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電磁屏蔽的客觀解釋

2021-12-11 11:22:38 admin

   一、電磁屏蔽概述

電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility)縮寫EMC,就是指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備,同時(shí)也不受其它設(shè)備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的安全性一樣,是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。安全性涉及人身和財(cái)產(chǎn),而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。

電子元件對(duì)外界的干擾,稱為EMI(ElectromagneticInterference);電磁波會(huì)與電子元件作用,產(chǎn)生被干擾現(xiàn)象,稱為EMS(ElectromagneticSusceptibility)。例如,TV熒光屏上常見(jiàn)的“雪花”,便表示接受到的訊號(hào)被干擾。

因?yàn)槠帘误w對(duì)來(lái)自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消能量(電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng),可抵消部分干擾電磁波)的作用,所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。⑴當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流,形成對(duì)外來(lái)電磁波的抵消作用,從而達(dá)到屏蔽的效果。⑵當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí),要采用高導(dǎo)磁率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部,防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。⑶在某些場(chǎng)合下,如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí),往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解

 電磁屏蔽的原理

許多人不了解電磁屏蔽的原理,認(rèn)為只要用金屬做一個(gè)箱子,然后將箱子接地,就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導(dǎo)下結(jié)果是失敗。因?yàn)?,電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個(gè)因素:一個(gè)是整個(gè)屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的,另一個(gè)是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。

屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn),最主要的一類是屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏,如同流體會(huì)從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個(gè)方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料,消除不導(dǎo)電點(diǎn)。

這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導(dǎo)電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻(xiàn)中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器,似乎只有當(dāng)用導(dǎo)電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實(shí)際上這是不確切的。因?yàn)榭p隙或孔洞是否會(huì)泄漏電磁波,取決于縫隙或孔洞相對(duì)于電磁波波長(zhǎng)的尺寸。當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于開(kāi)口尺寸時(shí),并不會(huì)產(chǎn)生明顯的泄漏。

 屏蔽體

根據(jù)屏蔽目的的不同,屏蔽體可分為靜電屏蔽體、磁屏蔽體和電磁屏蔽體三種。

靜電屏蔽體:由逆磁材料(如銅、鋁)制成,并和地連接。靜電屏蔽體的作用是使電場(chǎng)終止在屏蔽體的金屬表面上,并把電荷轉(zhuǎn)送入地。

磁屏蔽體:由磁導(dǎo)率很高的強(qiáng)磁材料(如鋼)制成,可把磁力線限制于屏蔽體內(nèi)。

電磁屏蔽體:主要用來(lái)遏止高頻電磁場(chǎng)的影響,使干擾場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)形成渦流并在屏蔽體與被保護(hù)空間的分界面上產(chǎn)生反射,從而大大削弱干擾場(chǎng)在被保護(hù)空間的場(chǎng)強(qiáng)值,達(dá)到了屏蔽效果。有時(shí)為了增強(qiáng)屏蔽效果,還可采用多層屏蔽體,其外層一般采用電導(dǎo)率高的材料,以加大反射作用,而其內(nèi)層則采用磁導(dǎo)率高的材料,以加大渦流效應(yīng)。

如果屏蔽體上出現(xiàn)洞穴或縫隙,將會(huì)直接降低屏蔽效果。頻率愈高,這種現(xiàn)象愈顯著。

 屏蔽效能

屏蔽體的屏蔽技能可用屏蔽系數(shù)或屏蔽衰減來(lái)表示。

在空間防護(hù)區(qū)內(nèi),有屏蔽體存在時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)(E0或H0)與無(wú)屏蔽體存在時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)(E或H)的比值,即E0/H0或H0/H就稱為屏蔽系數(shù)。屏蔽系數(shù)愈小,說(shuō)明屏蔽效果愈好。

屏蔽效果也可用屏蔽衰減來(lái)表示,屏蔽衰減代表干擾場(chǎng)強(qiáng)通過(guò)屏蔽體受到的衰減值。屏蔽衰減可由電磁屏蔽一般可分為三種(分類)_電磁屏蔽詳解求得-單位分貝(dB)。屏蔽衰減值越大,屏蔽效果越好。

 二、電磁屏蔽一般可分為三種(分類)

