電磁屏蔽詳解

一、電磁屏蔽概述
電磁兼容性（ElectromagneticCompatibility）縮寫EMC，就是指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備，同時也不受其它設(shè)備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的**性一樣，是產(chǎn)品質(zhì)量*重要的指標(biāo)之一。**性涉及人身和財產(chǎn)，而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。
電子元件對外界的干擾，稱為EMI（ElectromagneticInterference）；電磁波會與電子元件作用，產(chǎn)生被  干擾現(xiàn)象，稱為EMS（ElectromagneticSusceptibility）。例如，TV熒光屏上常見的“雪花”，便表示接受到的訊號被  干擾。
因?yàn)槠帘误w對來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。⑴當(dāng)干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。⑵當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。⑶在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
?

?
電磁屏蔽的原理

許多人不了解電磁屏蔽的原理，認(rèn)為只要用金屬做一個箱子，然后將箱子接地，就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導(dǎo)下結(jié)果是失敗。因?yàn)?，電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒有關(guān)系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個因素：一個是整個屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的，另一個是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。
屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn)，*主要的一類是屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料，消除不導(dǎo)電點(diǎn)。
這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導(dǎo)電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻(xiàn)中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器，似乎只有當(dāng)用導(dǎo)電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實(shí)際上這是不確切的。因?yàn)榭p隙或孔洞是否會泄漏電磁波，取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當(dāng)波長遠(yuǎn)大于開口尺寸時，并不會產(chǎn)生明顯的泄漏。

?
屏蔽體

根據(jù)屏蔽目的的不同，屏蔽體可分為靜電屏蔽體、磁屏蔽體和電磁屏蔽體三種。
靜電屏蔽體：由逆磁材料（如銅、鋁）制成，并和地連接。靜電屏蔽體的作用是使電場終止在屏蔽體的金屬表面上，并把電荷轉(zhuǎn)送入地。
磁屏蔽體：由磁導(dǎo)率很高的強(qiáng)磁材料（如鋼）制成，可把磁力線限制于屏蔽體內(nèi)。
電磁屏蔽體：主要用來遏止高頻電磁場的影響，使干擾場在屏蔽體內(nèi)形成渦流并在屏蔽體與被保護(hù)空間的分界面上產(chǎn)生反射，從而大大削弱干擾場在被保護(hù)空間的場強(qiáng)值，達(dá)到了屏蔽效果。有時為了增強(qiáng)屏蔽效果，還可采用多層屏蔽體，其外層一般采用電導(dǎo)率高的材料，以加大反射作用，而其內(nèi)層則采用磁導(dǎo)率高的材料，以加大渦流效應(yīng)。
如果屏蔽體上出現(xiàn)洞穴或縫隙，將會直接降低屏蔽效果。頻率愈高，這種現(xiàn)象愈顯著。

?
屏蔽效能

屏蔽體的屏蔽技能可用屏蔽系數(shù)或屏蔽衰減來表示。
在空間防護(hù)區(qū)內(nèi)，有屏蔽體存在時的場強(qiáng)（E0或H0）與無屏蔽體存在時的場強(qiáng)（E或H）的比值，即E0/H0或H0/H就稱為屏蔽系數(shù)。屏蔽系數(shù)愈小，說明屏蔽效果愈好。
屏蔽效果也可用屏蔽衰減來表示，屏蔽衰減代表干擾場強(qiáng)通過屏蔽體受到的衰減值。屏蔽衰減可由?求得-單位分貝（dB）。屏蔽衰減值越大，屏蔽效果越好。


?
二、電磁屏蔽一般可分為三種（分類）

?
1、 靜電屏蔽

靜電屏蔽的目的是防止外界的靜電場進(jìn)入需要保護(hù)的某個區(qū)域。靜電屏蔽依據(jù)的原理是：在外界靜電場的作用下導(dǎo)體表面電荷將重新分布，直到導(dǎo)體內(nèi)部總場強(qiáng)處處為零為止。接地的封閉金屬殼是一種良好的靜電屏蔽裝置。如圖所示，接地的封閉金屬殼把空間分割成殼內(nèi)和殼外兩個區(qū)域，金屬殼維持在零電位。根據(jù)靜電場的唯壹性定理，可以證明：金屬殼內(nèi)的電場僅由殼內(nèi)的帶電體和殼的電位所確定，與殼外的電荷分布無關(guān)。當(dāng)殼外電荷分布變化時，殼層外表面上的電荷分布隨之變化，以保證殼內(nèi)電場分布不變。
因此，金屬殼對內(nèi)部區(qū)域具有屏蔽作用。殼外的電場僅由殼外的帶電體和金屬殼的電位以及無限遠(yuǎn)處的電位所確定，與殼內(nèi)電荷分布無關(guān)。當(dāng)殼內(nèi)電荷分布改變時，殼層內(nèi)表面的電荷分布隨之變化，以保證殼外電場分布不變。因此，接地的金屬殼對外部區(qū)域也具有屏蔽作用。在靜電屏蔽中，金屬殼接地是十分重要的。當(dāng)殼內(nèi)或殼外區(qū)域中的電荷分布變化時，通過接地線，電荷在殼層外表面和大地之間重新分布，以保證殼層電勢恒定。從物理圖像上看，因?yàn)樵陟o電平衡時，金屬內(nèi)部不存在電場，殼內(nèi)外的電場線被金屬隔斷，彼此無聯(lián)系，因此，導(dǎo)體殼有隔離殼內(nèi)外靜電相互作用的效應(yīng)。
如果金屬殼未完全封閉，殼上開有孔或縫，也同樣具有靜電屏蔽作用。在許多實(shí)際應(yīng)用中，靜電屏蔽裝置常常是用金屬絲編織成的金屬網(wǎng)代替閉合的金屬殼，即使一塊金屬板，一根金屬線，亦有一定的靜電屏蔽作用，只是屏蔽的效果不如金屬殼。
在外電場的作用下，電荷在導(dǎo)體上的重新分布，在10-19秒數(shù)量級時間內(nèi)就可完成，因此對低頻變化的電場，導(dǎo)體上的電荷有足夠長的時間來保證內(nèi)部場強(qiáng)為零．所以靜電屏蔽裝置對緩慢變化的電場也有屏蔽作用。為了提高對變化電場的屏蔽效果，屏蔽物的電導(dǎo)率應(yīng)大，接地線要短，與地的接觸要良好。
身穿高壓作業(yè)服的人，由于被銅絲編織的衣服所包裹，人體內(nèi)的場強(qiáng)保持為零，因此沒有電流從人體中流過，人體是**的。不過在作業(yè)者剛剛接觸高壓線的一瞬間高壓服上的電荷有一個瞬時分布的過程，在這極小的時間內(nèi)人體會有短暫的微弱電場作用，一般作業(yè)者都能經(jīng)受住這考驗(yàn)。靜電屏蔽的特點(diǎn)是一般只考慮到對靜電場的屏蔽，封閉導(dǎo)體的屏蔽作用是完全的（即內(nèi)部場強(qiáng)可達(dá)到真正等于零），對屏壁殼的厚度和電導(dǎo)率也無要求。只有在把低頻交流電場的屏蔽包括在靜電屏蔽中時，總是希望屏蔽殼的電導(dǎo)率愈高愈好。
?


