電磁屏蔽技術(shù)

　　電磁波是電磁能量傳播的主要方式，高頻電路工作時(shí)，會(huì)向外輻射電磁波，對(duì)鄰近的其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。另一方面，空間的各種電磁波也會(huì)感應(yīng)到電路中，對(duì)電路造成干擾。電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播途徑，從而消除干擾。在解決電磁干擾問題的諸多手段中，電磁屏蔽是最基本和有效的。用電磁屏蔽的方法來解決電磁干擾問題的最大好處是不會(huì)影響電路的正常工作，因此不需要對(duì)電路做任何修改。

　　區(qū)分不同的電磁波

　　同一個(gè)屏蔽體對(duì)于不同性質(zhì)的電磁波，其屏蔽性能不同。因此，在考慮電磁屏蔽性能時(shí)，要對(duì)電磁波的種類有基本認(rèn)識(shí)。電磁波有很多分類的方法，但是在設(shè)計(jì)屏蔽時(shí)，將電磁波按照其波阻抗分為電場(chǎng)波、磁場(chǎng)波、和平面波。

　　電磁波的波阻抗ZW 定義為：電磁波中的電場(chǎng)分量E與磁場(chǎng)分量H的比值： ZW = E / H

　　電磁波的波阻抗電磁波的輻射源性質(zhì)、觀測(cè)點(diǎn)到輻射源的距離以及電磁波所處的傳播介質(zhì)有關(guān)。

　　距離輻射源較近時(shí)，波阻抗取決于輻射源特性。若輻射源為大電流、低電壓（輻射源的阻抗較低），則產(chǎn)生的電磁波的波阻抗小于377，稱為磁場(chǎng)波。若輻射源為高電壓、小電流（輻射源的阻抗較高），則產(chǎn)生的電磁波的波阻抗大于377，稱為電場(chǎng)波。

　　距離輻射源較遠(yuǎn)時(shí)，波阻抗僅與電場(chǎng)波傳播介質(zhì)有關(guān)，其數(shù)值等于介質(zhì)的特性阻抗，空氣為377Ω。

　　電場(chǎng)波的波阻抗隨著傳播距離的增加降低，磁場(chǎng)波的波阻抗隨著傳播距離的增加升高。

　　注意：近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的分界面隨頻率不同而不同，不是一個(gè)定數(shù)，這在分析問題時(shí)要注意。例如，在考慮機(jī)箱屏蔽時(shí)，機(jī)箱相對(duì)于線路板上的高速時(shí)鐘信號(hào)而言，可能處于遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，而對(duì)于開關(guān)電源較低的工作頻率而言，可能處于近場(chǎng)區(qū)。在近場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)屏蔽時(shí)，要分別電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽。

　　電磁屏蔽的原理

　　通常所說的屏蔽，多半是指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時(shí)抑制或削弱電場(chǎng)和磁場(chǎng)，一般也指高頻交變電磁屏蔽。

　　電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間傳播的一種措施，屏蔽體的材料是金屬導(dǎo)體或其他對(duì)電磁波有衰減作用的材料。屏蔽效能的大小與電磁波的性質(zhì)及屏蔽體的材料性質(zhì)有關(guān)。

　　交變場(chǎng)中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的。在頻率較低的范圍內(nèi)，電磁干擾一般出現(xiàn)在近場(chǎng)區(qū)。如前所述，近場(chǎng)隨著干擾源的性質(zhì)不同，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的大小有很大差別。高電壓、小電流干擾源以電場(chǎng)為主，磁場(chǎng)干擾可以忽略不計(jì)，這時(shí)就可以只考慮電場(chǎng)屏蔽，低電壓、大電流干擾源以磁場(chǎng)干擾為主，電場(chǎng)干擾可以忽略不計(jì)，這時(shí)就可以只考慮磁場(chǎng)屏蔽。

　　隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng)，并趨向于遠(yuǎn)場(chǎng)干擾。遠(yuǎn)場(chǎng)干擾中的電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾都不可忽略，因此需要將電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)屏蔽，即電磁屏蔽。高頻時(shí)即使在設(shè)備內(nèi)部也可能出現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)干擾，需要進(jìn)行電磁屏蔽。如前所述，采用導(dǎo)電材料制作的且接地良好的屏蔽體，就能同時(shí)起到電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽的作用。