 1、 靜電屏蔽

靜電屏蔽的目的是防止外界的靜電場(chǎng)進(jìn)入需要保護(hù)的某個(gè)區(qū)域。靜電屏蔽依據(jù)的原理是:在外界靜電場(chǎng)的作用下導(dǎo)體表面電荷將重新分布,直到導(dǎo)體內(nèi)部總場(chǎng)強(qiáng)處處為零為止。接地的封閉金屬殼是一種良好的靜電屏蔽裝置。如圖所示,接地的封閉金屬殼把空間分割成殼內(nèi)和殼外兩個(gè)區(qū)域,金屬殼維持在零電位。根據(jù)靜電場(chǎng)的唯一性定理,可以證明:金屬殼內(nèi)的電場(chǎng)僅由殼內(nèi)的帶電體和殼的電位所確定,與殼外的電荷分布無(wú)關(guān)。當(dāng)殼外電荷分布變化時(shí),殼層外表面上的電荷分布隨之變化,以保證殼內(nèi)電場(chǎng)分布不變。

因此,金屬殼對(duì)內(nèi)部區(qū)域具有屏蔽作用。殼外的電場(chǎng)僅由殼外的帶電體和金屬殼的電位以及無(wú)限遠(yuǎn)處的電位所確定,與殼內(nèi)電荷分布無(wú)關(guān)。當(dāng)殼內(nèi)電荷分布改變時(shí),殼層內(nèi)表面的電荷分布隨之變化,以保證殼外電場(chǎng)分布不變。因此,接地的金屬殼對(duì)外部區(qū)域也具有屏蔽作用。在靜電屏蔽中,金屬殼接地是十分重要的。當(dāng)殼內(nèi)或殼外區(qū)域中的電荷分布變化時(shí),通過(guò)接地線,電荷在殼層外表面和大地之間重新分布,以保證殼層電勢(shì)恒定。從物理圖像上看,因?yàn)樵陟o電平衡時(shí),金屬內(nèi)部不存在電場(chǎng),殼內(nèi)外的電場(chǎng)線被金屬隔斷,彼此無(wú)聯(lián)系,因此,導(dǎo)體殼有隔離殼內(nèi)外靜電相互作用的效應(yīng)。

如果金屬殼未完全封閉,殼上開(kāi)有孔或縫,也同樣具有靜電屏蔽作用。在許多實(shí)際應(yīng)用中,靜電屏蔽裝置常常是用金屬絲編織成的金屬網(wǎng)代替閉合的金屬殼,即使一塊金屬板,一根金屬線,亦有一定的靜電屏蔽作用,只是屏蔽的效果不如金屬殼。

在外電場(chǎng)的作用下,電荷在導(dǎo)體上的重新分布,在10-19秒數(shù)量級(jí)時(shí)間內(nèi)就可完成,因此對(duì)低頻變化的電場(chǎng),導(dǎo)體上的電荷有足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)保證內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零.所以靜電屏蔽裝置對(duì)緩慢變化的電場(chǎng)也有屏蔽作用。為了提高對(duì)變化電場(chǎng)的屏蔽效果,屏蔽物的電導(dǎo)率應(yīng)大,接地線要短,與地的接觸要良好。

身穿高壓作業(yè)服的人,由于被銅絲編織的衣服所包裹,人體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)保持為零,因此沒(méi)有電流從人體中流過(guò),人體是安全的。不過(guò)在作業(yè)者剛剛接觸高壓線的一瞬間高壓服上的電荷有一個(gè)瞬時(shí)分布的過(guò)程,在這極小的時(shí)間內(nèi)人體會(huì)有短暫的微弱電場(chǎng)作用,一般作業(yè)者都能經(jīng)受住這考驗(yàn)。靜電屏蔽的特點(diǎn)是一般只考慮到對(duì)靜電場(chǎng)的屏蔽,封閉導(dǎo)體的屏蔽作用是完全的(即內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)到真正等于零),對(duì)屏壁殼的厚度和電導(dǎo)率也無(wú)要求。只有在把低頻交流電場(chǎng)的屏蔽包括在靜電屏蔽中時(shí),總是希望屏蔽殼的電導(dǎo)率愈高愈好。