?
2、靜磁屏蔽

靜磁屏蔽的目的是防止外界的靜磁場和低頻電流的磁場進(jìn)入到某個需要保護(hù)的區(qū)域，這時必須用磁性介質(zhì)做外殼。靜磁屏蔽依據(jù)的原理可借助并聯(lián)磁路的概念來說明。把一高磁導(dǎo)率的材料制成的球殼放在外磁場中，則鐵殼壁與空腔中的空氣可以看成是并聯(lián)的磁路。由于空氣的磁導(dǎo)率接近于1，而鐵殼的磁導(dǎo)率至少有幾千，所以空腔的磁阻比鐵殼壁的磁阻大的多。這樣一來，外磁場的磁感應(yīng)通量中絕大部分將沿著鐵殼壁內(nèi)“通過”，“進(jìn)入”空腔內(nèi)部的磁通量是很少的，這就達(dá)到了磁屏蔽的目的。
外殼的厚度和磁導(dǎo)率對屏蔽效果有很明顯的影響：外殼越厚、磁導(dǎo)率越高，屏蔽的效果就越好。因此，在重量和體積受到限制的情況下，常常采用磁導(dǎo)率高達(dá)幾萬的坡莫合金來做屏蔽殼，而且殼的各個部分要盡量結(jié)合緊密，使磁路暢通。
如果要制造優(yōu)良的“靜磁真空”，則可以利用超導(dǎo)體的“邁斯納效應(yīng)”。即將一塊超導(dǎo)體放在外磁場中，其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度永遠(yuǎn)為零。超導(dǎo)體是完全抗磁體，具有*理想的靜磁屏蔽效果，但目前還不能普遍應(yīng)用。
?

?
3、高頻電磁場屏蔽

高頻電磁場屏蔽是防止外界的高頻電磁場進(jìn)入到某個區(qū)域。由于電磁場的變化頻率很高（例如百萬赫茲或更高），場中導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷已不能再看作靜止的了（導(dǎo)體不再處于靜電平衡狀態(tài)），因此必須用電磁波在導(dǎo)體中的“貫穿深度”來說明屏蔽的原理：當(dāng)高頻電磁波射向一導(dǎo)體表面，并進(jìn)入表面后，它會在導(dǎo)體中感應(yīng)出一個高頻交變電流，此電流會激發(fā)一個新的電磁波，新激發(fā)的電磁波在導(dǎo)體內(nèi)部與入射的電磁波相位相反、同時導(dǎo)體內(nèi)電流的產(chǎn)生還導(dǎo)致入射波場能的消耗，結(jié)果使得導(dǎo)體內(nèi)部總的電磁場基本上隨深度呈指數(shù)衰減，可以用“貫穿深度”來表示衰減的程度。
“貫穿深度”與入射電磁波的頻率、導(dǎo)體的電導(dǎo)率及磁導(dǎo)率都有關(guān)系：頻率越高、電導(dǎo)率越大、磁導(dǎo)率越大“貫穿深度”就越小。當(dāng)殼罩壁的厚度大于貫穿深度時，殼罩就具有良好的電磁屏蔽作用。高電導(dǎo)率或高磁導(dǎo)率材料制成的殼罩是一種良好的電磁屏蔽裝置。提高殼罩材料的電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率，增加殼壁的厚度，可以提高電磁屏蔽的效果。
?


?
三、電磁屏蔽的應(yīng)用范圍

筆記本電腦、GPS、ADSL和移動電話等3C產(chǎn)品都會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)力電磁場下，則可能易患癌癥病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢在必行的制程。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、噴涂操作簡單（同表面噴漆操作一樣只須要在塑膠外殼內(nèi)噴上薄薄一層導(dǎo)電漆）等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通訊制品（移動電話）、電腦（筆記本）、便攜式電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)硬件（服務(wù)器等）、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。

?
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。
屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€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、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(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。