影响屏蔽体的因素

微信公众号：电磁兼容之家
第1933期
影响屏蔽体的因素



很多人认为用金属材料做机箱，然后将机箱接地，就可以起到电磁屏蔽作用，其实不然。





一

静电屏蔽的概念


首先复习一下静电场的知识。
左图有一个正电荷q，他会产生一个电场。如果将这个电荷放置在一个金属球内，如左图所示，会发生什么情况呢？
根据电荷异性相吸的原理，我们知道，在金属球的内壁，会感应出负电荷。由于金属球本来是中性的，当内壁出现了负电荷时，外壁必然会有等量的正电荷。这个正电荷又产生了一个新的电场，理论可以证明，这个电场与单独一个正电荷产生的电场相同。
如果绘出电场强度与距离的关系，就是右图。可以看到，在金属球导体内部，电场强度为0，如果忽视r2、r3区间，电场强度的变化与没有金属球完全相同。因此，简单的将一个金属球套在一个电荷外面，起不到屏蔽电荷电场的作用。
如果将金属球的外壁接地，则正电荷泄放掉，仅剩下与电荷等量的负电荷，这时，外部电场为零，起到了屏蔽作用。



二

电磁屏蔽的情况


电磁波的屏蔽机理与静电荷的屏蔽完全不同。关于电磁场屏蔽的一种简单理解如图所示。
当一束电磁波从左侧照射到金属板时，会在金属板左表面上感应出电流，这个电流产生了一个新的电磁场，这个电磁场与入射的电磁场相互抵消，削弱了入射电磁场。
在金属板的右表面也会有感应电流， 这个电流也产生电磁场。但是金属板右表面的电流小于左表面的电流，因此，新产生的电磁场较小。
金属板越厚，右侧表面的电流越小，电磁波泄漏越少。
可见在这个过程中，没有涉及到接地的事情。所以电磁屏蔽并没有接地的要求。



三

决定机箱屏蔽效能的关键


除了低频磁场以外，任何金属材料都可以提供足够的屏蔽效能。但是实际的机箱往往并没有预期的屏蔽效能。有时，甚至出现使用金属机箱后，辐射发射反而增加的现象。
当金属机箱的屏蔽效能达不到预期的效果时，很多设计师会试图通过改善机箱的“接地”来改善屏蔽效果。但结果往往令人失望。
那么是什么因素决定了实际机箱的屏蔽效能呢？
很多了解一些屏蔽知识的设计师知道，机箱上的孔洞和缝隙往往是导致电磁泄漏的重要原因，实际上，对机箱的屏蔽效能影响更大的是穿过机箱的导体。另外，线路板、内部互连线等的摆放位置对于机箱的屏蔽效能也有影响。这一点也是设计师容易忽略的。当辐射源靠近空洞、缝隙时，会产生更强的泄漏。



四

实际的屏蔽机箱并不好处理


影响机箱屏蔽效能的重要因素是穿过机箱的导体和孔洞缝隙，也就是，要保持机箱的屏蔽效能，不能有穿过机箱的导体，也不能有孔洞和缝隙。
这在一个实际的机箱上是不现实的。机箱上会有很多电缆，包括电源线和信号电缆。这些电缆都是穿过屏蔽机箱的导体。
一个实际的机箱上还会有很多孔洞，包括显示窗口、操作器件的开口、通风口等。这些孔洞也是导致电磁泄漏的原因。特别是一些操作器件，不仅形成了孔洞，有时还是穿过屏蔽体的导体。
机箱必然会有活动面板，活动面板与机箱的其他部分之间形成了缝隙，这些缝隙是电磁泄漏的原因。如何做好缝隙的电磁密封，并保持缝隙的长期电磁密封效果是屏蔽设计的关键之一。



五

贯通导体的电磁泄漏


贯通导体之所以会导致屏蔽机箱的泄漏，主要是因为贯通导体同时起着接收天线和辐射天线的作用。
以辐射源在屏蔽机箱内部的情况为例。当有一根导体穿过屏蔽箱时，例如，某根电缆插在连接器上。机箱内部的电磁场就会在导体上感应出一个电压，如图所示。在这个电压的驱动下，导体上会有电流，这就是共模电流。这个共模电流产生了电磁辐射。我们感觉这是从内部泄漏出来的电磁能量。
导体的辐射强度与导体的长度和感应电压有关。感应电压的大小与电缆在机箱内部的长度有关，还与这段导体距离辐射源的距离有关，以及与辐射源的强度有关。因此，需要注意控制电缆在机箱内部的长度。并注意要远离时钟电路这样的强辐射源。












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