第6章 电磁兼容屏蔽技术

屏蔽盒上缝的方向必须顺着涡流方向并且要尽可能地缩小缝
的宽度。如果开缝切断了涡流的通路则将大大影响金属盒的
屏蔽效果。
另一种解释，趋肤效应－热损耗
2
20
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
• 屏蔽体和线圈的等效电路
涡流
is
jM
i
jLs Rs
当 （高频）时，
is
M Ls
i
当
（低频）时
is
jM i
Rs
M/L
r —— 相对磁导率； t —— 厚度（mm）。
结论： • 屏蔽材料越厚，吸收损耗越大，厚度增一个趋肤深度， 吸收损耗增加得9dB； • 磁导率越高，吸收损耗越大； • 电导率越高，吸收损耗越大； • 频率越高，吸收损耗越大。
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
② 反射损耗 R (dB)
• 1 静电场的屏蔽
主动屏蔽:
被动屏蔽
空 腔
接地防止电力线通过孔缝侵入屏蔽壳体内部
完全静电场屏蔽的必要条件：
1.完整的导体，2. 接地。
6
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
2. 低频交变电场屏蔽 目的：抑制低频电容性耦合干扰 分析方法：应用电路理论分析
（1）未加屏蔽
UN0
CSR0U S CSR0 CR
C1 S US ～
CSR1
C2 R
CR
UN1
屏蔽体接地
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
（3）屏蔽体接地时，CSR1的影响
U N1
C2
CSR1U S CR CSR1
CSR1U S C2 CRUS ～CSR1
C2 CR
UN1
等效电路
• 屏蔽效能: SE(dB) 20 lg UN 0 UN1
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SE(dB) 20 log E0 E1
SE(dB) 20 log H0 H1
E0、H0 —— 未加屏蔽时空间中某点的电（磁）场；
E1、H1—— 加屏蔽后空间中该点的电（磁）场；
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
衰减量与屏蔽效能的关系
无屏蔽场强 10 100
1000 10000 100000 1000000
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。
屏蔽类型：
低 频
近
场 电磁波波屏
蔽
主动屏蔽：屏蔽干扰源，被动屏蔽：屏蔽敏感体。
2
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
屏蔽效能( SE )
屏蔽效能：屏蔽体的性质的定量评价。
定义：
电屏蔽效能
SE E0 或
磁屏蔽效能
E1
SE H0 或 H1
例 无限长磁性材料圆柱腔的静磁屏蔽效能
应用分离变量法得
可见 铁磁材料的磁导率越大屏蔽效能越高，屏蔽层的厚度 增加也会加大屏蔽效能。但是增加屏蔽层的厚度的做法并 不经济。最好采用多层屏蔽的方法。
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第6章:电磁兼容--屏蔽技术
4、低频磁场屏蔽
• 低频：100 kHz以下 • 屏蔽原理：利用高磁导率的铁磁材料(例如铁、硅钢片，其
US
1 CR / CSR0
S US ～
CSR0 R
CR
UN0
未加屏蔽的耦合
CSR1
C1 S
C2 R
US ～ Up
CR C3
加屏蔽的耦合
（2） 加屏蔽（忽略CSR1的影响）
UN1
Up
C1
C3
C1U S C2CR /(C2
CR )
U N1
C2U P C2 CR
UP 1 CR / C2
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实心材料屏蔽效能
入射 A
R1 R2
反射
场强
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B
＝ R＋ A＋B
透射
B
R－ 反射损耗
A－吸收损耗 B－多次反射修正因子
吸收损耗A
R1
R2
泄漏
距离
实心材料对电磁波的反射和吸收损耗使电磁能量被大大衰减，将电
场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。
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第6章:电磁兼容--屏蔽技术
波
磁通： BS HS
磁阻：
Rm
Um
l
S
Um
H
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用磁路方法计算屏蔽效能
r H0
外磁场 H；0 屏蔽体内 ；HS腔内 H1
t
流经屏蔽体的磁通： S S HS 2t
b
流经空腔的磁通： 1 0H1(a 2t)
a
总磁通：0 0H，0则a
0 s 1 0H0a 2S HSt 0H1(a 2t)
Zs ZW
Zs ZW
ZW ——辐射场的波阻抗 Z s ——金属板的波阻抗
吸收损耗
E E0e xe j x
2
第三种机理，称为多次反射修正因子：
et (1 ma )(1 am ) e3t ma2 (1 am )(1 ma ) L
