中心論題：
- 輻射機(jī)理
- 實(shí)例分析
- 結(jié)果討論
解決方案：
- 考慮屏蔽體的機(jī)械強(qiáng)度、彎曲易加工性、彈性零件的尺寸穩(wěn)定性以及接觸電阻等因素
- 綜合考慮屏蔽體的外形尺寸、所受磁場(chǎng)方向、漏磁、接地點(diǎn)等問題
引言
在有限的空間和有限的頻率資源條件下，如何避免電磁之間的相互干擾也就是電磁兼容性問題。所謂“電磁兼容性”在國家EMI標(biāo)準(zhǔn)中作了如下定義：“設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。即：該設(shè)備不會(huì)由于受到同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)”。電磁兼容性就是使處于同一電磁場(chǎng)環(huán)境下的各種電子電氣設(shè)備或系統(tǒng)能夠正常工作而互不干擾。
輻射機(jī)理
電磁場(chǎng)干擾是由于感應(yīng)源和受感器件周圍的交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)，其特點(diǎn)是電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量同時(shí)出現(xiàn)且相互垂直。輻射的電磁場(chǎng)之特性是由輻射源的特性來決定的。源的周圍介質(zhì)以及源與觀察點(diǎn)之間的距離等都能影響電磁場(chǎng)的特性。在源附近的場(chǎng)，其特性主要決定于源的特性：當(dāng)遠(yuǎn)離源的地方，場(chǎng)的性質(zhì)主要決定于場(chǎng)傳播時(shí)所通過的介質(zhì)。因此，在電磁場(chǎng)輻射源的周圍，可分成近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩個(gè)范圍，輻射源附近稱近場(chǎng)，距離大于λ/2π的地方稱遠(yuǎn)場(chǎng)(λ為波長(zhǎng))。在近場(chǎng)中，噪聲一般是通過電容性耦合或電感性耦合方式傳播到電路中。電場(chǎng)E對(duì)磁場(chǎng)H的比值常稱為波阻抗(E/H)。在近場(chǎng)時(shí)它決定于源的特性和從源到觀察點(diǎn)的距離，如源為大電流低電壓的情況，則近場(chǎng)主要為磁場(chǎng)，以電感性耦合的噪聲為主；若源為小電流高電壓，則近場(chǎng)主要為電場(chǎng)，以電容性耦合的噪聲為主。當(dāng)頻率低于1MHz時(shí)，電子線路內(nèi)的噪聲耦合大多是由近場(chǎng)所造成的。因?yàn)椋鶕?jù)λ/2π計(jì)算的近場(chǎng)范圍很大，在30KHz時(shí)，近場(chǎng)范圍可達(dá)1.6KM；在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，電磁波的波阻抗Z為電場(chǎng)強(qiáng)度E對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比，即：
其中E表示電場(chǎng)，H表示磁場(chǎng)。
如將發(fā)生源與觀察點(diǎn)之間距離定為r；RX=λ/2π,則在近場(chǎng)中，當(dāng)發(fā)生源主要為電場(chǎng)時(shí)：
其波阻抗呈高阻抗特性；而當(dāng)發(fā)生源主要為磁場(chǎng)時(shí)：
其波阻抗仍呈高阻抗特性(符號(hào)含義同上)，如圖1所示。
當(dāng)觀察點(diǎn)距源大于λ/2π的遠(yuǎn)場(chǎng)中，介質(zhì)為自由空間時(shí)，波阻抗E/H是一個(gè)常數(shù)120π，近似等于377Ω，所以在討論遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，可以把它看成一個(gè)具有阻抗為377Ω的平面波，近場(chǎng)中屬于電容性耦合和電感性耦合噪聲范圍。在遠(yuǎn)場(chǎng)中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向互相垂直，但相位相同，所以它與近場(chǎng)不同，而向四方輻射能量，它對(duì)電子電路的干擾是通過能量的輻射方式進(jìn)行的。輻射的電磁場(chǎng)在空間的傳播是由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用。當(dāng)空間有靜電荷Q時(shí)，則產(chǎn)生靜電場(chǎng)，電荷移動(dòng)時(shí)則形成電流，因電磁作用又同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。