　　電磁屏蔽的應(yīng)用領(lǐng)域

　　筆記本電腦、GPS、ADSL和移動(dòng)電話等3c產(chǎn)品都會(huì)因高頻電磁波干擾產(chǎn)生雜訊，影響通訊品質(zhì)。另若人體長期暴露于強(qiáng)力電磁場(chǎng)下，則可能易患癌癥病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢(shì)在必行的制程。導(dǎo)電漆EMI導(dǎo)電漆噴涂技術(shù)具有高導(dǎo)電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通訊制品、電腦、便攜式電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)硬件、醫(yī)療儀器、家用電子產(chǎn)品和航天及國防等電子設(shè)備的EMI屏蔽。騰飛金屬科技有限公司的TF-801導(dǎo)電漆適用于各種塑膠制品的屏蔽。

　　噴涂導(dǎo)電漆解決了因做金屬屏蔽罩受空間限制、操作、成本壓力的限制，因其導(dǎo)電漆噴涂操作極其簡(jiǎn)單，做到了塑膠金屬化，而受到越來越多的關(guān)注及推廣。屏蔽導(dǎo)電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導(dǎo)電的作用，從而屏蔽電磁波干擾的功能。屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。

　　具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。導(dǎo)電漆就是用導(dǎo)電金屬粉末添加于特定的樹脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料。廣泛使用的有以下具體的幾種類型產(chǎn)品：添加銀金屬粉末的稱之為“TF-801銀導(dǎo)電漆”;添加銅粉的稱之為“TF-609銅導(dǎo)電漆”;添 加鎳粉的為“TF-606鎳導(dǎo)電漆”;其中以“TF-801 銀銅導(dǎo)電漆”使用最為廣泛因?yàn)橄啾萒F-828銀導(dǎo)電漆價(jià)格便宜很多，相比TF-606鎳導(dǎo)電導(dǎo)電性能也相對(duì)好很多。

　　電磁屏蔽技術(shù)的方法盤點(diǎn)

　　電磁屏蔽技術(shù)就是防止電子設(shè)備或者電子元器件之間產(chǎn)生電磁場(chǎng)感應(yīng)干擾的一種技術(shù)。主要有三種方法：

　　1、靜電屏蔽

　　靜電屏蔽：為了避免外界電場(chǎng)對(duì)儀器設(shè)備的影響，或者為了避免電器設(shè)備的電場(chǎng)對(duì)外界的影響，用一個(gè)空腔導(dǎo)體把外電場(chǎng)遮住，使其內(nèi)部不受影響，也不使電器設(shè)備對(duì)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(dǎo)體還是實(shí)心導(dǎo)體；不論導(dǎo)體本身帶電多少，或者導(dǎo)體是否處于外電場(chǎng)中，必定為等勢(shì)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，這是靜電屏蔽的理論基礎(chǔ)。圖1所示為未接地和接地的情況。

　　可采用空腔導(dǎo)體（金屬殼、金屬網(wǎng)）來實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽。若空腔導(dǎo)體不接地，則為外屏蔽，即可以屏蔽外電場(chǎng)對(duì)于空腔以內(nèi)的元器件的影響，但不能屏蔽空腔以內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)于外界的影響。因?yàn)檫@時(shí)如果空腔以內(nèi)有帶電體，則將在空腔內(nèi)壁上、以及外表上都感生出等量的異號(hào)電荷——感生電荷，這些感生電荷的電場(chǎng)可以對(duì)外界產(chǎn)生影響。

　　若空腔導(dǎo)體接地，則為全屏蔽，即既可以屏蔽外電場(chǎng)對(duì)于空腔以內(nèi)的元器件的影響，也可以屏蔽空腔以內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)于外界的影響。因?yàn)檫@時(shí)空腔以內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度總是為0，則即使有電荷存在，使得空腔的內(nèi)、外表面都有感生電荷，但其外表面的感生電荷通過地線而與大地中和了，相應(yīng)地內(nèi)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(dǎo)線或者通訊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(jí)繞組和次級(jí)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(shè)金屬網(wǎng)等，這些方法都是為了達(dá)到靜電屏蔽的目的。

