影響屏蔽體的因素

微信公眾號(hào)：電磁兼容之家
第1933期
影響屏蔽體的因素



很多人認(rèn)為用金屬材料做機(jī)箱，然后將機(jī)箱接地，就可以起到電磁屏蔽作用，其實(shí)不然。





一

靜電屏蔽的概念


首先復(fù)習(xí)一下靜電場(chǎng)的知識(shí)。
左圖有一個(gè)正電荷q，他會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。如果將這個(gè)電荷放置在一個(gè)金屬球內(nèi)，如左圖所示，會(huì)發(fā)生什么情況呢？
根據(jù)電荷異性相吸的原理，我們知道，在金屬球的內(nèi)壁，會(huì)感應(yīng)出負(fù)電荷。由于金屬球本來(lái)是中性的，當(dāng)內(nèi)壁出現(xiàn)了負(fù)電荷時(shí)，外壁必然會(huì)有等量的正電荷。這個(gè)正電荷又產(chǎn)生了一個(gè)新的電場(chǎng)，理論可以證明，這個(gè)電場(chǎng)與單獨(dú)一個(gè)正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)相同。
如果繪出電場(chǎng)強(qiáng)度與距離的關(guān)系，就是右圖�？梢钥吹�，在金屬球?qū)�體內(nèi)部，電場(chǎng)強(qiáng)度為0，如果忽視r(shí)2、r3區(qū)間，電場(chǎng)強(qiáng)度的變化與沒(méi)有金屬球完全相同。因此，簡(jiǎn)單的將一個(gè)金屬球套在一個(gè)電荷外面，起不到屏蔽電荷電場(chǎng)的作用。
如果將金屬球的外壁接地，則正電荷泄放掉，僅剩下與電荷等量的負(fù)電荷，這時(shí)，外部電場(chǎng)為零，起到了屏蔽作用。



二

電磁屏蔽的情況


電磁波的屏蔽機(jī)理與靜電荷的屏蔽完全不同。關(guān)于電磁場(chǎng)屏蔽的一種簡(jiǎn)單理解如圖所示。
當(dāng)一束電磁波從左側(cè)照射到金屬板時(shí)，會(huì)在金屬板左表面上感應(yīng)出電流，這個(gè)電流產(chǎn)生了一個(gè)新的電磁場(chǎng)，這個(gè)電磁場(chǎng)與入射的電磁場(chǎng)相互抵消，削弱了入射電磁場(chǎng)。
在金屬板的右表面也會(huì)有感應(yīng)電流， 這個(gè)電流也產(chǎn)生電磁場(chǎng)。但是金屬板右表面的電流小于左表面的電流，因此，新產(chǎn)生的電磁場(chǎng)較小。
金屬板越厚，右側(cè)表面的電流越小，電磁波泄漏越少。
可見(jiàn)在這個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有涉及到接地的事情。所以電磁屏蔽并沒(méi)有接地的要求。



三

決定機(jī)箱屏蔽效能的關(guān)鍵


除了低頻磁場(chǎng)以外，任何金屬材料都可以提供足夠的屏蔽效能。但是實(shí)際的機(jī)箱往往并沒(méi)有預(yù)期的屏蔽效能。有時(shí)，甚至出現(xiàn)使用金屬機(jī)箱后，輻射發(fā)射反而增加的現(xiàn)象。
當(dāng)金屬機(jī)箱的屏蔽效能達(dá)不到預(yù)期的效果時(shí)，很多設(shè)計(jì)師會(huì)試圖通過(guò)改善機(jī)箱的“接地”來(lái)改善屏蔽效果。但結(jié)果往往令人失望。
那么是什么因素決定了實(shí)際機(jī)箱的屏蔽效能呢？
很多了解一些屏蔽知識(shí)的設(shè)計(jì)師知道，機(jī)箱上的孔洞和縫隙往往是導(dǎo)致電磁泄漏的重要原因，實(shí)際上，對(duì)機(jī)箱的屏蔽效能影響更大的是穿過(guò)機(jī)箱的導(dǎo)體。另外，線路板、內(nèi)部互連線等的擺放位置對(duì)于機(jī)箱的屏蔽效能也有影響。這一點(diǎn)也是設(shè)計(jì)師容易忽略的。當(dāng)輻射源靠近空洞、縫隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的泄漏。



四

實(shí)際的屏蔽機(jī)箱并不好處理


影響機(jī)箱屏蔽效能的重要因素是穿過(guò)機(jī)箱的導(dǎo)體和孔洞縫隙，也就是，要保持機(jī)箱的屏蔽效能，不能有穿過(guò)機(jī)箱的導(dǎo)體，也不能有孔洞和縫隙。
這在一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱上是不現(xiàn)實(shí)的。機(jī)箱上會(huì)有很多電纜，包括電源線和信號(hào)電纜。這些電纜都是穿過(guò)屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)體。
一個(gè)實(shí)際的機(jī)箱上還會(huì)有很多孔洞，包括顯示窗口、操作器件的開(kāi)口、通風(fēng)口等。這些孔洞也是導(dǎo)致電磁泄漏的原因。特別是一些操作器件，不僅形成了孔洞，有時(shí)還是穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)體。
機(jī)箱必然會(huì)有活動(dòng)面板，活動(dòng)面板與機(jī)箱的其他部分之間形成了縫隙，這些縫隙是電磁泄漏的原因。如何做好縫隙的電磁密封，并保持縫隙的長(zhǎng)期電磁密封效果是屏蔽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。



五

貫通導(dǎo)體的電磁泄漏


貫通導(dǎo)體之所以會(huì)導(dǎo)致屏蔽機(jī)箱的泄漏，主要是因?yàn)樨炌▽?dǎo)體同時(shí)起著接收天線和輻射天線的作用。
以輻射源在屏蔽機(jī)箱內(nèi)部的情況為例。當(dāng)有一根導(dǎo)體穿過(guò)屏蔽箱時(shí)，例如，某根電纜插在連接器上。機(jī)箱內(nèi)部的電磁場(chǎng)就會(huì)在導(dǎo)體上感應(yīng)出一個(gè)電壓，如圖所示。在這個(gè)電壓的驅(qū)動(dòng)下，導(dǎo)體上會(huì)有電流，這就是共模電流。這個(gè)共模電流產(chǎn)生了電磁輻射。我們感覺(jué)這是從內(nèi)部泄漏出來(lái)的電磁能量。
導(dǎo)體的輻射強(qiáng)度與導(dǎo)體的長(zhǎng)度和感應(yīng)電壓有關(guān)。感應(yīng)電壓的大小與電纜在機(jī)箱內(nèi)部的長(zhǎng)度有關(guān)，還與這段導(dǎo)體距離輻射源的距離有關(guān)，以及與輻射源的強(qiáng)度有關(guān)。因此，需要注意控制電纜在機(jī)箱內(nèi)部的長(zhǎng)度。并注意要遠(yuǎn)離時(shí)鐘電路這樣的強(qiáng)輻射源。












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