三次反射(吸收过程)
五次反射(吸收过程)
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第6章:电磁兼容--屏蔽技术
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
磁路计算：(t a,t b)
r H0
对于磁路CS：
Q1 CS P1
从P1到Q1: 磁阻为
t C1
b
磁通为 S / 2 tS HS
S 2tS HS
磁压降 UmS1
RmS1 S
2
HSa 4
Q2
P2
a
从Q1 到 Q2:
RmS 2
b 2t
St
b
St
S / 2 tS HS
磁导率约为 103 104 0 ）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。
H2
H0
R0 Rm
H1
磁路方程
Um , Rm
Rm l s
H1
R0
H0
磁力线集中在其内部 (Rm)通过
Rm H2
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第6章:电磁兼容--屏蔽技术
结论：
磁导率越高、截面积越大，则磁路的磁阻越小，集中在磁 路中的磁通就越大，在空气中的漏磁通就大大减少。 用铁磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力线方向不应开口或有 缝隙。因为若缝隙垂直于磁力线，则会切断磁力线，使磁 阻增大，屏蔽效果变差。
H1
0H1a
H0 4rbt 1
H1 a(2b a)
故
SE 20 lg[1 4rbt ]
a(2b a)
2b HS 2b a H1
0 s 1
讨论：
• 若 a b
• 若 a b
SE
20
lg[1
4rbt
a2
]
SE 20 lg[1 2rt ]
a
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
3 、静磁场屏蔽
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第6章:电磁兼容--屏蔽技术
屏蔽机理
• 设金属平板左右两侧均为空气，因而在左右两个 界面上出现波阻抗突变，入射电磁波在界面上就 产生反射和透射。
• 电磁能（波）的反射，是屏蔽体对电磁波衰减的 第一种机理，称为反射损耗，用R表示。
透射入金属板内继续传播，其场量
振幅要按指数规律衰减。场量的衰 减反映了金属板对透射入的电磁能 量的吸收，电磁波衰减的第二种机 理．称为吸收损耗，用A表示
377， 称为高阻抗波（电场波）。波阻抗随距离而变化 。
远场区，波阻抗仅与电场波传播介质有关，空气为377。 27
第6章:电磁兼容--屏蔽技术
• 波阻抗：
a. 远场： Zw
0 120 377Ω 0
1
b. 近场（以电场为主）：Zwe 2 f 0r
c. 近场（以磁场为主）： Zwm 2 f 0r
H＝0
涡流产生的反向磁场增强了金属板侧面的磁场使磁力线在金属板侧面绕行而过19 。
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屏蔽是利用感应涡流的反磁场排斥原骚扰磁场而达到屏蔽
的目的，涡电流的大小直接影响屏蔽效果。屏蔽体电阻越小
产生的感应涡流越大而且屏蔽体自身的损耗也越小。
所以高频磁屏蔽材料需用良导体。
注：因为高频时铁磁材料的磁性损耗(包括磁滞损耗和涡流 损耗)很大，导磁率明显下降。 铁磁材料的屏蔽不适用于高频磁场屏蔽。
UmS 2
RmS 2S
2
HSb
故
U mS
a
UmS 2
2U mS1
HS
(b
) 2
对于磁路C1：
Rm1
b 2t
0 (a 2t)
b
0a
Um1 1Rm1 H1b
1 0aH1
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由于 U mS U m1
(2b a)HS 2bH1
于是有：
0 H 0 a
20r
2bt 2b a
• 在频率较低（近场区，近场随着骚扰源的性质不同，电场和 磁场的大小有很大差别。
高电压小电流骚扰源以电场为主（电准稳态场－忽略了感应 电压），磁场骚扰较小（有时可忽略）。
低电压高电流骚 扰 源 以 磁 场 骚 扰 为 主（磁准稳态场－忽 略了位移电流），电场骚扰较小。
• 随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋 向于远场骚扰。远场骚扰中的电场骚扰和磁场骚扰都不可忽 略，因此需要将电场和磁场同时屏蔽，即电磁屏蔽。
电场屏蔽的设计要点 • 屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求 • 屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响 • 屏蔽体要靠近受保护的设备 • 屏蔽体要有良好的接地
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6.2.2 磁场屏蔽 1．原理 • 低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
利用高导磁率的铁磁材料（如 铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰 磁场进行分路。