电磁波是传播电磁能的主要方式。 高频电路工作时会辐射电磁波,对附近其他设备造成干扰。 另一方面,空间中的各种电磁波也会感应到电路中,对电路造成干扰。 电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播路径,从而消除干扰。 在解决电磁干扰问题的众多手段中,电磁屏蔽是最基本、最有效的。 采用电磁屏蔽解决电磁干扰问题的最大优点是不会影响电路的正常工作,因此无需对电路进行任何修改。
区分不同的电磁波
同一屏蔽体对于不同性质的电磁波具有不同的屏蔽性能。 因此,在考虑电磁屏蔽性能时,有必要对电磁波的类型有一个基本的了解。 电磁波的分类方法有很多种,但在设计屏蔽时,根据波阻抗将电磁波分为电场波、磁场波和平面波。
电磁波的波阻抗ZW定义为:电磁波中电场分量E与磁场分量H的比值:ZW=E/H
电磁波的波阻抗与电磁波辐射源的性质、观测点到辐射源的距离以及电磁波所处的传播介质有关。
在距辐射源较近的距离处,波阻抗取决于辐射源的特性。 如果辐射源为大电流、低电压(辐射源的阻抗低),则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为磁场波。 如果辐射源为高电压、小电流(辐射源的阻抗高),则产生的电磁波的波阻抗大于377,称为电场波。
当距离辐射源较远时,波阻抗仅与电场波传播介质有关,其值等于介质的特性阻抗,对于空气为377Ω。
电场波的波阻抗随着传播距离的增加而减小,磁场波的波阻抗随着传播距离的增加而增加。
注:近场区和远场区之间的界面随频率的变化而变化,并不是固定的数量。 分析问题时应注意这一点。 例如,当考虑机箱屏蔽时,机箱可能位于相对于电路板上的高速时钟信号的远场区域,或者位于开关电源较低工作频率的近场区域。 近场区域屏蔽设计时,应将电场屏蔽和磁场屏蔽分开。
电磁屏蔽原理
屏蔽通常是指电磁屏蔽。 电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场,一般指高频交变电磁屏蔽。
电磁屏蔽是利用屏蔽体防止高频电磁能在空间传播的措施。 屏蔽层由金属导体或其他衰减电磁波的材料制成。 屏蔽效能的大小与电磁波的特性和屏蔽体的材料特性有关。
在交变场中,电场和磁场总是同时存在。 在较低频率范围内,电磁干扰一般发生在近场区域。 如前所述,近场中的电场和磁场的大小根据干扰源的性质而变化很大。 高电压、小电流干扰源以电场为主,磁场干扰可以忽略不计。 这种情况下,只能考虑电场屏蔽。 低压大电流干扰源以磁场干扰为主,电场干扰可以忽略不计。 在这种情况下,仅考虑磁场屏蔽。
随着频率的增加,电磁辐射能力增强,产生辐射电磁场,容易产生远场干扰。 远场干扰中电场干扰和磁场干扰都不可忽视,因此需要同时屏蔽电场和磁场,即电磁屏蔽。 在高频下,即使设备内部也可能发生远场干扰,需要电磁屏蔽。 如前所述,由导电材料制成并良好接地的屏蔽既可以起到电场屏蔽的作用,也可以起到磁场屏蔽的作用。
电磁屏蔽的应用领域
笔记本电脑、GPS、ADSL、手机等3C产品会因高频电磁波干扰而产生噪声,影响通讯质量。 另外,人体如果长期暴露在强电磁场下,可能容易发生癌症病变。 因此,防止电磁干扰是必要且势在必行的过程。 导电漆EMI导电漆喷涂技术具有导电率高、电磁屏蔽效率高、喷涂操作简单等特点。 广泛应用于通讯产品、计算机、便携式电子产品、消费类电子产品、网络硬件、医疗器械、家用电子产品、航空航天和国防EMI屏蔽等电子设备。 腾飞金属科技有限公司的TF-801导电漆适用于各种塑料制品的屏蔽。
喷涂导电涂料解决了制作金属屏蔽罩时的空间限制、操作和成本压力的限制。 由于导电漆喷涂操作极其简单并且实现了塑料的金属化,因此受到越来越多的关注和推广。 屏蔽导电漆是一种可以喷涂的涂料。 干燥后形成漆膜电磁波屏蔽,可导电,从而屏蔽电磁波干扰。 屏蔽是两个空间区域之间的金属隔离,以控制电场、磁场和电磁波从一个区域到另一个区域的感应和辐射。
具体地,屏蔽体用于包围元件、电路、组件、电缆或整个系统的干扰源,防止干扰电磁场向外扩散; 屏蔽体用于包围接收电路、设备或系统,防止其受到外界的影响。 电磁场的影响。 导电涂料是在特定树脂原料中添加导电金属粉末而可喷涂的涂料。 广泛使用的具体类型有:添加银金属粉末的称为“TF-801银导电漆”;添加银金属粉末的称为“TF-801银导电漆”; 添加铜粉的称为“TF-609铜导电漆”; 添加镍粉的称为“TF-606镍导电漆”; 其中“TF-801银铜导电漆”应用最为广泛,因为它比TF-828银导电漆便宜很多,而且导电性能比TF-606镍导电漆好很多。
电磁屏蔽技术方法盘点
电磁屏蔽技术是防止电子设备或电子元件之间电磁场感应干扰的技术。 主要有以下三种方法:
1.静电屏蔽
