電磁屏蔽的原理

在電子設備及電子產品中，電磁干擾（Electromagnetic Interference）能量通過傳導性耦合和輻射性耦合來進行傳輸。為滿足電磁兼容性要求，對傳導性耦合需采用濾波技術，即采用EMI濾波器件加以抑制；對輻射性耦合則需采用屏蔽技術加以抑制。在當前電磁頻譜日趨密集、單位體積內電磁功率密度急劇增加、高低電平器件或設備大量混合使用等因素而導致設備及系統電磁環境日益惡化的情況下，其重要性就顯得更為突出。

屏蔽是通過由金屬制成的殼、盒、板等屏蔽體，將電磁波局限于某一區域內的一種方法。由于輻射源分為近區的電場源、磁場源和遠區的平面波，因此屏蔽體的屏蔽性能依據輻射源的不同，在材料選擇、結構形狀和對孔縫泄漏控制等方面都有所不同。在設計中要達到所需的屏蔽性能，則需首先確定輻射源，明確頻率范圍，再根據各個頻段的典型泄漏結構，確定控制要素，進而選擇恰當的屏蔽材料，設計屏蔽殼體。

屏蔽的效能

屏蔽體對輻射干擾的抑制能力用屏蔽效能SE（Shielding Effectiveness）來衡量，屏蔽效能的定義:沒有屏蔽體時，從輻射干擾源傳輸到空間某一點(P)的場強和加入屏蔽體后，輻射干擾源傳輸到空間同一點(P)的場強之比，用dB（分貝）表示。

屏蔽的分類

工程中，實際的輻射干擾源大致分為兩類：類似于對稱振子天線的非閉合載流導線輻射源和類似于變壓器繞組的閉合載流導線輻射源。由于電偶極子和磁偶極子是上述兩類源的最基本形式，實際的 輻射源在空間某點產生的場，均可由若干個基本源的場疊加而成(圖2)。因此通過對電偶極子和磁偶極子所產生的場進行分析，就可得出實際輻射源的遠近場及波阻抗和遠、近場的場特性，從而為屏蔽分類提供良好的理論依據。

圖2?兩類基本源在空間所產生的疊加場

遠近場的劃分是根據兩類基本源的場隨1/r（場點至源點的距離）的變化而確定的， 為遠近場的分界點，兩類源在遠近場的場特征及傳播特性均有所不同。

表1?兩類源的場與傳播特性

波阻抗為空間某點電場強度與磁場強度之比，場源不同、遠近場不同，則波阻抗也有所不同，表2與圖3分別用圖表給出了的波阻抗特性。

表2?兩類源的波阻抗

能量密度包括電場分量能量密度和磁場分量能量密度，通過對由同一場源所產生的電場、磁場分量的能量密度進行比較，可以確定場源在不同區域內何種分量占主要成份，以便確定具體的屏蔽分類。能量密度的表達式由下列公式給出:

表3給出了兩種場源在遠、近場的能量密度。從表中可以看出，兩類源的近場有很大的區別，電偶極子的近場能量主要為電場分量，可忽略磁場分量；磁偶極子的近場能量主要為磁場分量，可忽略電場分量；兩類源在遠場時，電場、磁場分量均必須同時考慮。

屏蔽類型依據上述分析可以進行以下分類：

表4?屏蔽分類

屏蔽原理

電屏蔽的實質是減小兩個設備（或兩個電路、組件、元件）間電場感應的影響。電屏蔽的原理是在保證良好接地的條件下，將干擾源所產生的干擾終止于由良導體制成的屏蔽體。因此，接地良好及選擇良導體做為屏蔽體是電屏蔽能否起作用的兩個關鍵因素。

磁屏蔽的原理是由屏蔽體對干擾磁場提供低磁阻的磁通路，從而對干擾磁場進行分流，因而選擇鋼、鐵、坡莫合金等高磁導率的材料和設計盒、殼等封閉殼體成為磁屏蔽的兩個關鍵因素。

電磁屏蔽的原理是由金屬屏蔽體通過對電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的遠區場，即同時屏蔽場源所產生的電場和磁場分量。由于隨著頻率的增高，波長變得與屏蔽體上孔縫的尺寸相當，從而導致屏蔽體的孔縫泄漏成為電磁屏蔽最關鍵的控制要素。

典型泄露耦合結構及控制要素

屏蔽體的泄漏耦合結構與所需抑制的電磁波頻率密切相關，三類屏蔽所涉及的頻率范圍及控制要素如表5所示：

表5 泄漏耦合結構與控制要素

實際屏蔽體上同時存在多個泄漏耦合結構（n個），設機箱接縫、通風孔、屏蔽體壁板等各泄漏耦合結構的單獨屏蔽效能（如只考慮接縫）為SEi（i=1,2,…，n），則屏蔽體總的屏蔽效能

由上式可以看出，屏蔽體的屏蔽效能是由各個泄漏耦合結構中產生最大泄漏耦合的結構所決定的，即由屏蔽最薄弱的環節所決定的。因此進行屏蔽設計時，明確不同頻段的泄漏耦合結構，確定最大泄漏耦合要素是其首要的設計原則。

在三類屏蔽中，磁屏蔽和電磁屏蔽的難度較大。尤其是電磁屏蔽設計中的孔縫泄漏抑制最為關鍵，成為屏蔽設計中應重點考慮的首要因素。

孔縫泄露與抑制方法?