电子设备工作时,既不希望被外界电磁波干扰,又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备,以及对人体的辐射危害,所以就需要阻断电磁波的传播路径.这就是电磁屏蔽.这同样适用于同一主板上不同电路单元(速度不一样)之间的相互隔离.根据麦克斯韦电磁理论,电磁波由互相垂直的电场和磁场组成,变化的电场转成磁场,变化的磁场又转化成电场,它们交替进行,能量便往前方传播.所以,电磁屏蔽要分两方面: 电场屏蔽和磁场屏蔽. 电场屏蔽依据法拉第笼子效应,电场入射到金属笼子表面,在金属表面便产生感生电荷,这些感生荷被导入接地端,形成趋肤电流,能量被消耗掉了. 所以,对于内部空间,电场被屏蔽了. 如果这个导体不是完全封闭的,比如有一个小洞或者缝隙,感生的电荷形成的趋肤电流就会沿着导体外表面流动,遇到缝隙,电流就会沿着缝隙的内壁进入导体内部空腔,在内部又形成电场,起不到屏蔽作用.磁场屏蔽需要用导磁率高的材料阻断传播途径.一般来说,低频电磁波的屏蔽磁屏蔽的作用大些,高频电磁波的屏蔽,电场屏蔽的作用更大些. 电磁屏蔽的效能用SE (shielding effiency) 表示,SE= -20 lg(E out / E in), 单位为dB分贝. 100分贝的屏蔽效能就是只有1/的电磁能量泄露.
电磁屏蔽原理
电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频电磁场在空间传播的一种措施。
电磁波在通过金属或对电磁波有衰减作用的阻挡层时,会受到一定程度的衰减,说明该阻挡层材料有屏蔽作用。
材料的屏蔽效能与电磁波的自身特性及材料的性质有关。
电磁屏蔽机理常用分析方法有3种:借助电路理论,即电磁感应原理,通过涡流的屏蔽效应阐述电磁屏蔽的机理;根据电磁场理论,计算电磁波在不同传播媒介的分界面及媒质内部传输时产生的反射与衰减;根据传输线理论,行波在有耗非均匀传输线中会反射与损耗,这与电磁波在通过金属时的现象相似,用它计算屏蔽材料的反射与衰减,比经典的电磁场理论更为简便。
随着数值计算方法的不断完善,有限元法及有限时域差分法已开始被用于复杂屏蔽体效能的计算。
涡流的屏蔽效应当交变电磁场通过金属材料表面或由金属材料所包围的孔眼时,金属材料会因感应电动势形成涡流,这涡流所产生的磁场恰好与原来的磁场方向相反,抵消了部分原磁场,从而起到屏蔽作用。
金属材料的颠倒率越高,产生的涡流越大,屏蔽作用越好。
实质是金属材料具有一定的电阻,涡流所产生的焦耳热消耗了入射电磁场的能量,起到屏蔽作用。
1、屏蔽体外侧。
由线圈工作电流产生的磁力线和由屏蔽体感生电流产生的磁力线方向相反,部分相互抵消,起到屏蔽作用。
屏蔽体外侧的磁力线是线圈磁力线的一部分,屏蔽体感生电流的磁力线少于线圈所产生的磁力线,即屏蔽体外侧的磁力线不会被全部抵消。
2、线圈外侧、屏蔽体内侧。
线圈工作电流产生的磁力线与屏蔽体感生电流产生的磁力线方向相反,该区域内由于屏蔽体的介入,磁力线更为密集,磁场更强。
3、线圈内侧。
线圈产生的磁力线和屏蔽体感生电流产生的磁力线在线圈内侧,方向又变为相反,说明屏蔽体会使穿越线圈内侧的磁通量减少,即线圈的自感量减小
磁场屏蔽原理是什么?
电屏蔽的核心在于减少不同器件之间的电场感应效应。
其原理在于,在确保良好的接地条件下,通过使用良导体制造的屏蔽体来隔绝干扰源产生的影响。
有效电屏蔽的两大要素是:一是坚实的接地,二是选择合适的导体作为屏蔽材料。
磁屏蔽的运作基于将干扰磁场引导至低磁阻的路径,这通常通过使用高磁导率材料如钢、铁或坡莫合金来实现。
设计上,盒、壳等封闭箱体是不可或缺的组成部分。
磁屏蔽的机制是,远场干扰源的电磁波在金属屏蔽体上反射和吸收,同时屏蔽电场和磁场。
随着频率的提升,孔径尺寸与波长同步变化,这就使得屏蔽体的孔径控制成为电磁屏蔽中的关键环节。
磁场屏蔽同样基于高磁导率材料的选择和封闭箱体设计,其目标是提供低阻磁路以分散干扰磁场。
在这一过程中,无论是电场还是磁场分量都会受到屏蔽。
然而,频率增加时,屏蔽体孔径的大小与波长同步,孔径的控制成为了电磁屏蔽效能的决定性因素。