電磁屏蔽詳解

一、電磁屏蔽概述
電磁兼容性（ElectromagneticCompatibility）縮寫(xiě)EMC，就是指某電子設備既不干擾其它設備，同時(shí)也不受其它設備的影響。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。
電子元件對外界的干擾，稱(chēng)為EMI（ElectromagneticInterference）；電磁波會(huì )與電子元件作用，產(chǎn)生被  干擾現象，稱(chēng)為EMS（ElectromagneticSusceptibility）。例如，TV熒光屏上常見(jiàn)的“雪花”，便表示接受到的訊號被  干擾。
因為屏蔽體對來(lái)自導線(xiàn)、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著(zhù)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（電磁感應在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，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當干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來(lái)電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。⑵當干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線(xiàn)限制在屏蔽體內部，防止擴散到屏蔽的空間去。⑶在某些場(chǎng)合下，如果要求對高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
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電磁屏蔽的原理

許多人不了解電磁屏蔽的原理，認為只要用金屬做一個(gè)箱子，然后將箱子接地，就能夠起到電磁屏蔽的作用。在這種概念指導下結果是失敗。因為，電磁屏蔽與屏蔽體接地與否并沒(méi)有關(guān)系。真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個(gè)因素：一個(gè)是整個(gè)屏蔽體表面必須是導電連續的，另一個(gè)是不能有直接穿透屏蔽體的導體。
屏蔽體上有很多導電不連續點(diǎn)，*主要的一類(lèi)是屏蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。這些不導電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，如同流體會(huì )從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個(gè)方法是在縫隙處填充導電彈性材料，消除不導電點(diǎn)。
這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器，似乎只有當用導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。因為縫隙或孔洞是否會(huì )泄漏電磁波，取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長(cháng)的尺寸。當波長(cháng)遠大于開(kāi)口尺寸時(shí)，并不會(huì )產(chǎn)生明顯的泄漏。

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屏蔽體

根據屏蔽目的的不同，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(chǎng)終止在屏蔽體的金屬表面上，并把電荷轉送入地。
磁屏蔽體：由磁導率很高的強磁材料（如鋼）制成，可把磁力線(xiàn)限制于屏蔽體內。
電磁屏蔽體：主要用來(lái)遏止高頻電磁場(chǎng)的影響，使干擾場(chǎng)在屏蔽體內形成渦流并在屏蔽體與被保護空間的分界面上產(chǎn)生反射，從而大大削弱干擾場(chǎng)在被保護空間的場(chǎng)強值，達到了屏蔽效果。有時(shí)為了增強屏蔽效果，還可采用多層屏蔽體，其外層一般采用電導率高的材料，以加大反射作用，而其內層則采用磁導率高的材料，以加大渦流效應。
如果屏蔽體上出現洞穴或縫隙，將會(huì )直接降低屏蔽效果。頻率愈高，這種現象愈顯著(zhù)。

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屏蔽效能

屏蔽體的屏蔽技能可用屏蔽系數或屏蔽衰減來(lái)表示。
在空間防護區內，有屏蔽體存在時(shí)的場(chǎng)強（E0或H0）與無(wú)屏蔽體存在時(shí)的場(chǎng)強（E或H）的比值，即E0/H0或H0/H就稱(chēng)為屏蔽系數。屏蔽系數愈小，說(shuō)明屏蔽效果愈好。
屏蔽效果也可用屏蔽衰減來(lái)表示，屏蔽衰減代表干擾場(chǎng)強通過(guò)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。


