摘要：随着用电设备的增加，空间电磁能量逐年增加，电磁环境污染不断地加重,在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，如何使各种设备正常运行，是一个亟待解决的问题，所有的这些都对电磁兼容性设计要求越来越高,作为电磁兼容设计的主要技术—屏蔽技术的研究显得尤为重要。本文从电磁屏蔽技术原理出发,讨论了不同类型的屏蔽体结构、屏蔽技术分类、屏蔽材料的选择以及不同类型的电磁屏蔽设计要点。这些都将为电子设备实施具体的电磁屏蔽时提供重要的依据。
关键词：电磁屏蔽；屏蔽原理；设计要点分析
0.引言
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。对于不同类型的电磁屏蔽,其设计要点也是不同的，针对它的不同特性进行有效的电磁屏蔽是十分重要的。
1.电磁屏蔽
屏蔽是用导电或导磁材料将需要防护的区域封闭起来，以抑制和控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射；屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播，即切断电磁波辐射（和场耦合）的传输途径。
1.1不同类型的电磁屏蔽
电磁干扰入侵设备的路径分为传导和辐射。限制传导路径的电磁干扰的方法有滤波、接地、隔离、抑制,而限制辐射路径电磁干扰的方法主要是屏蔽。按要屏蔽的电磁场的特性来划分，其类型有电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁波屏蔽。其中电场屏蔽指静电场屏蔽及交变电场屏蔽，磁场屏蔽指静磁场屏蔽、交变磁场及高频磁场屏蔽，电磁场屏蔽指同时存在电场及磁场的辐射电磁场屏蔽。
1.1.1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。
1.1.2磁场屏蔽
对于100kHz以下的低频磁场的屏蔽原理是利用高磁导率的铁磁材料(例如铁、硅钢片）对骚扰磁场进行分路，把磁力线集中在其内部通过，限制在空气中大量发散。
屏蔽低频磁场方法一是在高导磁率材料的表面增加一层高导电率材料，增加电场波在屏蔽材料与空气界面上的反射损耗。方法二是利用低磁阻通路旁路，其关键是采用高导磁率材料来减少磁阻。
而高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体（铜、铝）。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，即利用了涡流反向磁场对于原骚扰磁场的排斥作用，抑制或抵消屏蔽体外的磁场。
1.1.3电磁波屏蔽
电磁波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。通常是采用双层屏蔽，先用不容易发生饱和的磁导率较低的材料将磁场衰减到一定程度，然后用高导磁率材料将磁场衰减到满足要求，但是成本高、实施困难。
2.不同类型的电磁屏蔽设计要点
电场屏蔽设计要点：第一，屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求；第二，屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响；第三，屏蔽体要靠近受保护的设备；第四，屏蔽体要有良好的接地。
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电磁屏蔽设计要点：第一，屏蔽体应选用高导磁率的材料，但应防止磁饱和；第二，尽量缩短磁路长度，增加屏蔽体的截面积（厚度）；第三，被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上；第四，注意屏蔽体的结构设计，缝隙或长条通风孔循着磁场方向分布；第五，对于强磁场的屏蔽可采用多层屏蔽，防止发生磁饱和；第六，对于多层屏蔽，应注意磁路上的彼此绝缘。
电磁屏蔽与静电屏蔽有一些共同点，即都是采用高电导率的金属来制作屏蔽罩。但也有不同点，即静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应的影响，而且屏蔽罩必须接地；而电磁屏蔽是利用涡流来阻止电磁场的透入，并消除电磁场的干扰，屏蔽罩不必接地。不过，电磁屏蔽的屏蔽罩增加了静电耦合，所以为了避免这种不良影响，把屏蔽罩接地较好，这时在进行电磁屏蔽的同时也起到了静电屏蔽的作用。
总体而言，静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽的物理内容、物理条件、屏蔽作用均不同，所用材料也需视具体情况而定。
3.不同类型的屏蔽体设计原则
(1)屏蔽设计时，首先应该确定电磁环境及屏蔽要求。
针对电磁场的类型(电场、磁场或平面波)、场的强度、频率以及屏蔽体至源的距离等，根据设备和电路单元、组件工作时的电磁环境要求及实际的电磁环境,提出保证设备或分系统能正常运行所必需的屏蔽效能值。一般仅需单独屏蔽干扰源或敏感体,在屏蔽要求特别高的场合,干扰源和敏感体都需要屏蔽。
(2)屏蔽体的结构设计。
根据屏蔽效能要求,并结合拟采用的屏蔽体结构形式，对构成实际屏蔽效能的诸因素做出假定，然后计算屏蔽效能。再根据电磁屏蔽的要求及电磁场的性质，适当选择材料的电导率、磁导率及厚度。
接下来选择屏蔽体结构形式，最后进行屏蔽体的完整性设计，以抑制屏蔽体上所有电气不连续处的电磁泄漏,如果对屏蔽体的完整性设计不当，即使选用最好材料并且厚度有足够的裕量也不能达到预期效果。
(3)协调屏蔽与其他要求之间的矛盾。
对屏蔽的要求往往与对系统(设备或电路单元)其他方面的要求有矛盾，如通风散热、易维护性、易观察性、体积、重量和成本等,需从技术经济分析出发,寻求最佳设计方案。
对于通风孔、窥视窗探测器的开口屏蔽壳体、仪器的调节旋钮电缆进出口接插件等开口处均应按特殊要求进行设计。
(4)检查屏蔽体的谐振。
屏蔽箱体谐振是一种有害现象。当激励场源引起屏蔽室谐振时,尤其是用于抑制强骚扰源向外界辅射的主动屏蔽箱体，会导致屏蔽箱体的屏蔽效能大大下降。
4.总结
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。
参考文献
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论文作者:魏诗惠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/15
标签：屏蔽论文; 电磁论文; 磁场论文; 电场论文; 材料论文; 电磁场论文; 电磁波论文; 《基层建设》2019年第18期论文;