的场叠加而成(图2)。因此通过对电偶极子和磁偶极子所产生的场进行分析，就可得出实际辐射源的远近场及波阻抗和远、近场的场特性，从而为屏蔽分类提供良好的理论依据。   图2两类基本源在空间所产生的叠加场远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r（场点至源点的距离）的变化而确定的，为远近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。 表1两类源的场与传播特性场源类型 近场（） 远场()场特性 传播特性 场特性 传播特性 电偶极子 非平面波 以衰减平面波以衰减磁偶极子非平

4、面波 以衰减平面波 以衰减波阻抗为空间某点电场强度与磁场强度之比，场源不同、远近场不同，则波阻抗也有所不同，表2与图3分别用图表给出了的波阻抗特性。表2两类源的波阻抗场源类型 波阻抗（Ω） 近场（）远场（） 电偶极子 120π120π 磁偶极子 120π120π 能量密度包括电场分量能量密度和磁场分量能量密度，通过对由同一场源所产生的电场、磁场分量的能量密度进行比较，可以确定场源在不同区域内何种分量占主要成份，以便确定具体的屏蔽分类。能量密度的表达式由下列公式给出:电场分量能量密度磁场分量能量密度场源总能量密度表3两类源的能量密度场源类型 能量密度比较 近场（） 远场（） 电偶极子 磁偶极子 

5、 表3给出了两种场源在远、近场的能量密度。从表中可以看出，两类源的近场有很大的区别，电偶极子的近场能量主要为电场分量，可忽略磁场分量；磁偶极子的近场能量主要为磁场分量，可忽略电场分量；两类源在远场时，电场、磁场分量均必须同时考虑。 屏蔽类型依据上述分析可以进行以下分类： 表4屏蔽分类场源类型 近场（）远场（） 电偶极子（非闭合载流导线） 电屏蔽（包括静电屏蔽） 电磁屏蔽 磁偶极子（闭合载流导线） 磁屏蔽（包括恒定磁场屏蔽） 电磁屏蔽  电屏蔽的实质是减小两个设备（或两个电路、组件、元件）间电场感应的影响。电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下，将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体。因此

6、，接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。 磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路，从而对干扰磁场进行分流，因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素。 电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场，即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。由于随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。   屏蔽体的泄漏耦合结构与所需抑制的电磁波频率密切相关，三类屏蔽所涉及的频率范围及控制要素如表5所示：表5泄漏耦合结构与控制要素屏蔽类型 磁

7、屏蔽 电屏蔽 电磁屏蔽 频率范围 10kHz~500kHz1MHz~500MHz500MHz~40GHz 泄漏耦合结构 屏蔽体壳体 屏蔽体壳体及接地 孔缝及接地 控制要素 合理选择壳体材料 合理选择壳体材料，良好接地 抑制孔缝泄漏，良好接地  实际屏蔽体上同时存在多个泄漏耦合结构（n个），设机箱接缝、通风孔、屏蔽体壁板等各泄漏耦合结构的单独屏蔽效能（如只考虑接缝）为SEi（i=1,2,…，n），则