電磁波是傳播電磁能的主要方式。 高頻電路工作時會輻射電磁波,對附近其他設備造成干擾。 另一方面,空間中的各種電磁波也會感應到電路中,對電路造成干擾。 電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播路徑,從而消除干擾。 在解決電磁干擾問題的眾多手段中,電磁屏蔽是最基本、最有效的。 采用電磁屏蔽解決電磁干擾問題的最大優點是不會影響電路的正常工作,因此無需對電路進行任何修改。
區分不同的電磁波
同一屏蔽體對于不同性質的電磁波具有不同的屏蔽性能。 因此,在考慮電磁屏蔽性能時,有必要對電磁波的類型有一個基本的了解。 電磁波的分類方法有很多種,但在設計屏蔽時,根據波阻抗將電磁波分為電場波、磁場波和平面波。
電磁波的波阻抗ZW定義為:電磁波中電場分量E與磁場分量H的比值:ZW=E/H
電磁波的波阻抗與電磁波輻射源的性質、觀測點到輻射源的距離以及電磁波所處的傳播介質有關。
在距輻射源較近的距離處,波阻抗取決于輻射源的特性。 如果輻射源為大電流、低電壓(輻射源的阻抗低),則產生的電磁波的波阻抗小于377,稱為磁場波。 如果輻射源為高電壓、小電流(輻射源的阻抗高),則產生的電磁波的波阻抗大于377,稱為電場波。
當距離輻射源較遠時,波阻抗僅與電場波傳播介質有關,其值等于介質的特性阻抗,對于空氣為377Ω。
電場波的波阻抗隨著傳播距離的增加而減小,磁場波的波阻抗隨著傳播距離的增加而增加。
注:近場區和遠場區之間的界面隨頻率的變化而變化,并不是固定的數量。 分析問題時應注意這一點。 例如,當考慮機箱屏蔽時,機箱可能位于相對于電路板上的高速時鐘信號的遠場區域,或者位于開關電源較低工作頻率的近場區域。 近場區域屏蔽設計時,應將電場屏蔽和磁場屏蔽分開。
電磁屏蔽原理
屏蔽通常是指電磁屏蔽。 電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場,一般指高頻交變電磁屏蔽。
電磁屏蔽是利用屏蔽體防止高頻電磁能在空間傳播的措施。 屏蔽層由金屬導體或其他衰減電磁波的材料制成。 屏蔽效能的大小與電磁波的特性和屏蔽體的材料特性有關。
在交變場中,電場和磁場總是同時存在。 在較低頻率范圍內,電磁干擾一般發生在近場區域。 如前所述,近場中的電場和磁場的大小根據干擾源的性質而變化很大。 高電壓、小電流干擾源以電場為主,磁場干擾可以忽略不計。 這種情況下,只能考慮電場屏蔽。 低壓大電流干擾源以磁場干擾為主,電場干擾可以忽略不計。 在這種情況下,僅考慮磁場屏蔽。
隨著頻率的增加,電磁輻射能力增強,產生輻射電磁場,容易產生遠場干擾。 遠場干擾中電場干擾和磁場干擾都不可忽視,因此需要同時屏蔽電場和磁場,即電磁屏蔽。 在高頻下,即使設備內部也可能發生遠場干擾,需要電磁屏蔽。 如前所述,由導電材料制成并良好接地的屏蔽既可以起到電場屏蔽的作用,也可以起到磁場屏蔽的作用。
電磁屏蔽的應用領域
