影響屏蔽體的因素

微信公眾號：電磁兼容之家
第1933期
影響屏蔽體的因素



很多人認為用金屬材料做機箱，然后將機箱接地，就可以起到電磁屏蔽作用，其實不然。





一

靜電屏蔽的概念


首先復(fù)習(xí)一下靜電場的知識。
左圖有一個正電荷q，他會產(chǎn)生一個電場。如果將這個電荷放置在一個金屬球內(nèi)，如左圖所示，會發(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，會感應(yīng)出負電荷。由于金屬球本來是中性的，當(dāng)內(nèi)壁出現(xiàn)了負電荷時，外壁必然會有等量的正電荷。這個正電荷又產(chǎn)生了一個新的電場，理論可以證明，這個電場與單獨一個正電荷產(chǎn)生的電場相同。
如果繪出電場強度與距離的關(guān)系，就是右圖�？梢钥吹�，在金屬球?qū)�體內(nèi)部，電場強度為0，如果忽視r2、r3區(qū)間，電場強度的變化與沒有金屬球完全相同。因此，簡單的將一個金屬球套在一個電荷外面，起不到屏蔽電荷電場的作用。
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電荷，這時，外部電場為零，起到了屏蔽作用。



二

電磁屏蔽的情況


電磁波的屏蔽機理與靜電荷的屏蔽完全不同。關(guān)于電磁場屏蔽的一種簡單理解如圖所示。
當(dāng)一束電磁波從左側(cè)照射到金屬板時，會在金屬板左表面上感應(yīng)出電流，這個電流產(chǎn)生了一個新的電磁場，這個電磁場與入射的電磁場相互抵消，削弱了入射電磁場。
在金屬板的右表面也會有感應(yīng)電流， 這個電流也產(chǎn)生電磁場。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。
可見在這個過程中，沒有涉及到接地的事情。所以電磁屏蔽并沒有接地的要求。



三

決定機箱屏蔽效能的關(guān)鍵


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



四

實際的屏蔽機箱并不好處理


影響機箱屏蔽效能的重要因素是穿過機箱的導(dǎo)體和孔洞縫隙，也就是，要保持機箱的屏蔽效能，不能有穿過機箱的導(dǎo)體，也不能有孔洞和縫隙。
這在一個實際的機箱上是不現(xiàn)實的。機箱上會有很多電纜，包括電源線和信號電纜。這些電纜都是穿過屏蔽機箱的導(dǎo)體。
一個實際的機箱上還會有很多孔洞，包括顯示窗口、操作器件的開口、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，有時還是穿過屏蔽體的導(dǎo)體。
機箱必然會有活動面板，活動面板與機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，并保持縫隙的長期電磁密封效果是屏蔽設(shè)計的關(guān)鍵之一。



五

貫通導(dǎo)體的電磁泄漏


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












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