电磁屏蔽原理

　　抑制以场的形式造成干扰的有效方法是电磁屏蔽。所谓电磁屏蔽，就是以某种材料（导电或导磁材料）制成的屏蔽壳体（实体的或非实体的）将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内的电磁场不能越出这一区域，而外来的辐射电磁场不能进入这一区域（或者进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减）。

　　电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流与极化现象密切相关的。

　　1电磁屏蔽的类型

　　电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽包含低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。电磁屏蔽的类型如图1所示。

图1  电磁屏蔽的类型

　　2静电屏蔽

　　电磁场理论表明，置于静电场中的导体在静电平衡的条件下，具有下列性质：

　　①导体内部任何一点的电场为零；

　　②导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体表面垂直；

　　③整个导体是一个等位体；

　　④导体内部没有静电荷存在，电荷只能分部在导体的表面上。

　　静电屏蔽必须具有两个基本要求：完整的屏蔽导体和良好的接地。

　　3高频磁场的屏蔽

　　高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料，例如铜、铝等，其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的，也就是说，利用了涡流反磁场对原骚扰磁场的排斥作用来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。根据法拉第电磁感应定律，闭合回路上产生的感应电动势等于穿过该回路的磁通量的时变化，即感应电流产生的磁通方向与原来磁通的变化方向相反。应用楞次定律可以判断感应变率。根据楞次定律，感应电动势引起感应电流，感应电流所产生的磁通要阻止原来磁通的如图2所示，当高频磁场穿过金属板时，在金属板中就会产生感应电动势，从而形成涡流。金属板中的涡流电流产生的反向磁场将抵消穿过金属板的原磁场，这就是感应涡流产生的反磁场对原磁场的排斥作用。同时，感应涡流产生的反磁场增强了金属板侧面的磁场，使磁力线在金属板侧面绕行而过。

图2  涡流效应

　　4电磁屏蔽

　　通常所说的屏蔽，一般指的是电磁屏蔽，即是指对电场和磁场同时加以屏蔽。电磁屏蔽般也是指用来防止高频电磁场的影响的。

　　在交变场中，电场分量和磁场分量总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，干扰一般发生在近场，而近场中随着干扰源的特性不同，电场分量和磁场分量有很大差别。高压低电流源以电场为主，磁场分量可以忽略，这时就可以只考虑电场的屏蔽。而低压大电流干扰源则以磁场为主，电场分量可以忽略，这时就可以只考虑磁场屏蔽。

　　随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰，远场中的电场、磁场均不能忽略，因而就要对电场和磁场同时屏蔽即电磁屏蔽。高频时即使在设备内部也可能出现远场干扰，因此需要电磁屏蔽。

　　如前所述，采用良导电材料，就能同时具有对电场和磁场（高频）屏蔽的作用。由于高频集肤效应，对于良导体而言其集肤深度很小，因此电磁屏蔽体无需做得很厚，其厚度仅由工艺结构及机械性能决定便可。

　　当频率在500kHz~30MHz范围内，屏蔽材料可选用铝；而当频率大于30MHz，则可选用铝、铜、铜镀银等。

　　值得注意的是，电磁屏蔽在完成电磁隔离的同时，可能会给屏蔽体内的场源或保护对象带来一些不良影响。若屏蔽体内是接在电压源上的线圈，则电压源所产生的电流随着屏蔽体的出现而改变，这是由于线圈产生的场在屏蔽体内表面上感应出电流及电荷，这些电流和电荷产生的二次场反作用于线圈上，在线圈中产生附加感应电动势，该附加感应电动势使线圈中的电流发生改变。

　　若屏蔽体内是无源的线圈闭合电路，则在外部场感应电动势的作用下，电路内将产生感应电流。改变外场使有屏蔽及无屏蔽的电动势保持不变，在这两种情况下，线圈中的电流是不同的，这是因为线圈中电流产生的场作用于屏蔽体，屏蔽体上电流、电荷产生的二次场反作用于线圈，或者说屏蔽体把复阻抗引入线圈内，从而改变了线圈中的电流。如果把线圈与外电路断开，使线圈内电流始终为零而不产生电磁场，这时屏蔽体只起电磁隔作用而对其内的线圈无影响。