筆記本電腦、GPS、ADSL、手機等3C產品會因高頻電磁波干擾而產生噪聲,影響通訊質量。 另外,人體如果長期暴露在強電磁場下,可能容易發生癌癥病變。 因此,防止電磁干擾是必要且勢在必行的過程。 導電漆EMI導電漆噴涂技術具有導電率高、電磁屏蔽效率高、噴涂操作簡單等特點。 廣泛應用于通訊產品、計算機、便攜式電子產品、消費類電子產品、網絡硬件、醫療器械、家用電子產品、航空航天和國防EMI屏蔽等電子設備。 騰飛金屬科技有限公司的TF-801導電漆適用于各種塑料制品的屏蔽。
噴涂導電涂料解決了制作金屬屏蔽罩時的空間限制、操作和成本壓力的限制。 由于導電漆噴涂操作極其簡單并且實現了塑料的金屬化,因此受到越來越多的關注和推廣。 屏蔽導電漆是一種可以噴涂的涂料。 干燥后形成漆膜電磁波屏蔽,可導電,從而屏蔽電磁波干擾。 屏蔽是兩個空間區域之間的金屬隔離,以控制電場、磁場和電磁波從一個區域到另一個區域的感應和輻射。
具體地,屏蔽體用于包圍元件、電路、組件、電纜或整個系統的干擾源,防止干擾電磁場向外擴散; 屏蔽體用于包圍接收電路、設備或系統,防止其受到外界的影響。 電磁場的影響。 導電涂料是在特定樹脂原料中添加導電金屬粉末而可噴涂的涂料。 廣泛使用的具體類型有:添加銀金屬粉末的稱為“TF-801銀導電漆”;添加銀金屬粉末的稱為“TF-801銀導電漆”; 添加銅粉的稱為“TF-609銅導電漆”; 添加鎳粉的稱為“TF-606鎳導電漆”; 其中“TF-801銀銅導電漆”應用最為廣泛,因為它比TF-828銀導電漆便宜很多,而且導電性能比TF-606鎳導電漆好很多。
電磁屏蔽技術方法盤點
電磁屏蔽技術是防止電子設備或電子元件之間電磁場感應干擾的技術。 主要有以下三種方法:
1.靜電屏蔽
靜電屏蔽:為了避免外部電場對儀器、設備的影響,或者為了避免電氣設備的電場對外界的影響,采用空腔導體屏蔽外部電場,使之內部不受影響,電氣設備不暴露于外界。 這稱為靜電屏蔽。
在靜電平衡狀態下,無論是空心導體還是實心導體; 無論導體本身帶電多少,也無論導體處于外部電場中,它都一定是等位體,其內部場強為零。 這就是靜電屏蔽的理論基礎。 圖 1 顯示了不接地和接地情況。
可以利用空腔導體(金屬殼、金屬網)來實現靜電屏蔽。 如果腔體導體不接地,則屬于外屏蔽,即可以屏蔽外部電場對腔體內器件的影響,但不能屏蔽腔體內電場對外界的影響世界。 因為如果此時空腔內有帶電體,空腔內壁和表面就會感應出等量的不同符號的電荷——感應電荷。 這些感應電荷的電場會對外界產生影響。
如果腔體導體接地,則屬于全屏蔽,即不僅可以屏蔽外部電場對腔體內器件的影響,還可以屏蔽腔體內電場對外界的影響。 因為此時空腔內部的電場強度始終為0,即使有電荷,空腔內外表面都有感應電荷,但外表面的感應電荷通過地線與大地中和。 ,相應地消除了內表面的感應電荷及其影響。
將電子儀器的金屬外殼接地,用金屬網覆蓋一些連接線或通訊電纜(即成為屏蔽線),并在電源變壓器的初級繞組和次級繞組之間放置不封閉的金屬片。 、在高壓變壓器外部添加金屬網等,這些方法都是為了靜電屏蔽的目的。
2、靜磁屏蔽
