黑龙江省电子技术研究所 黑龙江 哈尔滨 150040
摘要：电子设备工作时，常会受到来自各种因素的电磁干扰。 而现代电子设备的小型化也增加了它们对干扰的敏感度，有时它们还与其他机电设备安装于同一载体或空间，如汽车电话、手提电脑等设备随处可用，而不一定局限于办公室那样的受控环境。 这一切使得电磁干扰日趋严重，而由此带来了电磁干扰的防护问题也变的尤其重要。
关键词：电磁干扰；危害；屏蔽；抑制；防护
1.电子产品电磁干扰分类及危害
在电子产品的外部和内部存在着各种电磁干扰。外部干扰是指除电子产品所要接收的信号以外的外部电磁波对产品的影响。其中有些是自然产生的，如宇宙干扰、地球大气的放电干扰等。有些是人为的，如电焊机、电吹风所产生干扰等。内部干扰是由于产品内部存在着寄生耦合。寄生耦合有电容耦合、电感耦合，这不是人为设计的。干扰会影响或破坏产品的正常工作。它带来的危害很多，比如：破坏无线电通信的正常工作，影响电声和电视系统。 如在许多大型机场，由于手机发射台等大功率电磁信号的干扰，而影响飞机的正常起降;降低电气设备仪表的工作性能，干扰遥控装置、自动开关的半导体脱扣器、数控电路和计算电路等。为了保证电子产品正常地工作，就需要防止来自产品外部和内部的各种电磁干扰。 那么抑制电磁干扰的措施就是屏蔽。屏蔽就是用导电或导磁材料制成的用以抑制电场、磁场及电磁场干扰的盒、壳、板和栅、管等称为屏蔽。屏蔽可分为：电屏蔽、磁屏蔽、电磁屏蔽。
2.电场和磁场的屏蔽
电场的屏蔽是为了抑制寄生电容耦合(电场耦合)，隔离静电或电场干扰。寄生电容耦合： 由于产品内的各种元件和导线都具有一定电位，高电位导线相对的低电位导线有电场存在，也即两导线之间形成了寄生电容耦合。通常把造成影响的高电位叫感应源，而被影响的低电位叫受感器。 实际上凡是能幅射电磁能量并影响其它电路工作的都称为感应源(或干扰源)，而受到外界电磁干扰的电路都称为受感器。电场屏蔽的最简单的方法，就是在感应源与受感器之间加一块接地良好的金属板，就可以把感应源与受感器之间的寄生电容短接到地，达到屏蔽的目的。
磁场的屏蔽主要是为了抑制寄生电感耦合(也叫磁耦合)。 磁场屏蔽随着工作频率不同所采用的磁屏蔽材料和磁屏蔽原理也不同。对于恒定磁场和低频(低100kHZ)磁场采用导磁率高的铁磁性材料做屏蔽物。 其原理是利用铁磁材料的高导磁率对干扰磁场进行分路。磁场有磁力线，磁力线通过的主要路径为磁路，与电路具有电阻一样，磁路也有的磁阻。磁通将主要通过铁磁材料，而通过空气的磁通将大为减小，从而起到磁场屏蔽作用。
在一个均匀的高频磁场中，放置一金属圆环，那么，在此金属环中将产生感应涡流，此涡流将产生一个反抗外磁场变化的磁场。此磁场的磁力线在金属圆环内与外磁场磁力线方向相反，在圆环外方向相同。 结果使得金属圆环内部的总磁力线减少，即总磁场削弱，而圆环外部的总磁力线增加，即总磁场加强。从而发生了外磁场从金属圆环内部被排斥到金属圆环外面去的现象。如果在外磁场中放置一块金属板，金属板可以看成是由若干个彼此短路的圆环所组成。那么，由于涡流排斥外磁场的作用，反抗外磁场通过金属板将外磁场排斥到金属板外面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆故金属板就成为阻止外磁场通过的屏蔽物。这种屏蔽方式称为屏蔽物对磁场排斥。
电场和磁场总是同时出现的。电磁场的屏蔽就是对高频交变电磁场的屏蔽。从电场屏蔽和高频磁场屏蔽的讨论中可以看出，只要将高频磁场的屏蔽物良好地接地，就能同时达到电场屏蔽的要求，即达到电场和磁场同时屏蔽的目的。使用导电良好的屏蔽材料，如铝板、铜板、铜箔或在塑料上镀镍或铜，利用它们对干扰电磁波的反射、吸收和多次反射作用，衰减干扰电磁场的能量，达到屏蔽效果。
3.屏蔽的结构形式与安装
3.1 线圈的屏蔽
