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怎样选择合适的电磁屏蔽材料?

电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。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的大好处是不会影响电路的正常工作,因此不需要对电路做任何修改。 

电磁屏蔽材料
选择屏蔽材料:
 
屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值,它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。用于电磁兼容目的的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,因此通常用分贝来表述屏蔽效能,这时屏蔽效能的定义公式为:
 
SE = 20 lg ( E1/ E2 ) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能,而无法确定应该使用什么材料做屏蔽体。要确定使用什么材料制造屏蔽体,需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么特性参数有关。
 
工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式为: SE = A + R (dB)公式中的A称为屏蔽材料的吸取损耗,是电磁波在屏蔽材料中传播时发生的,计算公式为:A=3.34t(fμrσr) (dB)t = 材料的厚度,μr = 材料的磁导率,σr = 材料的电导率,对于特定的材料,这些都是已知的。f = 被屏蔽电磁波的频率。公式中的R称为屏蔽材料的反射损耗,是当电磁波入射到不同媒质的分界面时发生的,计算公式为:R=20lg(ZW/ZS) (dB)公式中,Zw=电磁波的波阻抗,Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
  
电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值:Zw = E / H。在距离辐射源较近(<λ/2π,称为近场区)时,波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低),则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为低阻抗波,或磁场波。若辐射源为高电压,小电流(辐射源电路的阻抗较高),则波阻抗大于377,称为高阻抗波或电场波。关于近场区内波阻抗的具体计算公式本文不予论述,以免冲淡主题,感兴趣的读者可以参考有关电磁场方面的参考书。当距离辐射源较远(>λ/2π,称为远场区)时,波阻抗仅与电场波传播介质有关,其数值等于介质的特性阻抗,空气为377Ω。
 
屏蔽材料的阻抗计算方法为:|ZS|=3.68×10-7(fμr/σr) (Ω)   f=入射电磁波的频率(Hz),μr=相对磁导率,σr=相对电导率
 
从上面几个公式,就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了,为了方便设计,下面给出一些定性的结论:
 
● 在近场区设计屏蔽时,要分别考虑电场波和磁场波的情况;
● 屏蔽电场波时,使用导电性好的材料,屏蔽磁场波时,使用导磁性好的材料;
● 同一种屏蔽材料,对于不同的电磁波,屏蔽效能使不同的,对电场波的屏蔽效能高,对磁场波的屏蔽效能低,也就是说,电场波容易屏蔽,磁场波难屏蔽;
● 一般情况下,材料的导电性和导磁性越好,屏蔽效能越高;
● 屏蔽电场波时,屏蔽体尽量靠近辐射源,屏蔽磁场源时,屏蔽体尽量远离磁场源;
 
有一种情况需要特别注意,这就是1kHz以下的磁场波。这种磁场波一般由大电流辐射源产生,例如,传输大电流的电力线,大功率的变压器等。对于这种频率很低的磁场,只能采用高导磁率的材料进行屏蔽,常用的材料是含镍80%左右的坡莫合金。 

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