电磁屏蔽

2020-03-03 07:43:56 来源：范文大全收藏下载本文

摘要：随着电子产品的广泛应用以及电磁环境污染的加重，对其电磁兼容性设计的要求也越来越高，作为电磁兼容设计的主要技术一屏蔽技术的研究也就越显得重要了。从电磁屏蔽技术原理出发，讨论了屏蔽体结构、屏蔽技术分类、屏蔽材料的选择以及所要遵循的原则，在电子设备实施具体的电磁屏蔽时提供了重要的依据。

关键词：电磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽原则

从屏蔽技术而言，电场屏蔽技术与磁场屏蔽技术，既有许多相同的技术手段，又有其本质的不同屏蔽技术。因此，若要对电子产品进行有效的电磁屏蔽，就必须对电场屏蔽、磁场屏蔽进行分类分析，这样对电子设备(系统)的电磁兼容设计

也就越显得十分重要。

1 屏蔽分类

屏蔽是利用屏蔽体(具有特定性能的材料)阻止或衰减电磁骚扰能量的传输，是抑制电磁干扰的重要手段之一 J。屏蔽有两个目的：限制内部辐射的电磁能量泄漏；防止外来的辐射干扰进入。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下三大类。

1．1 电场屏蔽

电场屏蔽主要是为了防止电子元器件或设备间的电容耦合，它采用金属屏蔽层包封电子元器件或设备，其屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地，这样就把电场终止于导体表面，并通过地线中和导体表面上的感应电荷，从而防止由静电耦

合产生的相互干扰。

电场屏蔽使金属导体内的仪器不受外部影响，也不会对外部电场产生影响，主要是为了消除回路之间由于分布电容耦合而产生的干扰，静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应，屏蔽必须合理地接地。在实际应用中，屏蔽措施经常科

学地与接地相互结合才能更好地发挥作用。

1．2 磁场屏蔽

磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。

屏蔽体是用高导磁率材料，有效防止低频磁场的干扰。其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的导磁系数，材料的磁导率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈显著。磁场屏蔽又分为低频磁屏蔽和射频磁屏蔽。

低频磁屏蔽技术适用于从恒定磁场到30 KHz的整个频段，它是利用铁磁性物质的磁导率高、磁阻小、对干扰磁场进行分路来实现的。屏蔽材料的屏蔽效能主要由吸收损耗和反射损耗两部分构成，低频磁场由于其频率和波阻抗较低，故吸收损耗和反射损耗都很小。为了提高屏蔽材料的屏蔽效能，因此重点考虑材料的吸收损耗和反射损耗。为了获得高额的吸收损耗，可以使用导磁率高的材料；但是，导磁率高的材料通常导电性不是很好，这导致了反射损耗减小。为了增加反射损耗，可在高导磁率材料的表面增加一层高导电率的材料。通常采用铁磁性材料如铁、硅钢片、坡莫合金等进行磁场屏蔽。射频磁屏蔽则是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流，并由涡流的反磁通抑制入射磁场。低频磁场屏蔽的方法在高频时并不适用，主要原因是铁磁性材料的磁导率随频率的升高而下降，从而使屏蔽效能变坏，并且高频时铁磁性材料的磁损增加。因此需要良导体，可以产生很强的感应涡流，常用屏蔽材料有铝、铜及铜镀银等。

1．3 电磁屏蔽

电磁屏蔽主要用于防止在高频下的电磁感应，利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离时变电磁场的相互耦合，从而防止高频电磁场的干扰。利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而做成电磁屏蔽装置。电磁屏蔽是抑制干扰、增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段，合理地使用电磁屏蔽，可以抑制外来高频电磁波的干扰，

也可避免作为干扰源去影响其他设备。

2 屏蔽体的结构

影响屏蔽体效能的两个因素：一个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。

电场屏蔽主要是为了防止回路间的寄生电容耦合所形成的干扰，通过减小分布电容就能提高屏效。因此，电屏蔽体的形状最好设计为盒形或是全封闭的，可以根据需要可适当地进行结构设计，来进一步减小分布电容，电场屏蔽的屏蔽体必须接地，最好直接接地，孔洞泄漏越小屏蔽效果越好，主要结构有单层门盖结构和双层门盖结构。

磁场屏蔽是利用高导磁材料构成低磁阻通路，使屏蔽体对磁通进行分流，主要选择铁或其他高导磁率材料防止磁饱和。被屏蔽物与屏蔽体内壁应留有一定间隙，防止磁短路现象发生；可增加屏蔽体厚度，为了防止电场感应，一般还要接地。如果屏蔽体不完整，涡流的效果降低，即屏蔽的效果大打折扣，可采用盒状、筒状、柱状的结构。

