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電磁屏蔽體的分類
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終止在屏蔽體的金屬表面上,并把電荷轉送入地。
磁屏蔽體:由磁導率很高的強磁材料(如鋼)制成,可把磁力線限制于屏蔽體內。
電磁屏蔽體:主要用來遏止高頻電磁場的影響,使干擾場在屏蔽體內形成渦流并在屏蔽體與被保護空間的分界面上產(chǎn)生反射,從而大大削弱干擾場在被保護空間的場強值,達到了屏蔽效果。電磁屏蔽的原理許多人不了解電磁屏蔽的原理,認為只要用金屬做一個箱子,然后將箱子接地,就能夠起到電磁屏蔽的作用。有時為了增強屏蔽效果,還可采用多層屏蔽體,其外層一般采用電導率高的材料,以加大反射作用,而其內層則采用磁導率高的材料,以加大渦流效應。如果屏蔽體上出現(xiàn)洞穴或縫隙,將會直接降低屏蔽效果。頻率愈高,這種現(xiàn)象愈顯著。
電磁屏蔽的方法
靜電屏蔽:為了避免外界電場對儀器設備的影響,或者為了避免電器設備的電場對外界的影響,用一個空腔導體把外電場遮住,使其內部不受影響,也不使電器設備對外界產(chǎn)生影響,這就叫做靜電屏蔽。
在靜電平衡狀態(tài)下,不論是空心導體還是實心導體;不論導體本身帶電多少,或者導體是否處于外電場中,必定為等勢體,其內部場強為零,這是靜電屏蔽的理論基礎
可采用空腔導體(金屬殼、金屬網(wǎng))來實現(xiàn)靜電屏蔽。電磁屏蔽的方法靜電屏蔽:為了避免外界電場對儀器設備的影響,或者為了避免電器設備的電場對外界的影響,用一個空腔導體把外電場遮住,使其內部不受影響,也不使電器設備對外界產(chǎn)生影響,這就叫做靜電屏蔽。若空腔導體不接地,則為外屏蔽,即可以屏蔽外電場對于空腔以內的元器件的影響,但不能屏蔽空腔以內的電場對于外界的影響。因為這時如果空腔以內有帶電體,則將在空腔內壁上、以及外表上都感生出等量的異號電荷——感生電荷,這些感生電荷的電場可以對外界產(chǎn)生影響。
若空腔導體接地,則為全屏蔽,即既可以屏蔽外電場對于空腔以內的元器件的影響,也可以屏蔽空腔以內的電場對于外界的影響。電磁波會與電子元件作用,產(chǎn)生被干擾現(xiàn)象,稱為EMS(ElectromagneticSusceptibility)。因為這時空腔以內的電場強度總是為0 ,則即使有電荷存在,使得空腔的內、外面都有感生電荷,但其面的感生電荷通過地線而與大地中和了,相應地內表面的感生電荷及其影響也就消除了。
把電子儀器的金屬外殼接地,在某些連接導線或者通信電纜的外面包覆一層金屬網(wǎng)(即成為屏蔽線),在電源變壓器的初級繞組和次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片,在高壓變壓器外面加設金屬網(wǎng)等,這些方法都是為了達到靜電屏蔽的目的。
電磁屏蔽
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,又如高電壓實驗室的墻壁內及室頂中常埋設有金屬的屏蔽網(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。因而為了滿足電磁兼容性要求,常常用高導電性的材料作為屏蔽材料,如銅板、銅箔、鋁板、鋁箔、鋼板或金屬鍍層、導電涂層。常選擇有較高的電導率和磁導率的導體作為屏蔽物的材料。因為高導電性材料在電磁波的作用下將產(chǎn)生較大的感應電流。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,但所費材料愈多。高導磁性的材料可以引導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。電磁波向大塊金屬透入時將不斷衰減,直到衰減為零。衰減的程度隨著材料的電導率、磁導率及電磁波頻率的增加而加大。屏蔽的要求較高時往往采用多層屏蔽。例如有時采用鑄鐵、坡莫合金、電解銅3種材料制成多層屏蔽,以滿足導電、導磁等要求。但是實現(xiàn)完全的屏蔽是很難辦到的,因為被屏蔽的區(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,理論上內部的磁通密度并不為零。
電磁屏蔽室
電磁屏蔽室就是利用屏蔽材料阻隔或削弱被屏蔽區(qū)域與外界的電磁能量傳播。高導磁性的材料可以引導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。電磁屏蔽的原理是利用屏蔽體對電磁能流的反射、吸收和引導,它與屏蔽結構表面和屏蔽體內部產(chǎn)生的電荷、電流與極化現(xiàn)象密切相關。電磁屏蔽室按照其原理分為電場屏蔽(靜電屏蔽和交變電場屏蔽)、磁場屏蔽(低頻磁場和高頻磁場屏蔽)和電磁場屏蔽(電磁波的屏蔽)。通常所說的電磁屏蔽室是指后一種,就是對電場和磁場同時進行屏蔽。
按照屏蔽作用原理,屏蔽體對屏蔽效能的貢獻分為3部分:
(1)屏蔽體表面因阻抗失配引起的反射損耗;
(2)電磁波在屏蔽材料內部傳輸時,電磁能量被吸收引起傳輸損耗或吸收損耗;
(3)電磁波在屏蔽材料內壁面之間多次反射引起的多次反射損耗。
由此可以得到影響材料屏蔽效能的3個基本因素,即材料的電導率、磁導率及材料厚度。b、未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量,在體內向前傳播的過程中,被屏蔽材料所衰減。這也是屏蔽材料研究本身所必須關注的問題和突破口。當然,對于電磁屏蔽體結構,其電磁屏蔽室作用還與結構、形狀、氣密性等有關,對于具體問題,還需要考慮被屏蔽的電磁波頻率、場源性質等。