电磁屏蔽原理及材料分析初探

周贵川

关键词：电磁屏蔽，原理，材料

电子设备工作时，会受到各种电磁干扰(Electro-magneticInterference)，包括自身的干扰和来自其它设备的干扰，同时也会对其它设备产生电磁干扰。电磁干扰若超过了设备的允许值，就会影响设备的正常工作。电磁屏蔽有2个目的，一方面能防止干扰源对设备或系统内部产生有害影响，另一方面也可以防止设备或系统内有害的电磁辐射向外传播。为了满足这些设备对电磁干扰屏蔽的需要，在过去的几年中人们开发了大批新的改良的产品。

1.电磁屏蔽原理

电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来，使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施；或用金属屏蔽材料将电磁敏感电路封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。

电磁屏蔽效能是在电磁场中同一地点无屏蔽时的电磁场强度与加屏蔽体后的电磁场强度之比。常用分贝数(dB)表示。屏蔽效能SE又包括吸收损失A、反射损失R和多次反射损失B组成。如图1所示。即

SE＝A+R＝B

根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下3大类：电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。

1.1电场屏蔽

当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时，干扰源与电子设备之间就存在容性电场耦合，可将其视为分布电容间的耦合。为消除或抑制这种干扰，要进行电场屏蔽。其设计应遵从的原则是：(1)屏蔽体要尽量靠近受保护物，而且屏蔽体的接地必须良好；(2)屏蔽效果的好坏与屏蔽体的形状有着最直接的关系。屏蔽体如果能够做成全封闭的金属盒最好，但在工程实践中还需要根据实际情况而定；(3)屏蔽体的材料要以良导体为好，对厚度没有严格的要求，只要有足够的强度即可。

1.2磁场屏蔽

当干扰源以电流的形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。此时，为了抑制干扰，要施行磁场屏蔽。磁场屏蔽机理主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，从而使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。

总之，对于磁场屏蔽来讲：(1)当电磁场干扰源的频率较高时，利用高电导率、低电阻率的金属材料中产生的涡流反向磁场，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。(2)当电磁场干扰源的频率较低时，要采用高磁导率的材料，构成低磁阻通路，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。(3)在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

1.3电磁场屏蔽

单纯的电场或磁场干扰源是很少见的，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。电磁场屏蔽用于抑制干扰源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰，它必须同时屏蔽电场和磁场，通常采用电阻率小的良导体材料，空间干扰电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。

静电屏蔽与静磁屏蔽很容易采取良导体材料实现，但在交变电磁场中，电场和磁场总是同时存在于同一空间的，因此必须同时考虑电场和磁场的屏蔽。然而，由于频率的不同，交变电磁场的干扰效应区也不同，实际中应区别对待。

2.新型电磁屏蔽材料

为了满足这些设备对电磁干扰屏蔽的需要，在过去的几年中人们开发了大批新的改良的产品，此外还有一些仍在设计中的产品。几乎每种屏蔽材料都已经发生了显著的变化。

2.1高性能抗压通风板

这种材料是在需要有效通风时，用于电磁干扰屏蔽的金属蜂窝通风板的一种替代品。它是一种节省成本的创新方法，在增加了通风量的同时提供电磁干扰防护。它是一种镍铜镀层的塑料蜂窝材料，周边围绕着导电泡沫带。这种金属化的聚合物蜂窝设计无需昂贵的框架和其他连接件，可节省大量的装配工作。

这种无框架设计使得单位表面积的通风量比等效的框架通风板大。较之有框架的通风板，可增加有效通风面积10%～20%。这种改善的通风量对许多目前被设计成密集填满的屏蔽罩的降温是至关重要的。

2.2高纵横比点胶工艺(FIP)

新的旋转头点涂技术增加了另一种导电橡胶原位成形技术的选择。现在，除了标准的半圆衬垫，还有各种形状的衬垫可供使用。旋转喷头技术提供第四轴点涂能力，使得高度大于宽度的衬垫一遍即被完成。而在以前，为了实现这种宽度比可能需要两遍或三遍。在这个过程中使用喷头绕Z轴旋转的点胶分发器专用的新型的分发针来产生想要的最终衬垫形状。

2.3超软模塑织物泡沫

利用塑料制造屏蔽罩的趋势，以及严酷的环境要求，特别在欧洲，已经在织物泡沫产品(FOF)方面的引起了一场革命。无溴、超软模塑织物泡沫是一种新型符合UL94VO规定的织物泡沫屏蔽产品。相对于传统FOF产品来说，它具有较高的压缩形变值。在许多情况下，模塑织物泡沫产品比传统产品既在压缩应力指标上有所提高，又在抗压缩形变能力上提高了50%当衬垫压缩超过推荐值的50%，压缩应力比标准的FOF大约减少了一半。模塑织物泡沫符合欧洲ROHS和WEEE标准对于无溴的规定。

2.4导电泡沫(CF)

导电泡沫是另一种以新的泡沫塑料为基的材料，它不含卤素，是符合UL94VO阻燃规定的产品，可用作软的或者超软的核心材料，导电泡沫对传统屏蔽和接地是一个创新，通过X，Y和Z轴导电来满足当今电脑、电讯、汽车、医疗、军事和航天设备日益增加的微处理器速度所需要的电磁屏蔽效能。导电泡沫具有低的承压偏移度(CLD)，使它在纵向压缩和低横向剪切应用方面成为一种理想的电磁屏蔽材料。导电泡沫由开放的均匀混有镍、铜的金属化蜂窝状泡沫构成。

综上所述,屏蔽体能有效的抑制和消除各种可能存在的电磁干扰,提高了系统工作的可靠性,并能使系统电磁辐射剂量满足国家标准,保障了周围电子设备的正常运行。在现代屏蔽技术中,针对不同的干扰源,在考虑安装尺寸及空间位置后选择最优屏蔽材料进行屏蔽。这样,就能保证系统达到最佳屏蔽效果。

参考文献：

[1]邹利群，毕文辉.电子测量中的屏蔽技术[J].仪器仪表用户杂志，2006，1

[2]刘昊明，刘正平.电磁屏蔽技术的分析研究[J].微计算机信息(嵌入式与SOC)，2005，21

[3]唐铃.电磁屏蔽技术的分析与设计.计算机技术与自动化，2003.22(4)，