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二、電磁屏蔽一般可分為三種（分類(lèi)）

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1、 靜電屏蔽

靜電屏蔽的目的是防止外界的靜電場(chǎng)進(jìn)入需要保護的某個(gè)區域。靜電屏蔽依據的原理是：在外界靜電場(chǎng)的作用下導體表面電荷將重新分布，直到導體內部總場(chǎng)強處處為零為止。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和殼外兩個(gè)區域，金屬殼維持在零電位。根據靜電場(chǎng)的唯壹性定理，可以證明：金屬殼內的電場(chǎng)僅由殼內的帶電體和殼的電位所確定，與殼外的電荷分布無(wú)關(guān)。當殼外電荷分布變化時(shí)，殼層外表面上的電荷分布隨之變化，以保證殼內電場(chǎng)分布不變。
因此，金屬殼對內部區域具有屏蔽作用。殼外的電場(chǎng)僅由殼外的帶電體和金屬殼的電位以及無(wú)限遠處的電位所確定，與殼內電荷分布無(wú)關(guān)。當殼內電荷分布改變時(shí)，殼層內表面的電荷分布隨之變化，以保證殼外電場(chǎng)分布不變。因此，接地的金屬殼對外部區域也具有屏蔽作用。在靜電屏蔽中，金屬殼接地是十分重要的。當殼內或殼外區域中的電荷分布變化時(shí)，通過(guò)接地線(xiàn)，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，因為在靜電平衡時(shí)，金屬內部不存在電場(chǎng)，殼內外的電場(chǎng)線(xiàn)被金屬隔斷，彼此無(wú)聯(lián)系，因此，導體殼有隔離殼內外靜電相互作用的效應。
如果金屬殼未完全封閉，殼上開(kāi)有孔或縫，也同樣具有靜電屏蔽作用。在許多實(shí)際應用中，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(xiàn)，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(chǎng)的作用下，電荷在導體上的重新分布，在10-19秒數量級時(shí)間內就可完成，因此對低頻變化的電場(chǎng)，導體上的電荷有足夠長(cháng)的時(shí)間來(lái)保證內部場(chǎng)強為零．所以靜電屏蔽裝置對緩慢變化的電場(chǎng)也有屏蔽作用。為了提高對變化電場(chǎng)的屏蔽效果，屏蔽物的電導率應大，接地線(xiàn)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，人體內的場(chǎng)強保持為零，因此沒(méi)有電流從人體中流過(guò)，人體是**的。不過(guò)在作業(yè)者剛剛接觸高壓線(xiàn)的一瞬間高壓服上的電荷有一個(gè)瞬時(shí)分布的過(guò)程，在這極小的時(shí)間內人體會(huì )有短暫的微弱電場(chǎng)作用，一般作業(yè)者都能經(jīng)受住這考驗。靜電屏蔽的特點(diǎn)是一般只考慮到對靜電場(chǎng)的屏蔽，封閉導體的屏蔽作用是完全的（即內部場(chǎng)強可達到真正等于零），對屏壁殼的厚度和電導率也無(wú)要求。只有在把低頻交流電場(chǎng)的屏蔽包括在靜電屏蔽中時(shí)，總是希望屏蔽殼的電導率愈高愈好。
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2、靜磁屏蔽

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

高頻電磁場(chǎng)屏蔽是防止外界的高頻電磁場(chǎng)進(jìn)入到某個(gè)區域。由于電磁場(chǎng)的變化頻率很高（例如百萬(wàn)赫茲或更高），場(chǎng)中導體上的感應電荷已不能再看作靜止的了（導體不再處于靜電平衡狀態(tài)），因此必須用電磁波在導體中的“貫穿深度”來(lái)說(shuō)明屏蔽的原理：當高頻電磁波射向一導體表面，并進(jìn)入表面后，它會(huì )在導體中感應出一個(gè)高頻交變電流，此電流會(huì )激發(fā)一個(gè)新的電磁波，新激發(fā)的電磁波在導體內部與入射的電磁波相位相反、同時(shí)導體內電流的產(chǎn)生還導致入射波場(chǎng)能的消耗，結果使得導體內部總的電磁場(chǎng)基本上隨深度呈指數衰減，可以用“貫穿深度”來(lái)表示衰減的程度。
“貫穿深度”與入射電磁波的頻率、導體的電導率及磁導率都有關(guān)系：頻率越高、電導率越大、磁導率越大“貫穿深度”就越小。當殼罩壁的厚度大于貫穿深度時(shí)，殼罩就具有良好的電磁屏蔽作用。高電導率或高磁導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率或磁導率，增加殼壁的厚度，可以提高電磁屏蔽的效果。
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三、電磁屏蔽的應用范圍

筆記本電腦、GPS、ADSL和移動(dòng)電話(huà)等3C產(chǎn)品都會(huì )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(cháng)期暴露于強力電磁場(chǎng)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。導電漆.EMI導電漆噴涂技術(shù)具有高導電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡(jiǎn)單（同表面噴漆操作一樣只須要在塑膠外殼內噴上薄薄一層導電漆）等特點(diǎn)，廣泛應用于通訊制品（移動(dòng)電話(huà)）、電腦（筆記本）、便攜式電子產(chǎn)品、消費電子、網(wǎng)絡(luò )硬件（服務(wù)器等）、醫療儀器、家用電子產(chǎn)品和航天及國防等電子設備的EMI屏蔽。

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屏蔽導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電的作用，從而屏蔽電磁波干擾的功能。
屏蔽就是對兩個(gè)空間區域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區域對另一個(gè)區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。
導電漆就是用導電金屬粉末添加于特定的樹(shù)脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料。