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电磁屏蔽的原理

       随着各种电器的普及,生活电器、电子计算机、通讯卫星、高压输电网和一些医用设备等的广泛应用,由此带来的电磁辐射污染越来越严重。电磁辐射不仅对人体健康产生威胁,还会影响电子设备之间的通信干扰。为了防止信息在传输过程中被干扰,需要对信息传输设备进行电磁屏蔽。

       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接地良好的条件下,将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体。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。电磁屏蔽的原理是由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较关键的控制要素。

       影响屏蔽体屏蔽效能的有两个因素:一是整个屏蔽体表面必须是导电连续的,另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。实际上屏蔽体上有很多导电不连续点,主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙产生了电磁泄漏,如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波,取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时,并不会产生明显的泄漏。

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       屏蔽体对电磁波的屏蔽机理主要有以下3种:一是在入射表面的反射衰减;二是未被反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的衰减;三是在屏蔽体内部的多次反射衰减。电磁波通过屏蔽材料的总屏蔽效果可按下式计算:SE = R + A + B式中:SE为电磁屏蔽效果,dB;R为表面单次反射衰减;B为内部多次反射衰减(只在A< 15 dB情况下才有意义)。

       根据干扰源相对于屏蔽体的位置(在屏蔽体的内部或外部)可分为主动屏蔽与被动屏蔽,若屏蔽体用来防止干扰场进入被屏蔽空间,这种屏蔽结构称为被动屏蔽。若干扰源在屏蔽体内部,屏蔽体用来防止干扰场泄露到外部空间,则称这种屏蔽结构为主动屏蔽。主动屏蔽不适用于高频,而专门用于低频。被动屏蔽体多用于屏蔽对象与干扰源相距较远的场合。

       根据屏蔽目的的不同,屏蔽体可分为静电屏蔽体、磁屏蔽体和电磁屏蔽体三种:

       静电屏蔽体:由逆磁材料(如铜、铝)制成,并和地连接。静电屏蔽体的作用是使电场终止在屏蔽体的金属表面上,并把电荷转送入地。

       磁屏蔽体:由磁导率很高的强磁材料(如钢)制成,可把磁力线限制于屏蔽体内。

       电磁屏蔽体:主要用来遏止高频电磁场的影响,使干扰场在屏蔽体内形成涡流并在屏蔽体与被保护空间的分界面上产生反射,从而大大削弱干扰场在被保护空间的场强值,达到了屏蔽效果。有时为了增强屏蔽效果,还可采用多层屏蔽体,其外层一般采用电导率高的材料,以加大反射作用,而其内层则采用磁导率高的材料,以加大涡流效应。如果屏蔽体上出现洞穴或缝隙,将会直接降低屏蔽效果。频率愈高,这种现象愈显著。


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