靜磁場是由穩定電流或永磁體產生的磁場。 靜磁屏蔽采用高導磁率的鐵磁材料制作屏蔽罩,屏蔽外部磁場。 它與靜電屏蔽具有相似但不同的效果。 靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來解釋。 如果將鐵磁材料制成橫截面如圖2(b)所示的環路,那么在外部磁場中,大部分磁場集中在鐵磁環路中。 這可以通過將鐵磁材料和空腔中的空氣視為并聯磁路來分析。 由于鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率大數千倍,因此腔體的磁阻比鐵磁材料大得多。 外部磁場的大部分磁感應線會沿著鐵磁材料穿過壁,但很少有磁通量進入腔體。 這樣,鐵磁材料屏蔽的空腔就基本沒有外磁場,從而達到靜磁屏蔽的目的。 材料的導磁率越高、筒壁越厚,屏蔽效果越顯著。 由于常用軟鐵、硅鋼、坡莫合金等具有高導磁率的鐵磁材料作為屏蔽層,因此靜磁屏蔽也稱為鐵磁屏蔽。
靜磁屏蔽是消除靜磁場干擾的電磁屏蔽技術。 這可以通過使用由高導磁率的鐵磁材料制成的空殼(屏蔽蓋)來實現。 圖2顯示了有或沒有磁屏蔽的示意圖。
因為當鐵磁空殼置于外磁場中時,外磁場的磁感應線會發生畸變,即磁感應線會聚集在殼內(這是由于鐵磁空殼產生的附加磁場所致)。殼內磁場感應出的磁化電流)與外部磁場疊加的結果),而空殼內的磁場很弱。 因此,利用鐵磁空殼可以屏蔽外部磁場的影響。 這種方法對低頻磁場也有很好的屏蔽作用。
為了提高靜磁屏蔽效果,應提高磁性材料的導磁率和增加屏蔽罩的厚度,或采用多層屏蔽罩。
3、電磁屏蔽
在電磁場(電磁波)中,導體表面會吸收并損失電磁場的能量,導致電磁場的傳播從導體表面向內部呈指數衰減(即振幅電場和磁場呈指數衰減)。 這種現象就是皮膚傾向。 影響。 利用集膚效應可以阻止高頻電磁波進入導體內部,實現電磁屏蔽。 因此,可以采用適當厚度的金屬來制作電磁屏蔽罩。 由于集膚電流是渦流,因此電磁屏蔽也稱為渦流屏蔽。
為了獲得有效的電磁屏蔽,導體屏蔽層的厚度必須接近電磁場的趨膚深度。 材料的電導率越高,趨膚深度越小。 對于廣播頻率,銅片和鋁片的趨膚深度分別約為0.094mm和0.12mm,因此更薄的銅片或鋁片可以實現更好的屏蔽; 對于高頻電磁場,也可以使用更薄的銅片或鋁片。 材質較薄。
對于高頻電磁場,一般不采用鐵磁材料,因為鐵磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損耗,會導致諧振電路的品質因數(Q值)下降。 因此電磁波屏蔽,大多采用高導電率材料。 電磁屏蔽。 圖3是電磁屏蔽示意圖。
對于工頻(50Hz)電磁場,由于銅和鋁的趨膚深度分別增加到9.45mm和11.67mm,使用銅和鋁的電磁屏蔽不再適用。 如果用鐵來制作屏蔽層,由于鐵中的電磁場衰減速度比銅和鋁快得多,因此只需要更薄的鐵片即可。 其實此時已經轉化為靜磁屏蔽了。
可見,電磁屏蔽和靜電屏蔽有一個共同點,那就是它們都采用導電率高的金屬來制作屏蔽罩。 但也有區別,即靜電屏蔽只能消除電容耦合和防止靜電感應的影響,且屏蔽罩必須接地; 而電磁屏蔽則是利用渦流來阻止電磁場的穿透,消除電磁場的干擾,屏蔽罩不需要接地。 但由于電磁屏蔽罩會增加靜電耦合,為了避免這種不良影響,最好將屏蔽罩接地。 這時,實際上除了電磁屏蔽之外,還起到了靜電屏蔽的作用。
一般來說,靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內容、物理條件、屏蔽效果各不相同,需要根據具體情況確定所使用的材料。