电磁场屏蔽是利用屏蔽体对电磁波的吸收、反射来阻止电磁能量在空间传播，达到减弱干扰能量的效果。因此，电磁屏蔽可采用板状、盒状、筒状、柱状的屏蔽体。

3 屏蔽技术

常用的屏蔽技术：多层屏蔽、薄膜屏蔽。

3．1 单层与多层屏蔽分析

为了得到更好的屏蔽效果可以采用多层屏蔽，它对电场和磁场两者都有较好的防护，特别适合于以反射损耗为主的屏蔽体。隔开的材料可形成多次反射，比同样厚度的金属板能产生更好的屏蔽效果1。多层屏蔽的原则是：各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应该隔离空气或者填充其他介质，否则达不到应有的屏蔽效果，各层屏蔽体的材料也不应该相同。除了要考虑导磁率外，还要考虑饱和电平。屏蔽室测得铝板，大小为1 200 l,lq／n x 1 200l,lq／n，其单层和多层的电场屏蔽

效果见表1。

当屏蔽体需要有良好的透气性和通风性时，可采用丝网屏蔽，测试丝网大小为6OO m×6OO m，屏蔽室测得其电

磁场屏蔽效果见表2。

由表1可知，对比铝板的单层屏蔽和多层屏蔽效果，从中频到高频对于铝板而言更适用于单层屏蔽。由表2可知，就单层屏蔽而言，金属丝网在中频和高频屏蔽效果比较明显，对于多层屏蔽金属丝网更适用于中频的多层屏蔽，且有很好的

屏蔽效果。

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3．2 薄膜屏蔽

薄膜屏蔽通常用喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在设备上包覆一层导电薄膜，它的屏蔽效能主要是由反射损耗和多次反射修正因子确定。在不便构造屏蔽体的情况下，既可采用金属箔粘贴方式进行屏蔽又可以采用喷涂方式在基体上覆盖一层薄金属涂层以起吸波、屏蔽作用同时也可防止射频辐射。

4 屏蔽材料

为了提高屏蔽效能，可针对材料的特性来选材。

4．1 金属材料

对低阻抗磁场，应选择比吸收损耗大的金属材料；对高阻抗电场和平面波，应选择比反射损耗大的金属材料；对

磁场和平面波，建议选用比吸收损耗大

的铁磁性金属材料。为了增加反射损耗、提高屏蔽效能可以在铁磁性材料表面镀上一层电导率高的非铁磁性材料。常用的金属板材料有：镀锌钢板、低碳钢板、铜板和镀铜钢板。常用的金属箔材料有铜箔、铝箔和不锈钢箔。

4．2 导电高分子材料

导电胶是将玻璃纤维镀银、铝镀银、银等微细导电颗粒均匀掺在硅胶中，通过压力使导电颗粒接触，使这种复合

材料既具有橡胶的弹性又具有良好的导

电性。导电胶具有良好的电磁密封能力，同时，还保持了胶对水汽密封的功能。在高频时屏蔽效能较高，能够提供电

磁密封和环境密封。

导电涂料是用金属粉末、炭黑等导电填料与各种合成树脂混合制成的，涂敷于塑料表面。可以在涂料中添加铜涂料和银涂料作为导电涂层。导电玻璃(ITO)是采用溅射或其它沉积技术在玻璃上制作一层很薄的导电膜而成的。

屏蔽材料选择要有镀层保护的金属材料或耐腐蚀性强的材料，对屏蔽体中异种材料应选用电化电位相邻的金属材料，不宜选用不便加工或在加工过程中电气性能会受到影响的材料。

5 屏蔽原则

(1)确定电磁环境，包括电磁场的类型，场的强度、频率以及屏蔽体至源的距离等。

(2)当需要综合考虑低频磁场和高频磁场的屏蔽时，可以在屏蔽体上再镀上一层其他材料，如银或铜。为了有效地进行磁屏蔽，必须使用如坡莫合金之类对低磁通密度有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度，对有一端进去从另一端出来的

磁通，其磁阻必须要小。

(3)为了获得更好的屏蔽效能可采用双层屏蔽或多层屏蔽。需要注意的是：应使屏蔽体的接缝与孔洞的长边平行于磁场分布的方向，圆孔的排列方向要使磁路增加量最小，目的是尽可能不要阻断磁通的通过，屏蔽体加工成型后要进行退火处理。

(4)多块材料组成屏蔽体时，为了保持磁连续性可采用机械法和焊接法】。在转角处或过渡处，为了获得较好的屏蔽效能可采用焊接的方法。保持接触面的连续性可使磁力线沿低磁阻通道连续，因而可提高屏蔽效能。对交变电场和磁场而言，保持磁连续性可取得较大的感应电流屏蔽。对直流电场和磁场而言，连续性可保证磁力线的完好分流。

6 结束语

在具体实施屏蔽时，应根据屏蔽效能的要求，结合相应的屏蔽理论确定屏蔽方式以及屏蔽材料，在设计时必须注意的是，如果可能发生不希望有的谐振现象，必须采取有效措施加以防止，以达到完善屏蔽设计的目的。