静电屏蔽:为了避免外部电场对仪器、设备的影响,或者为了避免电气设备的电场对外界的影响,采用空腔导体屏蔽外部电场,使之内部不受影响,电气设备不暴露于外界。 这称为静电屏蔽。
在静电平衡状态下,无论是空心导体还是实心导体; 无论导体本身带电多少,也无论导体处于外部电场中,它都一定是等位体,其内部场强为零。 这就是静电屏蔽的理论基础。 图 1 显示了不接地和接地情况。
可以利用空腔导体(金属壳、金属网)来实现静电屏蔽。 如果腔体导体不接地,则属于外屏蔽,即可以屏蔽外部电场对腔体内器件的影响,但不能屏蔽腔体内电场对外界的影响世界。 因为如果此时空腔内有带电体,空腔内壁和表面就会感应出等量的不同符号的电荷——感应电荷。 这些感应电荷的电场会对外界产生影响。
如果腔体导体接地,则属于全屏蔽,即不仅可以屏蔽外部电场对腔体内器件的影响,还可以屏蔽腔体内电场对外界的影响。 因为此时空腔内部的电场强度始终为0,即使有电荷,空腔内外表面都有感应电荷,但外表面的感应电荷通过地线与大地中和。 ,相应地消除了内表面的感应电荷及其影响。
将电子仪器的金属外壳接地,用金属网覆盖一些连接线或通讯电缆(即成为屏蔽线),并在电源变压器的初级绕组和次级绕组之间放置不封闭的金属片。 、在高压变压器外部添加金属网等,这些方法都是为了静电屏蔽的目的。
2、静磁屏蔽
静磁场是由稳定电流或永磁体产生的磁场。 静磁屏蔽采用高导磁率的铁磁材料制作屏蔽罩,屏蔽外部磁场。 它与静电屏蔽具有相似但不同的效果。 静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来解释。 如果将铁磁材料制成横截面如图2(b)所示的环路,那么在外部磁场中,大部分磁场集中在铁磁环路中。 这可以通过将铁磁材料和空腔中的空气视为并联磁路来分析。 由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率大数千倍,因此腔体的磁阻比铁磁材料大得多。 外部磁场的大部分磁感应线会沿着铁磁材料穿过壁,但很少有磁通量进入腔体。 这样,铁磁材料屏蔽的空腔就基本没有外磁场,从而达到静磁屏蔽的目的。 材料的导磁率越高、筒壁越厚,屏蔽效果越显着。 由于常用软铁、硅钢、坡莫合金等具有高导磁率的铁磁材料作为屏蔽层,因此静磁屏蔽也称为铁磁屏蔽。
静磁屏蔽是消除静磁场干扰的电磁屏蔽技术。 这可以通过使用由高导磁率的铁磁材料制成的空壳(屏蔽盖)来实现。 图2显示了有或没有磁屏蔽的示意图。
因为当铁磁空壳置于外磁场中时,外磁场的磁感应线会发生畸变,即磁感应线会聚集在壳内(这是由于铁磁空壳产生的附加磁场所致)。壳内磁场感应出的磁化电流)与外部磁场叠加的结果),而空壳内的磁场很弱。 因此,利用铁磁空壳可以屏蔽外部磁场的影响。 这种方法对低频磁场也有很好的屏蔽作用。
为了提高静磁屏蔽效果,应提高磁性材料的导磁率和增加屏蔽罩的厚度,或采用多层屏蔽罩。
3、电磁屏蔽
在电磁场(电磁波)中,导体表面会吸收并损失电磁场的能量,导致电磁场的传播从导体表面向内部呈指数衰减(即振幅电场和磁场呈指数衰减)。 这种现象就是皮肤倾向。 影响。 利用集肤效应可以阻止高频电磁波进入导体内部,实现电磁屏蔽。 因此,可以采用适当厚度的金属来制作电磁屏蔽罩。 由于集肤电流是涡流,因此电磁屏蔽也称为涡流屏蔽。
为了获得有效的电磁屏蔽,导体屏蔽层的厚度必须接近电磁场的趋肤深度。 材料的电导率越高,趋肤深度越小。 对于广播频率,铜片和铝片的趋肤深度分别约为0.094mm和0.12mm,因此更薄的铜片或铝片可以实现更好的屏蔽; 对于高频电磁场,也可以使用更薄的铜片或铝片。 材质较薄。
对于高频电磁场,一般不采用铁磁材料,因为铁磁材料有较大的磁滞损耗和涡流损耗,会导致谐振电路的品质因数(Q值)下降。 因此电磁波屏蔽,大多采用高导电率材料。 电磁屏蔽。 图3是电磁屏蔽示意图。
对于工频(50Hz)电磁场,由于铜和铝的趋肤深度分别增加到9.45mm和11.67mm,使用铜和铝的电磁屏蔽不再适用。 如果用铁来制作屏蔽层,由于铁中的电磁场衰减速度比铜和铝快得多,因此只需要更薄的铁片即可。 其实此时已经转化为静磁屏蔽了。
可见,电磁屏蔽和静电屏蔽有一个共同点,那就是它们都采用导电率高的金属来制作屏蔽罩。 但也有区别,即静电屏蔽只能消除电容耦合和防止静电感应的影响,且屏蔽罩必须接地; 而电磁屏蔽则是利用涡流来阻止电磁场的穿透,消除电磁场的干扰,屏蔽罩不需要接地。 但由于电磁屏蔽罩会增加静电耦合,为了避免这种不良影响,最好将屏蔽罩接地。 这时,实际上除了电磁屏蔽之外,还起到了静电屏蔽的作用。
一般来说,静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽的物理内容、物理条件、屏蔽效果各不相同,需要根据具体情况确定所使用的材料。