低频电磁屏蔽实践.doc

低频电磁屏蔽实践
内容摘要:
低频电磁屏蔽机理讨论及计算方法推导;低频电磁屏蔽与其它屏蔽的差异比较;实际工作中的注意事项
关键词: 低频电磁屏蔽,屏蔽体,磁路并联旁路分流,开口设计

许多专业文献在分析低频电磁屏蔽机理的机理时沿用了中高频电磁屏蔽概念和计算方法,致使计算和设计与实际结果偏差很大。有些中高频电磁屏蔽理念被盲目照搬到低频领域,造成误解和错误。
相对于静电屏蔽或中高频电磁屏蔽而言,消除或减少低频电磁干扰的难度更大。在设计中高频电磁屏蔽时,要衰减80dB(10-4)是轻而易举的事;但是做一个低频电磁屏蔽时,能够把干扰减少到原来的20%往往就可以满足使用要求,要把干扰减少到原来强度的1%以下是相当困难的。
凡是有电源的地方、有用电设备的地方、几百米内有高压电线的地方、几十米内有地下电缆的地方,甚至只有金属管道和金属梁架的地方,都可能有高达数十以至数百毫高斯的低频电磁干扰。低频电磁干扰的强度变化常常无规律可循,短时间内就会有相当大的上下波动;低频电磁干扰的来源往往难以确定,这样就更增加了屏蔽设计的难度。
本文重点讨论屏蔽体内体积为40~120m3,~50mGauss p-p(毫高斯峰-峰值)范围的低频(低于0~200Hz)电磁场屏蔽的实际应用。
在本文讨论的情况下,导磁材料可能被电磁干扰的直流分量磁化,但不会饱和; p-p的磁场认为可以忽略不计;其它频率的磁场以直流或中高频磁场泛指。


1. 低频电磁场
根据电磁波传输的基本原理,在频率很低的时候,趋肤效应(波从表面进入导电媒质越深,场的幅度就越小,能量就变得越小,这一效应就是趋肤效应。良导体中的电磁波只存在于导体表面,高频电路中,传导电流集中到导线表面附近的现象,称为“集肤效应”。交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线,这种多股线束称为辫线。在工业应用方面,利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。)、磁滞损耗(放在交变磁场中的铁磁体,因磁滞现象而产生一些功率损耗,从而使铁磁体发热,这种损耗叫磁滞损耗。铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。磁滞指铁磁材料的磁性状态变化时,磁化强度滞后于磁场强度,它的磁通密度B与磁场强度 H之间呈现磁滞回线关系。经一次循环,每单位体积铁心中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能,使设备升温,效率降低,这在交流电机
一类设备中是不希望的。软磁材料的磁滞回线狭窄,其磁滞损耗相对较小。硅钢片因此而广泛应用于电机、变压器、继电器等设备中。)以及反射损耗(反射损耗是指由于屏蔽的内部反射导致的能量损耗的数量,他随着波阻和屏蔽阻抗的比率而变化)都很小,低频电磁波的能量基本由磁场能量构成。所以这时我们所要屏蔽的应该是电磁波的磁场分量(电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当,从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素;用钢制机柜进行屏蔽时,由于能为所有连接面提供一条由一个面至另一个面的高导电路径,所以电流仍保持在机箱外侧。这种导电路径是用特殊的衬垫和在连接表面进行导电涂敷而建立的,
导电路径的任何中断都将使屏蔽效能降低,它取决于缝隙或孔洞尺寸与信号波长之间的关系。对于较低频率或较长波长来说,如果只有一个小孔则不会明显降低屏蔽效能;对于高频或较短波长来说,屏蔽效能的下降将是很剧烈的。
举一个例子,屏蔽体上如果有一个直径为15mm的孔洞,对于10MHz信号(波长为30m)来说,将仍然能提供60dB屏蔽效能,但对于1GHz信号(波长为30mm)来说,若要保持同样的屏蔽效能,。直径为15mm的孔对于1GHz信号只能提供20dB衰减。
如果不止一个孔洞,而且孔距小于信号半波长时,屏蔽效能将进一步降低。如果高频信号波长时,屏蔽效能将进一步降低。如果高频信号要求足够的衰减,则不应采用为了通风目的的孔洞。
、反射和传导而耗散的。屏蔽效能及其产生的衰减与频率、源与屏蔽体的距离、屏蔽体的