浅谈电磁场的屏蔽及其应用

浅谈电磁场的屏蔽及其应用

屏蔽就是对感应源和受感器两者之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由感应源对受感器的感应和辐射。具体地说，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽，本文主要就电磁屏蔽及其应用作一阐述。电磁场屏蔽是利用屏蔽体削弱电磁波在空间的传播，电磁场屏蔽的原理是，（1）当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射，由于交界面上的不连续；（2）未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减，也就是通过材料对电磁波的吸收而产生损耗；（3）在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，遇到金属——空气阻抗不连续的交界面，又会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内，进一步产生损耗，这种反射在两个金属的交界面之间可能进行多次，通过多次反射、吸收和衰减最终达到屏蔽的目的。

一．电磁场屏蔽的概念及其原理

电磁场的屏蔽即电磁屏蔽，它是利用屏蔽体阻止电磁场在空间的传播。当同时存在的交变电场和交变磁场频率提高时，电场和磁场辐射的能力就会增强，就会又辐射出同频率的电磁场。由于电场分量和磁场分量同时出现且相互垂直，所以对电磁场进行屏蔽效果的好坏关键就取决于对电场和磁场同时屏蔽效果的好坏。

金属板内的电磁波反射、吸收过程，并不是只进行一次就完结了。而是在金属板的两个界面之间往复多次直到消耗尽。在金属板足够厚的情况下，第二次传入右边空间的场强与第一次的传入的场强相比小的很多，可忽略不记。而第三次传入的右边空间的场强就更可忽略了。在工程设计中，要求板的厚度应足以对电磁场的衰减在10db以上。

电磁屏蔽的效果就是从其它的角度分析，也会得到同样的结果。如图所示，一块接地良好的金属板，在它左侧有干扰源存在并辐射电磁波，其电场分量为E0，磁场分量为H0；在它右侧有受感器。

当用此来屏蔽电场分量时，金属屏蔽板必须良好接地。如果金属板接地不良，干扰源对受感器电场的感应所引发的干扰就可大大地增强。接地越好干扰就越小。

当用此来对磁场分量进行屏蔽时，主要是靠在屏蔽板内的感生电流所产生的磁场与干扰磁场方向相反，而削弱了干扰磁场达到屏蔽结果的。由此可见金属屏蔽板的导电性能越好，金属板越厚，屏蔽效

果就越好。

从対电场分量和磁场分量屏蔽的分析结果可知，屏蔽体若采用导电性能好的材料，而且达到一定的厚度，且良好接地，就能达到好的屏蔽效果，金属屏蔽体的导电性能越好，接地电阻越小，金属壁越厚，对电磁波的屏蔽效果就越好。反之则越差。

二．电磁场屏蔽的效果

由于屏蔽金属电阻和磁阻的作用，当电磁场金在中传播时，就会产生热能，这部分电磁波由于产生了热能而而白白的消耗掉，这种由于产生热量而引起的损耗，就是吸收损耗。除了吸收损耗外，电磁波遇到金属盒将也会被反射而损耗。 电磁波在金属内传播，其场强随传播距离按指数规律递减，金属材料的透入深度与金属的导电、导磁能力和所传播的电磁波的频率有关。可用下式表达

m m f δπμσ= （1）

由式（1）可以看出，金属的导电、导磁性能越好，金属吸收电磁能的能力越好，电磁波的频率越高，越易被金属吸收。电磁波透过金属板时，会在界面反射，反射使场强减弱。由于金属界面的反射作用，电磁波透过金属板时因界面引起的损耗称为反射损耗。

屏蔽材料的导电性越好（σr 越大），反射损耗越大；屏蔽体材料的导磁性越好（μr 越大），反射损耗越小。从场的传播来看，R 定义为反射损耗；从屏蔽作用来看，R 就是由反射损耗导致的屏蔽效果。

三、电磁屏蔽设计及其应用

（一）电磁屏蔽设计

当电磁波穿过任何金属物时，通常有两种类型的损耗，一是吸收损耗，一是反射损耗，因此，屏蔽效能可写成：

()()()()S dB P dB R dB C dB =++

选择屏蔽盒的材料和计算其壁厚就是电磁屏蔽设计计算主要任务。它的任务主要表现在：

１、屏蔽干扰源盒的设计

将干扰源放置在屏蔽盒内，干扰电磁场就将会被限制在屏蔽盒内。干扰电磁波透过金属板时就有吸收损耗而是电磁波受到衰减。屏蔽金属板吸收干扰电磁能越多，其屏蔽效果越好。至于被金属板反射的电磁能，仍然在屏蔽盒内，它将再次被屏蔽金属板所吸收。屏蔽盒外面的电磁场是屏蔽场泄漏出去的

电磁场。增大屏蔽盒的壁厚，将会削弱这个泄漏电磁场，从而提高其屏蔽效果。因此，对于干扰的电源的电磁屏蔽只需考虑吸收损耗。但是不可能完全消除屏蔽盒的泄漏，否则，会使屏蔽盒壁厚过大造成很大的浪费。因此在电磁屏蔽时，屏蔽盒就不可避免泄露一定的电磁场，只要这个泄漏电磁场对其它电路或元器件的影响允许的范围内是可以的。

2、屏蔽受感器盒的设计

干扰电磁场遇到屏蔽盒将会被反射，是屏蔽盒内的受感器减小干扰。这样外界干扰电磁波部分就被屏蔽盒反射，部分被屏蔽盒吸收，因此屏蔽盒金属板的吸收损耗和反射损耗的效果就取决于大小和壁厚。

（二）电磁屏蔽的应用

1.对接收电路的电磁屏蔽，在高频端和低频端都采用对电感和电容谐振或传输电路采用金属罩进行电磁屏蔽，电台前端接收电路电感线圈都带有屏蔽罩，笔者对有屏蔽罩和无屏蔽罩的接收电路进行了幅频特性分析，结果发现，有屏蔽罩的接受网络幅频特性增益高，频带均匀。电台和收信机的中周或鉴频线圈都带有屏蔽罩进行电磁屏蔽，包括电视机38MHz中频接收电路和鉴频电路，加屏蔽效果就是好。在接收电路中可以说，电磁屏蔽无处不在。电磁屏蔽应用之广，应用之功效，可见一斑。

2.对辐射源的电磁屏蔽，对讲机振荡电路采用屏蔽罩进行屏蔽隔离，防止外来电磁波的干扰，影响其参数和稳定性，同时也防止了电磁波的外泄。高频信号发生器其振荡电路也采用了屏蔽罩进行电磁屏蔽，使其性能更稳。实际上加屏蔽罩是为了电路工作地稳定，电磁磁屏蔽不可缺少。

3.一些国家还把电磁屏蔽应用于混凝土结构中，如日本通过在混凝土中渗入碳纤维研制出预制板已成功的应用在9层大楼的屏蔽围护结构上，美国五角大楼在建造过程中也使用了电磁屏蔽混凝土材料。电磁屏蔽多功能混凝土在军事上可用于防护工事，防止核爆炸电磁杀伤、干扰和常规武器（如电磁炸弹、干扰机）杀伤、干扰的电磁屏蔽防护。也可用于军用、民用电磁信号泄漏失密的电磁屏蔽防护。

随着我国国民经济发展迅速，综合国力空前提高，我们也要用相应的措施来对关系到国家经济和安全利益的各种机密加以保护，开发出电磁屏蔽多功能混凝土不仅地人们的身体健康，而且对军事经济等涉及到国家利益的机密的保护都有着重大意义，开发电磁屏蔽多功能混凝土应用于我国通信和军事必将称为电磁屏蔽最佳的课题。