电磁屏蔽基础知识

文章摘要：解决电磁兼容问题的另外一个重要手段就是电磁屏蔽，大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题不需要修改电路，不影响电路正常工作。屏蔽的定义是：“对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射”。具体来讲，用屏蔽体将接收电路、设备或系统隔离起来，以免受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收（涡流损耗）、反射（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，所以屏蔽体具有防干扰的功能。屏蔽体的有效性是以屏蔽效能来度量。屏蔽效能是

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　　解决电磁兼容问题的另外一个重要手段就是电磁屏蔽，大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题不需要修改电路，不影响电路正常工作。

　　屏蔽的定义是：“对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射”。具体来讲，用屏蔽体将接收电路、设备或系统隔离起来，以免受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收（涡流损耗）、反射（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，所以屏蔽体具有防干扰的功能。

　　屏蔽体的有效性是以屏蔽效能来度量。屏蔽效能是：无屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽时该位置的场强的比值。该量表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度，如图1所示。如果屏蔽效能计算中使用的是磁场，则称为磁场屏蔽效能；如果计算中使用的是电场，则称为电场屏蔽效能，即

　　SE＝201g(E1/E2)dB

　　由于屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到原来的百分之一至百万分之一，因此通常用分贝（dB）来表述。如下表所示是衰减量与屏蔽效能的对应关系。

　　表 衰减量与屏蔽效能的对应关系

　　图1 屏蔽效能示意

　　在电磁兼容分析中，会用到波阻抗这个概念。电磁波中的电场分量E与磁场分量H的比值称为波阻抗，用公式表示为

　　ZW=E/H

　　以观测点到辐射源的位置、距离的不同，可划分出两个区域：近场区和远场区，当距离小于λ／2冗时，称为近场区，大于λ／2π时称为远场区。近场区中，波阻抗的值取决于辐射源的性质、距离、介质特性等。若是大电流、低电压的辐射源，则产生的电磁波的波阻抗小于377Ω，为低阻抗波，或磁场波。若为高电压、小电流的辐射源，则波阻抗大于377Ω，为高阻抗波或电场波，空气的特性阻抗为377Ω，如图2所示。

　　图2 远、近场波阻抗

　　要注意的是，近场区和远场区的分界面不是一个定数，而是随频率的变化而变化的，如在近场区设计屏蔽时，要分别考虑电场屏蔽和磁场屏蔽。

　　电磁波在穿过屏蔽体时，信号发生了衰减，这就造成了能量损耗，这种损耗又包括吸收

　　损耗和反射损耗。

　　· 吸收损耗：电磁波在传输时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损失，损失的这部分能量称为屏蔽材料的吸收损耗。

　　· 反射损耗：当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，从而造成电磁能量减弱。这种反射所造成的电磁能量损失就称做反射损耗。如电磁波穿过屏蔽体时要经过两个界面而发生两次反射。那么，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。

　　对于电场波而言，第1个界面的反射损耗较大，第2个界面的反射损耗较小。对于磁场波而言，情况正好相反。

　　辐射源的位置会对屏蔽效能的计算产生影响。如果辐射源是在屏蔽的外部，而屏蔽是为了屏蔽内部的电路免受外界干扰，则反射损耗和吸收损耗都对屏蔽效能有贡献。如果辐射源在屏蔽内部，屏蔽是为了抑制屏蔽内的电路辐射，由于反射的能量总是在屏蔽内，则主要是吸收损耗对屏蔽效能有贡献。