电磁屏蔽体设计原则及原理分析

屏蔽技术是实现电磁干扰防护的最基本也是最重要的手段之一。 按欲屏敲的电磁场性质分类，屏蔽技术通常可分为三大类:电场屏蔽(静电场屏蔽及低频交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽)及电磁场屏蔽(同时存在电场及磁场的高频辐射电磁场的屏蔽)。 从屏蔽体的结构分类，可以分为完整屏蔽体屏蔽(屏蔽室或屏蔽盒等)、非完整屏蔽体屏蔽(带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等)以及编织带屏蔽(屏蔽线、电缆等)。

屏蔽原理

金属屏蔽体可以对电场起到屏蔽作用，但是，屏蔽体的屏蔽必须完善并良好接地，低频交变电场的屏蔽则与静电屏蔽的情况完全一样。磁场屏蔽通常采取下列办法:①采用高磁导率材料用于屏蔽直流和低频磁场。②采用反向磁场抵消的办法，实现磁屏蔽。在高频磁场屏蔽的场合，这种金属屏蔽休应为良导体，如铜、铝或铜镀银等。在利用屏蔽电缆实现磁屏蔽场合，电缆屏蔽层必须在两端接地，这样可以将芯线中产生的磁场抵消掉，从而达到磁场屏敝的目的。 对干射频电磁场来说，必须同时对电场与磁场加以屏蔽，故通常称为“电磁屏蔽”，高频电磁屏蔽的机理，则主要是基于电磁波穿过金属屏蔽体产生波反射和波吸收的机理，电磁波到达屏蔽体表面时，之所以会产生波反射，其主要原因是电磁波的波阻抗与金属屏蔽体的特征阻抗不相等，两者数值相差越大，波反射引起的损耗也越大。波反射还和频率有关:频率越低，反射越严重。而电磁波在穿透屏蔽体时产生的吸收损耗，则主要是由电磁波在屏蔽体中感生的涡流引起的。感生的涡流可产生一个反磁场抵消原干扰磁场，同时涡流在屏蔽体内流动，产生热损耗。此外，电磁波在穿过屏蔽层时，有时还会产生多次反射。

屏蔽体设计

在实际应用中，大到屏蔽室和大型电气设备的机壳:小到各种传感器的屏蔽壳体、电子部体的屏蔽盒和机内屏蔽线(缆)等。它们的工作环境不同，对屏蔽的要求也不同。

1.屏蔽体设计的一般原则

(])首先确定屏蔽设计所面临的电磁环境。例如:欲屏蔽的主要电磁干扰源是什么?它属于什么类型?是高阻抗电场、低阻抗磁场还是平面波?场的强度、频率以及屏蔽体至主要干扰源的距离或被屏蔽的干扰源到被干扰电路的距离等。 (2)确定最易接受干扰电路的敏感度，以决定对完整屏蔽体的屏蔽要求。 (3)进行屏蔽体的结构设计，包括:①确定屏蔽体上必须的各种开孔、窥视窗以及必要的电缆进出口孔。这些开孔均不可避免地使屏蔽完整性遭到破坏。从而造成部分磁场的泄漏，对此必须要作出估算，从而确定对实际屏蔽体的屏蔽要求。②根据上述屏蔽要求，决定屏蔽层数(单、双层)、屏蔽材料、防止屏蔽完整性遭到破坏的各种窗口屏蔽结构等。 (4)进行的工艺设计。要目是保证前述各种可能出现的非完整屏蔽窗口的屏蔽完整性。

2.屏蔽层材料的选择

(1)电场及平面波电磁场屏蔽材料的选择。为了良好地屏藏高阻抗中场及平面波电磁场，屏蔽材料必须具有良好的电导率。屏蔽平面波对屏蔽材料的要求与屏蔽电场相同，只是要求屏蔽材料有一定的厚度，具体数值与电磁波的频率有关。 (2)磁场(特别是低频磁场)屏薪材料的选择、对高频磁场的屏蔽，屏蔽材料的选择与屏蔽电场的要求一样:当频率较低时，选择高磁导率材料，不是靠感生涡流产生的反磁场，而是靠屏蔽材料的低磁阻特性。 特别需要指出的是，通常手册或产品说明书中给出的磁性材料的磁导率，均是指在直流工作情况下的磁导率。当频率增高时，磁导率将逐渐下降。 由于磁饱和的关系，当磁场强度较大时，磁导率会下降，最好采用多层屏蔽的结构，在加工高磁导率材料的过程中，磁性材料因受到敲打、冲击、钻孔。弯折等各种原因造成的机械应力，材料的磁导率都会明显下降。

3.屏蔽体的结构设计

(1)单层屏蔽结构与多层屏蔽结构。尽量采用单层，完整的屏蔽结构。电子设备使用塑料外壳的越来越多，为了防止电磁波的辐射或屏藏外界电磁波的干扰，必须采用新的单层屏蔽方法。最常见的是，用金属箱带在设备壳体内壁粘贴一层或几层金属箔(通常是用铜箔或铝箔)。为保证其屏蔽的完整性，接缝处必须要用导电黏合剂或混有金属微粒的黏合剂，同时，要保证它们良好接地。可采用导电涂料和金属喷涂(镍粉涂料或镀锌喷涂)等方法制成薄膜屏蔽层。 对磁场屏蔽而言，特别是对低频磁场而言，常常不得不采用多层屏蔽，通常采用双层屏蔽结构。 设计多层屏蔽结构的原则是: 1)各屏蔽层之间不能有电气上的连接。 2)应根据所处电磁环境最大磁场强度的情况，合理安排各屏蔽层的材料。

3)屏蔽罩尽量不要开孔或开缝，不致产生局部磁饱和。 4)第一屏蔽层屏敝高频电磁场时，当屏蔽罩上必须开孔时，应该注意开孔的方位，以保证涡流能在材料中均匀分布。 (2)屏蔽通风孔的结构设计。合理的结构设计，可以使屏蔽体上开了若干通风孔以后，不但能保证良好的通风散热，而且能保证屏蔽效能不下降。其基本出发点在于，将每个通风孔设计成对欲屏蔽的电磁波构成衰减波导管的形状。

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