线圈屏蔽罩的结构既要满足屏蔽要求，又要尽量减小对线圈参数的影响，并且还应在允许的体积范围之内。为了使屏蔽线圈的品质因数下降不超过10%，电感量减小不超过15-20%，圆形屏蔽罩的直径和高度应足够大。在同样的空间位置上安装方形屏蔽罩的效果比圆形的为好。屏蔽罩上缝隙、切口的方向，必须注意不切断涡流的方向，最好是避免有缝隙和切口。线圈应垂直地安装于底座上。此时，线圈的磁通与底座的交链最小，在底座中感应的电流也小，底座对线圈的分布电容影响也小。此外垂直安装也比较方便,线圈平行于底座的安装是不正确的。 不仅没有垂直安装的优点，而且由于线圈与底座平行安装，屏蔽罩与底座的接缝就垂直于涡流的方向，因此若接触不好而切断涡流或者使涡流减小，则会严重影响屏蔽效果。
3.2 低频变压器的屏蔽
因为铁芯起着集中磁通的作用，所以变压器的铁芯本身就是一个磁屏蔽物。若要进一步减小漏磁通的影响，则应采取屏蔽措施。简易的屏蔽结构有两种：一是在铁芯侧面包铁皮;一是在包外面包一圈短路圈。在变压器外面加一个屏蔽罩可进一步提高屏蔽效果。屏蔽罩的材料应用铁磁材料，屏蔽罩和铁芯之间和距离，一般留有2～3毫米。如果对屏蔽的要求很高或屏蔽的频率范围很宽，则应采用多层屏蔽。当多层屏蔽物的总厚度与单层屏蔽物的总厚度相同时，多层屏幕的效果比单层好得多。电子产品常用交流市电供电，由于电源变压器的初、次级绕组之间存在着寄生电容，因此其它产品在供电电网中产生高频感应电压，就会通过此寄生电容而带进本产品中来产生干扰。为了抑制寄生耦合，往往在初、次级绕组之间垫上一层接地的铜箔作静电屏蔽。但是，此铜箔不应阻碍磁场耦合,因此铜箔本身不能短路。
电源变压器的线圈轴线应与底座垂直放置。安装变压器时，不要让硅钢片紧贴底座，应该用非导磁材料将变压器铁芯与底座隔开，以减少铁芯内的磁力线伸展到底座中去与电路交链后产生交流声。多个变压器或线圈安装位置较近时，应该使它们的线圈轴线相互垂直。有条件时，电源部分最好单独装在一块底板上。电源滤波电容器的接地端与电源变压器的接地点最好用导线连在一起，以免滤波器只的交流电经过底座耦合到其它电路。
3.3电路的屏蔽
电子产品的正常功能受到破坏的原因，不仅是由于信号在电气装置连线上产生失真，或在电气安装连线上出现交叉干扰，而且还来源于设备内不同单元之间的相互干扰。那么电路单元的屏蔽结构形式可采用屏蔽隔板、共盖屏蔽结构、单独屏蔽、双层屏蔽。单独屏蔽就是将要屏蔽的电路和元件、部件装在独立的屏蔽盒中，使之成为一个独立部件。当干扰电场很强时，用单层屏蔽不能满足要求，而必须采用双层屏蔽，即在一个屏蔽盒外面再正确地加一个屏蔽盒。
4. 馈线干扰及地线干扰的抑制
馈线指一切载流导线,设备中的馈线(电缆)是接受干扰和辐射的最直接天线.主要通过馈线进入设备,抑制或消除馈线接收和辐射的主要手段有馈线的隔离、滤波和屏蔽。连接地线的导体称为地线，地线设置不好，会造成地线干扰，主要为地阻抗和地环路干扰。可以通过增大地线的横截面积，减少阻抗，从而达到抑制地线干扰的目的;通过减小地环路、采用隔离变压器、纵向扼流圈、光电耦合器等方法减小抑制地地环路干扰。
参考文献：
[1]刘爽.试论电力系统继电保护干扰原因及其防护方法[J].电子制作. 2014(23)
[2]陈卫涛,韩晋阳,贺应平.铁磁涂层碳纤维复合材料电磁防护性能仿真计算[J].中国新技术新产品.2016(11)
[3]曲兆明,王庆国,王小亮,白丽云,王研.编织增强型电磁防护材料的等效模型与屏蔽性能[J].高电压技术.2016(05)
[4]原亮,陈立云,满梦华,常小龙.基于电磁防护仿生方法的赛博空域鲁棒性研究[J].军械工程学院学报.2013(04)
[5]曲兆明,王庆国,王小亮,白丽云,王研.编织增强型电磁防护材料的等效模型与屏蔽性能[J].高电压技术.2016(05)
论文作者:王丹丹
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/2
标签：屏蔽论文; 磁场论文; 干扰论文; 电场论文; 线圈论文; 底座论文; 磁力线论文; 《防护工程》2017年第28期论文;