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电磁兼容理论与抗干扰方法系列之四(屏蔽技术)
日期:2008-6-15 23:04:50 来源:本站整理  
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电磁屏蔽就是指以某种材料(导电或导磁材料)制成的屏蔽壳体,该壳体可以是实体,也可以是非实体,屏蔽壳体将需要屏蔽的区域封闭起来,形成电磁隔离,即其内的电磁场不能越出这一区域,外来的辐射电磁场不能进入这一区域,或者进入该区域的电磁能量被大大削弱。

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电磁屏蔽的作用原理就是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流与极化现象密切相关的。
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电磁屏蔽按原理可以分为电场屏蔽磁场屏蔽电磁场屏蔽。电场屏蔽包括静电屏蔽交变电场屏蔽。磁场屏蔽分为低频磁场屏蔽高频磁场屏蔽
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静电屏蔽
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置于静电场中的导体在静电平衡的条件下,具有下列特性:
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1.导体内部任何一点的电场为零
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2.导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体表面垂直
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3.整个导体是一个等位体
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4.导体内部没有静电荷存在,电荷只分布在导体的表面上
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静电屏蔽必须就有两个基本要求:
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1.完整的屏蔽导体
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2.良好的接地
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如果屏蔽体不接地,就会引起外部电力线的入侵,造成直接或间接静电耦合。
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交变磁场屏蔽
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交变电场的屏蔽主要是由于干扰源于接受器之间产生电场感应耦合。
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设干扰源上有一个交变电压,在其附近必然产生一个交变电场,如果接受器在交变电场中,干扰源对接受器的电场感应耦合可以等效为分布电容的偶合,接受器上也会产生一个骚扰电压。
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干扰源的电压与耦合电容的大小有关。电容C越大,接受器上产生的骚扰电压越大。为了建校骚扰,可以让干扰源与接受器尽量远,从而减小电容C,使骚扰电压减小。如果干扰源于接受器之间的距离不可能增加时,就可以采用交变电场屏蔽的技术。
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为了减小交变电场耦合,可以在干扰源与接受器之间插入屏蔽体。该屏蔽体将原来的偶合电容C分解为多个小的电容。使干扰源与接受器之间的直接耦合作用非常小。
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屏蔽体必须采用导电性能好的材料,而且必须良好接地,这样才能有效减小干扰。一般情况下,接地的阻抗小于2mΩ,严格的环境要求小于0.5mΩ。
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综上可以看出,电场屏蔽的实质是在保证良好接地的条件下,将干扰源的电力线中止于由良导体制成的屏蔽体上,切断干扰源与接受器之间的电力线交连。
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低频磁场屏蔽
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低频磁场(100KHz以下)的屏蔽常采用高磁导率的铁磁材料(如铁,硅钢片坡莫合金),屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。
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使用铁磁材料作屏蔽体时注意以下问题:
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1.     铁刺材料的磁导率μ越高,屏蔽罩越厚,磁阻越小,屏蔽效果越好。为了获得好的屏蔽效果,就要选用磁导率高的材料,屏蔽罩要厚,有时需要多层屏蔽,因此屏蔽效果好的铁磁屏蔽往往笨重。
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2.     用铁磁材料制成的屏蔽罩,在垂直磁力线方向不能开口或由缝隙,因为如果缝隙垂直于磁力线,会切断磁力线,使磁阻增加,屏蔽效果变差。
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3.     铁磁材料的屏蔽不能用于高频磁场中,因为高频时的铁磁材料中的磁性损耗很大,导磁率会急剧下降。 
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高频磁场的屏蔽
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高频磁场的屏蔽采用低电阻率的良导体材料,如铜,铝。屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽目的,即利用了涡流反磁场对于原干扰磁场的排斥作用,来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。
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在高频磁场中,低电阻率的材料会由于磁场而产生感应电动势,感应电动势引起感应电流,感应电流所产生的磁通总是阻止原磁场的磁通的变化,即感应电流产生的磁通方向与原磁通的变化方向相反。当高频磁场穿过良导体制成的金属板时,金属板上产生涡流。涡流电流产生的反向磁场抵消原磁场,感应涡流产生的反磁场增强了金属板侧面的磁场,使磁力线在金属板侧边绕行通过。
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如果将线圈置于由良导体制成的金属盒中,线圈所产生的磁场将被限制在盒内,外界磁场也被屏蔽盒的涡流反磁场排斥掉,达到了高频磁场屏蔽的目的。 
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电磁屏蔽
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通常我们所说的屏蔽,一般指的是电磁屏蔽,即对电场和磁场同时加以屏蔽。电磁屏蔽一般也是指用来防止高频电磁场的影响。
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前面已经介绍过,采用良导电材料,能够同时具有对电场和高频磁场的屏蔽作用。由于高频集肤效应,对于良导体而言其集肤深度很小,因此电磁屏蔽体无须很厚。
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频率在500kHz-30MHz范围内,屏蔽材料可选用铝,当频率大于30MHz,可选用铝,铜,铜镀银等材料。
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但是,电磁屏蔽在完成电磁隔离的同时,也会对屏蔽体内的场源或保护对象带来一些不良影响。如果屏蔽体内是有源的线圈,则电压源所产生的电流随着屏蔽体的出现而改变。如果屏蔽体内是无源的线圈闭合电路,则在外部场感应电动势的作用下,电路内将产生感应电流。
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以上是各种屏蔽技术的简单介绍,更加具体的原理和屏蔽技巧,比如屏蔽体的制作和材料特性等知识,请参阅相关的手册。
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