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發布時間:2020-08-15 11:44  
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電磁屏蔽
在電磁場(電磁波)中,導體表面將要吸收、損耗電磁場的能量,使得電磁場的傳播從導體表面往里面是指數式衰減的(即電場和磁場的振幅是指數式衰減),這種現象就是趨膚效應。利用趨膚效應即可阻止高頻電磁波進入導體內部,以實現電磁屏蔽,因此可采用適當厚度的金屬來制作電磁屏蔽罩。 由于趨膚電流是一種渦流,所以電磁屏蔽又稱為渦流屏蔽。若空腔導體不接地,則為外屏蔽,即可以屏蔽外電場對于空腔以內的元器件的影響,但不能屏蔽空腔以內的電場對于外界的影響。
為了獲得有效的電磁屏蔽效果,導體屏蔽層的厚度必須接近電磁場的趨膚深度。電導率越高的材料,趨膚深度就越小。對于500kHz的廣播頻率,銅和鋁的趨膚深度分別約為0.094mm和0.12mm ,因此銅片和鋁片就能夠實現較好的屏蔽了;對于更高頻率的電磁場,還可以使用更薄的材料。b、未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量,在體內向前傳播的過程中,被屏蔽材料所衰減。
對于高頻電磁場,一般不采用鐵磁材料,因為鐵磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損失,會造成諧振回路品質因數(Q值)下降,站較多的是采用高電導率材料的電磁屏蔽。
渦流的屏蔽效應
當交變電磁場通過金屬材料表面或由金屬材料所包圍的孔眼時,金屬材料會因感應電動勢形成渦流,這渦流所產生的磁場恰好與原來的磁場方向相反,抵消了部分原磁場,從而起到屏蔽作用。金屬材料的顛倒率越高,產生的渦流越大,屏蔽作用越好。實質是金屬材料具有一定的電阻,渦流所產生的焦耳熱消耗了入射電磁場的能量,起到屏蔽作用。不論導體本身帶電多少,或者導體是否處于外電場中,必定為等勢體,其內部場強為零,這是靜電屏蔽的理論基礎可采用空腔導體(金屬殼、金屬網)來實現靜電屏蔽。
1、屏蔽體外側。由線圈工作電流所產生的磁力線和由屏蔽體感生電流所產生的磁力線方向相反,部分相互抵消,起到屏蔽作用。屏蔽體外側的磁力線是線圈磁力線的一部分,屏蔽體感生電流的磁力線少于線圈所產生的磁力線,即屏蔽體外側的磁力線不會被全部抵消。
2、線圈外側、屏蔽體內側。線圈工作電流的產生的磁力線與屏蔽體感生電流所產生的磁力線方向相反,該區域內由于屏蔽體的介入,磁力線更為密集,磁場更強。
3、線圈內側。線圈產生的磁力線和屏蔽體感生電流所產生的磁力線在線圈內側,方向又變為相反,說明屏蔽體會使穿越線圈內側的磁通量減少,即線圈的自感量減小。
為了得到有效的屏蔽作用,屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質內部的電磁波波長(λ=2πd)。如在收音機中,若f=500kHz,則在銅中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在鋁中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音機中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因為電視頻率更高,透入深度更小些,所需屏蔽層厚度可更薄些,如果考慮機械強度,要有必要的厚度。在高頻時,由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從而造成諧振電路品質因素Q值的下降,故一般不采用高磁導率的磁屏蔽,而采用高電導率的材料做電磁屏蔽。這些不導電的縫隙就產生了電磁泄漏,如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽。
在工頻(50Hz)時,銅中的d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm。顯然,采用銅、鋁已很不適宜了,如用鐵,則d=0.172mm,這時應采用鐵磁材料。因為在鐵磁材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多。又因是低頻,無需考慮Q值問題。可見,在低頻情況下,電磁屏蔽就轉化為靜磁屏蔽。電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同點也有不同點。相同點是都應用高電導率的金屬材料來制作;不同點是靜電屏蔽只能消除電容耦合,防止靜電感應,屏蔽必須接地。而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏蔽體一薄層,借渦流消除電磁場的干擾,這種屏蔽體可不接地。即使對于完全封閉的金屬殼,在頻率極低的外部電磁場作用下,理論上內部的磁通密度并不為零。但因用作電磁屏蔽的導體增加了靜電耦合,因此即使只進行電磁屏蔽,也還是接地為好,這樣電磁屏蔽也同時起靜電屏蔽作用。