電磁屏蔽原理

　　在電子設(shè)備及電子產(chǎn)品中，電磁干擾（Electromagnetic Interference）能量通過傳導(dǎo)性耦合和輻射性耦合來進(jìn)行傳輸。為滿足電磁兼容性要求，對傳導(dǎo)性耦合需采用濾波技術(shù)，即采用EMI濾波器件加以抑制；對輻射性耦合則需采用屏蔽技術(shù)加以抑制。在當(dāng)前電磁頻譜日趨密集、單位體積內(nèi)電磁功率密度急劇增加、高低電平器件或設(shè)備大量混合使用等因素而導(dǎo)致設(shè)備及系統(tǒng)電磁環(huán)境日益惡化的情況下，其重要性就顯得更為突出。 屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽體，將電磁波局限于某一區(qū)域內(nèi)的一種方法。由于輻射源分為近區(qū)的電場源、磁場源和遠(yuǎn)區(qū)的平面波，因此屏蔽體的屏蔽性能依據(jù)輻射源的不同，在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀和對孔縫泄漏控制等方面都有所不同。在設(shè)計(jì)中要達(dá)到所需的屏蔽性能，則需首先確定輻射源，明確頻率范圍，再根據(jù)各個(gè)頻段的典型泄漏結(jié)構(gòu)，確定控制要素，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)钠帘尾牧?，設(shè)計(jì)屏蔽殼體。 

　　防止或者減少電磁波侵入空間某些部位的措施。通常的辦法是用金屬網(wǎng)或者金屬殼將產(chǎn)生電磁波的區(qū)域與需防止侵入的區(qū)域隔開。例如某些儀器或儀表常安裝在金屬箱中，又如高電壓實(shí)驗(yàn)室的墻壁內(nèi)及室頂中常埋設(shè)有金屬的屏蔽網(wǎng)，以防止或減少它所受到的干擾及它對其余區(qū)域的干擾。

　　常選擇有較高的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的導(dǎo)體作為屏蔽物的材料。因?yàn)楦邔?dǎo)電性材料在電磁波的作用下將產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流。這些電流按照楞次定律將削弱電磁波的透入。采用的金屬網(wǎng)孔愈密,直到采用整體的金屬殼,屏蔽的效果愈好，但所費(fèi)材料愈多。高導(dǎo)磁性的材料可以引導(dǎo)磁力線較多地通過這些材料，而減少被屏蔽區(qū)域中的磁力線。屏蔽物通常是接地的，以免積累電荷的影響。

 　　電磁波向大塊金屬透入時(shí)將不斷衰減，直到衰減為零。衰減的程度隨著材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率及電磁波頻率的增加而加大。屏蔽的要求較高時(shí)往往采用多層屏蔽。例如有時(shí)采用鑄鐵、坡莫合金、電解銅 3種材料制成多層屏蔽，以滿足導(dǎo)電、導(dǎo)磁等要求。

　　但是實(shí)現(xiàn)完全的屏蔽是很難辦到的，因?yàn)楸黄帘蔚膮^(qū)域與其余區(qū)域之間往往仍需要有電路的連接，引線與引線、引線與外殼之間總存在著絕緣間隙，仍然為電磁波提供通道。即使對于完全封閉的金屬殼，在頻率極低的外部電磁場作用下，理論上內(nèi)部的磁通密度并不為零。電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)，其場量（E和H）的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點(diǎn)看，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時(shí)有能量損耗，因此，表現(xiàn)為場量振幅的減小。導(dǎo)體表面的場量最大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，場量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體而作成電磁屏蔽裝置。它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義。電磁屏蔽是抑制干擾，增強(qiáng)設(shè)備的可靠性及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽，可以抑制外來高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設(shè)備。如在收音機(jī)中，用空芯鋁殼罩在線圈外面，使它不受外界時(shí)變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個(gè)道理。示波管用鐵皮包著，也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內(nèi)部的元件或設(shè)備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設(shè)備。用什么材料作電磁屏蔽呢？因電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快，把由導(dǎo)體表面衰減到表面值的1/e（約36.8％）處的厚度稱為趨膚厚度（又稱透入深度），用d表示，有其中μ和σ分別為屏蔽材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。若電視頻率f=100 MHz，對銅導(dǎo)體（σ=5.8×107／·m，μ≈μo＝4π×10-7H／m）可求出d=0．00667mm?？梢娏紝?dǎo)體的電磁屏蔽效果顯著。如果是鐵（σ＝107／·m）則d=0.016mm。如果是鋁（σ＝3.54×107／·m）則d＝0.0085mm。為了得到有效的屏蔽作用，屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質(zhì)內(nèi)部的電磁波波長（λ=2πd）。如在收音機(jī)中，若f＝500kHz，則在銅中d＝0.094mm（λ=0.59mm）。在鋁中d＝0.12mm（λ=0.75mm）。所以在收音機(jī)中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因?yàn)殡娨曨l率更高，透入深度更小些，所需屏蔽層厚度可更薄些，如果考慮機(jī)械強(qiáng)度，要有必要的厚度。在高頻時(shí)，由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大，從而造成諧振電路品質(zhì)因素Q值的下降，故一般不采用高磁導(dǎo)率的磁屏蔽，而采用高電導(dǎo)率的材料做電磁屏蔽。在電磁材料中，因趨膚電流是渦電流，故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽。在工頻（50Hz）時(shí)，銅中的d＝9.45mm，鋁中的d＝11.67mm。顯然，采用銅、鋁已很不適宜了，如用鐵，則d＝0.172mm，這時(shí)應(yīng)采用鐵磁材料。因?yàn)樵阼F磁材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多。又因是低頻，無需考慮Q值問題?？梢?，在低頻情況下，電磁屏蔽就轉(zhuǎn)化為靜磁屏蔽。電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)是都應(yīng)用高電導(dǎo)率的金屬材料來制作；不同點(diǎn)是靜電屏蔽只能消除電容耦合，防止靜電感應(yīng)，屏蔽必須接地。而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏蔽體一薄層，借渦流消除電磁場的干擾，這種屏蔽體可不接地。但因用作電磁屏蔽的導(dǎo)體增加了靜電耦合，因此即使只進(jìn)行電磁屏蔽，也還是接地為好，這樣電磁屏蔽也同時(shí)起靜電屏蔽作用。綜上所述，靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內(nèi)容、物理?xiàng)l件、屏蔽作用是不同的，所用材料也要從具體情況出發(fā)。但它們都是屏蔽電磁場，是有本質(zhì)聯(lián)系的。 電磁波在導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播時(shí)，其場量的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。導(dǎo)體表面的場量最大，愈深入導(dǎo)體內(nèi)部，場量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)可以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體內(nèi)部而做成電磁屏蔽裝置。