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電磁屏蔽原理

　　抑制以場的形式造成干擾的有效方法是電磁屏蔽。所謂電磁屏蔽，就是以某種材料（導電或導磁材料）制成的屏蔽殼體（實體的或非實體的）將需要屏蔽的區域封閉起來，形成電磁隔離，即其內的電磁場不能越出這一區域，而外來的輻射電磁場不能進入這一區域（或者進出該區域的電磁能量將受到很大的衰減）。　　電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的反射、吸收和引導作用。而這些作用是與屏蔽結構表面上和屏蔽體內感生的電荷、電流與極化現象密切相關的。　　1電磁屏蔽的類型　　電磁屏蔽按其屏蔽原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。電場屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽；磁場屏蔽包含低頻磁場屏蔽和高頻磁場屏蔽。電磁屏蔽的類型如圖1所示。圖1 電磁屏蔽的類型　　2靜電屏蔽　　電磁場理論表明，置于靜電場中的導體在靜電平衡的條件下，具有下列性質：　　①導體內部任何一點的電場為零；　　②導體表面任何一點的電場強度矢量的方向與該點的導體表面垂直；　　③整個導體是一個等位體；　　④導體內部沒有靜電荷存在，電荷只能分部在導體的表面上。　　靜電屏蔽必須具有兩個基本要求：完整的屏蔽導體和良好的接地。　　3高頻磁場的屏蔽　　高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導體材料，例如銅、鋁等，其屏蔽原理是利用電磁感應現象在屏蔽體表面所產生的渦流的反磁場來達到屏蔽的目的，也就是說，利用了渦流反磁場對原騷擾磁場的排斥作用來抑制或抵消屏蔽體外的磁場。根據法拉第電磁感應定律，閉合回路上產生的感應電動勢等于穿過該回路的磁通量的時變化，即感應電流產生的磁通方向與原來磁通的變化方向相反。應用楞次定律可以判斷感應變率。根據楞次定律，感應電動勢引起感應電流，感應電流所產生的磁通要阻止原來磁通的如圖2所示，當高頻磁場穿過金屬板時，在金屬板中就會產生感應電動勢，從而形成渦流。金屬板中的渦流電流產生的反向磁場將抵消穿過金屬板的原磁場，這就是感應渦流產生的反磁場對原磁場的排斥作用。同時，感應渦流產生的反磁場增強了金屬板側面的磁場，使磁力線在金屬板側面繞行而過。圖2 渦流效應　　4電磁屏蔽　　通常所說的屏蔽，一般指的是電磁屏蔽，即是指對電場和磁場同時加以屏蔽。電磁屏蔽般也是指用來防止高頻電磁場的影響的。　　在交變場中，電場分量和磁場分量總是同時存在的，只是在頻率較低的范圍內，干擾一般發生在近場，而近場中隨著干擾源的特性不同，電場分量和磁場分量有很大差別。高壓低電流源以電場為主，磁場分量可以忽略，這時就可以只考慮電場的屏蔽。而低壓大電流干擾源則以磁場為主，電場分量可以忽略，這時就可以只考慮磁場屏蔽。　　隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產生輻射電磁場，并趨向于遠場干擾，遠場中的電場、磁場均不能忽略，因而就要對電場和磁場同時屏蔽即電磁屏蔽。高頻時即使在設備內部也可能出現遠場干擾，因此需要電磁屏蔽。　　如前所述，采用良導電材料，就能同時具有對電場和磁場（高頻）屏蔽的作用。由于高頻集膚效應，對于良導體而言其集膚深度很小，因此電磁屏蔽體無需做得很厚，其厚度僅由工藝結構及機械性能決定便可。　　當頻率在500kHz~30MHz范圍內，屏蔽材料可選用鋁；而當頻率大于30MHz，則可選用鋁、銅、銅鍍銀等。　　值得注意的是，電磁屏蔽在完成電磁隔離的同時，可能會給屏蔽體內的場源或保護對象帶來一些不良影響。若屏蔽體內是接在電壓源上的線圈，則電壓源所產生的電流隨著屏蔽體的出現而改變，這是由于線圈產生的場在屏蔽體內表面上感應出電流及電荷，這些電流和電荷產生的二次場反作用于線圈上，在線圈中產生附加感應電動勢，該附加感應電動勢使線圈中的電流發生改變。　　若屏蔽體內是無源的線圈閉合電路，則在外部場感應電動勢的作用下，電路內將產生感應電流。改變外場使有屏蔽及無屏蔽的電動勢保持不變，在這兩種情況下，線圈中的電流是不同的，這是因為線圈中電流產生的場作用于屏蔽體，屏蔽體上電流、電荷產生的二次場反作用于線圈，或者說屏蔽體把復阻抗引入線圈內，從而改變了線圈中的電流。如果把線圈與外電路斷開，使線圈內電流始終為零而不產生電磁場，這時屏蔽體只起電磁隔作用而對其內的線圈無影響。

2024-01-11 2616