　　2、靜磁屏蔽

　　靜磁場(chǎng)是穩(wěn)恒電流或永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)。靜磁屏蔽是利用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場(chǎng)。它與靜電屏蔽作用類似而又有不同。靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明。如將鐵磁材料做成截面如圖2（b）的回路，則在外磁場(chǎng)中，絕大部份磁場(chǎng)集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯(lián)磁路來分析。因?yàn)殍F磁材料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內(nèi)通過，而進(jìn)入空腔的磁通量極少。這樣，被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場(chǎng)，從而達(dá)到靜磁屏蔽的目的。材料的磁導(dǎo)率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈顯著。因常用磁導(dǎo)率高的鐵磁材料如軟鐵、硅鋼、坡莫合金做屏蔽層，故靜磁屏蔽又叫鐵磁屏蔽。

　　靜磁屏蔽是為了排除靜磁場(chǎng)干擾的一種電磁屏蔽技術(shù)，這可以采用磁導(dǎo)率很大的鐵磁材料制作而成的空殼（屏蔽罩）來實(shí)現(xiàn)。圖2為有無磁屏蔽示意圖。

　　因?yàn)楫?dāng)把鐵磁空殼放置在外磁場(chǎng)中時(shí)，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線將要發(fā)生畸變，即磁感應(yīng)線會(huì)聚集在殼層中（這是由于磁場(chǎng)在殼層中誘導(dǎo)出的磁化電流所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)相疊加的結(jié)果），而空殼內(nèi)部的磁場(chǎng)卻很弱。從而利用鐵磁空殼即可屏蔽外磁場(chǎng)的影響。這種方法對(duì)于低頻磁場(chǎng)也具有良好的屏蔽作用。

　　為了提高靜磁屏蔽的效果，就應(yīng)該增大磁性材料的磁導(dǎo)率和增大屏蔽罩的厚度，或者采用多層屏蔽罩。

　　3、電磁屏蔽

　　在電磁場(chǎng)（電磁波）中，導(dǎo)體表面將要吸收、損耗電磁場(chǎng)的能量，使得電磁場(chǎng)的傳播從導(dǎo)體表面往里面是指數(shù)式衰減的（即電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅是指數(shù)式衰減），這種現(xiàn)象就是趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應(yīng)即可阻止高頻電磁波進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，因此可采用適當(dāng)厚度的金屬來制作電磁屏蔽罩。由于趨膚電流是一種渦流，所以電磁屏蔽又稱為渦流屏蔽。

　　為了獲得有效的電磁屏蔽效果，導(dǎo)體屏蔽層的厚度必須接近于電磁場(chǎng)的趨膚深度。電導(dǎo)率越高的材料，趨膚深度就越小。對(duì)于500kHz的廣播頻率，銅和鋁的趨膚深度分別約為0.094mm和0.12mm，因此較薄的銅片或鋁片就能夠?qū)崿F(xiàn)較好的屏蔽了；對(duì)于更高頻率的電磁場(chǎng)，還可以使用更薄的材料。

　　對(duì)于高頻電磁場(chǎng)，一般不采用鐵磁材料，因?yàn)殍F磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損失，會(huì)造成諧振回路品質(zhì)因數(shù)（Q值）下降，故較多的是采用高電導(dǎo)率材料的電磁屏蔽。圖3是電磁屏蔽示意圖。

　　對(duì)于工頻（50Hz）的電磁場(chǎng)，因?yàn)殂~和鋁的趨膚深度分別增大為9.45mm和11.67mm，故采用銅和鋁的電磁屏蔽就不再合適了。如果采用Fe來制作屏蔽罩的話，由于電磁場(chǎng)在鐵中的衰減遠(yuǎn)快于銅和鋁，所以只需要較薄的鐵片即可。實(shí)際上，這時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成靜磁屏蔽。

　　可見，電磁屏蔽與靜電屏蔽有一定的共同點(diǎn)，即都是采用高電導(dǎo)率的金屬來制作屏蔽罩。但也有不同點(diǎn)，即靜電屏蔽只能消除電容耦合，防止靜電感應(yīng)的影響，而且屏蔽罩必須接地；而電磁屏蔽是利用渦流來阻止電磁場(chǎng)的透入，并消除電磁場(chǎng)的干擾，屏蔽罩可不必接地。不過，因?yàn)殡姶牌帘蔚钠帘握衷黾恿遂o電耦合，所以為了避免這種不良影響，把屏蔽罩還是接地為好，這時(shí)實(shí)際上在電磁屏蔽的同時(shí)也起到了靜電屏蔽的作用。

　　總體而言，靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內(nèi)容、物理?xiàng)l件、屏蔽作用均不同，所用材料也需視具體情況而定。