幅射源引起了周圍的磁場(chǎng)和電場(chǎng)相應(yīng)地改變，這種變化在空間中的傳播就是電磁波，其傳播速度與光速相等，這方面的論述和研究較少。無線電廣播、通訊設(shè)備和其它高頻設(shè)備工作時(shí)，有很大功率的電磁波輻射，在此環(huán)境內(nèi)的電器設(shè)備上會(huì)產(chǎn)生正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U：U=heff
其中heff為比例長(zhǎng)數(shù)或天線的有效高度。
較長(zhǎng)的導(dǎo)線，信號(hào)輸入線、輸出線、控制線、電源線等在電磁場(chǎng)中都能接收電磁波而感應(yīng)出噪聲電壓。作為噪聲源，這些導(dǎo)線又能輻射出電磁波造成二次噪聲污染。在大功率廣播設(shè)備附近的強(qiáng)電場(chǎng)中，電子設(shè)備的外殼或內(nèi)部的導(dǎo)線、導(dǎo)體都會(huì)感應(yīng)出很強(qiáng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致對(duì)電路的干擾。抑制輻射最主要的方法是采用屏蔽，即對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間加以金屬隔離，電容性耦合可將金屬接地進(jìn)行靜電屏蔽，對(duì)于電感性耦合，則采用一般的電磁屏蔽。而對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)中的電磁波也同樣可以用金屬體進(jìn)行隔離，以阻止這種噪聲的傳播。
屏蔽的效果與頻率、屏蔽體的幾何形狀、材料性質(zhì)等因素有關(guān)，在分析這些因素并在實(shí)際應(yīng)用屏蔽措施時(shí)，金屬屏蔽體對(duì)輻射波的衰減作用的機(jī)理研究尤為重要。金屬板屏蔽體對(duì)電磁波的衰減可由圖2來說明,當(dāng)電磁波Ei入射到金屬板上時(shí)，一部分由AB表面AB反射，另一部分進(jìn)入金屬體內(nèi)，而在途中被不斷衰減后達(dá)CD面，這時(shí)其中又有一部分經(jīng)E1透過CD面從金屬板內(nèi)穿出，另一部分則由CD面反射，仍在金屬板內(nèi)部傳播，同樣有一部分穿過AB面穿出，一部分仍在AB面反射。這樣在金屬板內(nèi)多次反射和傳播，則透過金屬屏蔽的電磁波總和E-En=Et。
金屬屏蔽板的屏蔽效果是用透過金屬板后的波Et和入射波E1強(qiáng)度之比表示(Et/E1)。無限大的屏蔽平板對(duì)于平面波入射時(shí)的屏蔽效果可用S表示:
其中：A為厚度為t的屏蔽板內(nèi)電磁波傳輸中的損耗；B為反射損耗系數(shù)；R為入射損耗系數(shù)；S的單位為dB。
實(shí)例分析
一般常用材料的在不同頻率下的屏蔽效果如表1所示。從表1可以看出較薄的金屬箔也有100dB以上的屏蔽效果。
吸收損耗A大于10dB，修正系數(shù)B可忽略不計(jì)。一般在遠(yuǎn)場(chǎng)中B也可忽略不計(jì)。因?yàn)檫@時(shí)的反射損耗很高，B與它相比非常小。對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)中的反射損耗R，隨屏蔽阻抗降低而增大。所以應(yīng)設(shè)法減少屏蔽阻抗，這可用高導(dǎo)電率和低導(dǎo)磁率的材料。對(duì)于吸收損耗A，由于電磁輻射通過介質(zhì)時(shí)，感應(yīng)的電流產(chǎn)生電阻熱量損耗，其幅度以指數(shù)方式衰減，當(dāng)它衰減到入射時(shí)的1/e或37%，此點(diǎn)離入射點(diǎn)的距離定義為集膚深度δ，銅、鋁、鋼列于表2。圖3是遠(yuǎn)場(chǎng)內(nèi)厚度為0.508mm的銅材料的屏蔽效果圖。
結(jié)果討論
a.集膚深度隨頻率增高而減小，電磁波衰減到原來的37%時(shí)集膚深度就已很小。
b.銅屏蔽殼體在頻率為0.5MHz時(shí)，其衰減到1／100的透入深度只在距表面約0.4mm處，而鋁則在約0.6mm處，鋼在約l.0mm處。
c.在高頻范圍內(nèi)，采用厚度0.5~1.5mm的金屬材料作屏蔽效果較為理想。
d.使用鐵磁性作屏蔽體適用于100KHz以下。
e.屏蔽效果由反射損耗R決定。
吸收損耗與屏蔽介質(zhì)厚度成正比，與集膚深度成反比。從頻率角度看，吸收損耗隨頻度增加而增加，這是由于集膚深度隨頻率增加而減小造成的。反射損耗從圖3可以看出將隨頻率增加而降低，而吸收損耗隨頻率的增加而增加，最小的屏蔽效果出現(xiàn)在中頻頻率。對(duì)于低頻平面波的大量衰減是由于反射損耗，而高頻時(shí)大量損耗是由于吸收損耗。
屏蔽高頻電磁場(chǎng)輻射，其屏蔽體材料和厚度的選擇，可從取得較好的屏蔽性能出發(fā)，往往優(yōu)先考慮屏蔽體的機(jī)械強(qiáng)度、彎曲易加工性、彈性零件的尺寸穩(wěn)定性以及接觸電阻等因素來滿足需要，同時(shí)還要綜合考慮屏蔽體的外形尺寸、所受磁場(chǎng)方向、漏磁、接地點(diǎn)等問題。