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 2、靜磁屏蔽

靜磁屏蔽的目的是防止外界的靜磁場(chǎng)和低頻電流的磁場(chǎng)進(jìn)入到某個(gè)需要保護(hù)的區(qū)域,這時(shí)必須用磁性介質(zhì)做外殼。靜磁屏蔽依據(jù)的原理可借助并聯(lián)磁路的概念來(lái)說(shuō)明。把一高磁導(dǎo)率的材料制成的球殼放在外磁場(chǎng)中,則鐵殼壁與空腔中的空氣可以看成是并聯(lián)的磁路。由于空氣的磁導(dǎo)率接近于1,而鐵殼的磁導(dǎo)率至少有幾千,所以空腔的磁阻比鐵殼壁的磁阻大的多。這樣一來(lái),外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)通量中絕大部分將沿著鐵殼壁內(nèi)“通過(guò)”,“進(jìn)入”空腔內(nèi)部的磁通量是很少的,這就達(dá)到了磁屏蔽的目的。

外殼的厚度和磁導(dǎo)率對(duì)屏蔽效果有很明顯的影響:外殼越厚、磁導(dǎo)率越高,屏蔽的效果就越好。因此,在重量和體積受到限制的情況下,常常采用磁導(dǎo)率高達(dá)幾萬(wàn)的坡莫合金來(lái)做屏蔽殼,而且殼的各個(gè)部分要盡量結(jié)合緊密,使磁路暢通。

如果要制造絕對(duì)的“靜磁真空”,則可以利用超導(dǎo)體的“邁斯納效應(yīng)”。即將一塊超導(dǎo)體放在外磁場(chǎng)中,其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度永遠(yuǎn)為零。超導(dǎo)體是完全抗磁體,具有最理想的靜磁屏蔽效果,但目前還不能普遍應(yīng)用。

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 3、高頻電磁場(chǎng)屏蔽

高頻電磁場(chǎng)屏蔽是防止外界的高頻電磁場(chǎng)進(jìn)入到某個(gè)區(qū)域。由于電磁場(chǎng)的變化頻率很高(例如百萬(wàn)赫茲或更高),場(chǎng)中導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷已不能再看作靜止的了(導(dǎo)體不再處于靜電平衡狀態(tài)),因此必須用電磁波在導(dǎo)體中的“貫穿深度”來(lái)說(shuō)明屏蔽的原理:當(dāng)高頻電磁波射向一導(dǎo)體表面,并進(jìn)入表面后,它會(huì)在導(dǎo)體中感應(yīng)出一個(gè)高頻交變電流,此電流會(huì)激發(fā)一個(gè)新的電磁波,新激發(fā)的電磁波在導(dǎo)體內(nèi)部與入射的電磁波相位相反、同時(shí)導(dǎo)體內(nèi)電流的產(chǎn)生還導(dǎo)致入射波場(chǎng)能的消耗,結(jié)果使得導(dǎo)體內(nèi)部總的電磁場(chǎng)基本上隨深度呈指數(shù)衰減,可以用“貫穿深度”來(lái)表示衰減的程度。

“貫穿深度”與入射電磁波的頻率、導(dǎo)體的電導(dǎo)率及磁導(dǎo)率都有關(guān)系:頻率越高、電導(dǎo)率越大、磁導(dǎo)率越大“貫穿深度”就越小。當(dāng)殼罩壁的厚度大于貫穿深度時(shí),殼罩就具有良好的電磁屏蔽作用。高電導(dǎo)率或高磁導(dǎo)率材料制成的殼罩是一種良好的電磁屏蔽裝置。提高殼罩材料的電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率,增加殼壁的厚度,可以提高電磁屏蔽的效果。

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 三、電磁屏蔽的應(yīng)用范圍

筆記本電腦、GPS、ADSL和移動(dòng)電話等3C產(chǎn)品都會(huì)因高頻電磁波干擾產(chǎn)生雜訊,影響通訊品質(zhì)。另若人體長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)力電磁場(chǎng)下,則可能易病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢(shì)在必行的制程。導(dǎo)電漆.EMI導(dǎo)電漆噴涂技術(shù)具有高導(dǎo)電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡(jiǎn)單(同表面噴漆操作一樣只須要在塑膠外殼內(nèi)噴上薄薄一層導(dǎo)電漆)等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于通訊制品(移動(dòng)電話)、電腦(筆記本)、便攜式電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)硬件(服務(wù)器等)、醫(yī)療儀器、家用電子產(chǎn)品和航天及國(guó)防等電子設(shè)備的EMI屏蔽。


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屏蔽導(dǎo)電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導(dǎo)電的作用,從而屏蔽電磁波干擾的功能。

屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離,以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái),防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散;用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái),防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。

導(dǎo)電漆就是用導(dǎo)電金屬粉末添加于特定的樹(shù)脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料