電磁屏蔽技術

　　電磁波是電磁能量傳播的主要方式，高頻電路工作時，會向外輻射電磁波，對鄰近的其它設備產生干擾。另一方面，空間的各種電磁波也會感應到電路中，對電路造成干擾。電磁屏蔽的作用是切斷電磁波的傳播途徑，從而消除干擾。在解決電磁干擾問題的諸多手段中，電磁屏蔽是最基本和有效的。用電磁屏蔽的方法來解決電磁干擾問題的最大好處是不會影響電路的正常工作，因此不需要對電路做任何修改。

　　區分不同的電磁波

　　同一個屏蔽體對于不同性質的電磁波，其屏蔽性能不同。因此，在考慮電磁屏蔽性能時，要對電磁波的種類有基本認識。電磁波有很多分類的方法，但是在設計屏蔽時，將電磁波按照其波阻抗分為電場波、磁場波、和平面波。

　　電磁波的波阻抗ZW 定義為：電磁波中的電場分量E與磁場分量H的比值： ZW = E / H

　　電磁波的波阻抗電磁波的輻射源性質、觀測點到輻射源的距離以及電磁波所處的傳播介質有關。

　　距離輻射源較近時，波阻抗取決于輻射源特性。若輻射源為大電流、低電壓（輻射源的阻抗較低），則產生的電磁波的波阻抗小于377，稱為磁場波。若輻射源為高電壓、小電流（輻射源的阻抗較高），則產生的電磁波的波阻抗大于377，稱為電場波。

　　距離輻射源較遠時，波阻抗僅與電場波傳播介質有關，其數值等于介質的特性阻抗，空氣為377Ω。

　　電場波的波阻抗隨著傳播距離的增加降低，磁場波的波阻抗隨著傳播距離的增加升高。

　　注意：近場區和遠場區的分界面隨頻率不同而不同，不是一個定數，這在分析問題時要注意。例如，在考慮機箱屏蔽時，機箱相對于線路板上的高速時鐘信號而言，可能處于遠場區，而對于開關電源較低的工作頻率而言，可能處于近場區。在近場區設計屏蔽時，要分別電場屏蔽和磁場屏蔽。

　　電磁屏蔽的原理

　　通常所說的屏蔽，多半是指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場，一般也指高頻交變電磁屏蔽。

　　電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間傳播的一種措施，屏蔽體的材料是金屬導體或其他對電磁波有衰減作用的材料。屏蔽效能的大小與電磁波的性質及屏蔽體的材料性質有關。

　　交變場中，電場和磁場總是同時存在的。在頻率較低的范圍內，電磁干擾一般出現在近場區。如前所述，近場隨著干擾源的性質不同，電場和磁場的大小有很大差別。高電壓、小電流干擾源以電場為主，磁場干擾可以忽略不計，這時就可以只考慮電場屏蔽，低電壓、大電流干擾源以磁場干擾為主，電場干擾可以忽略不計，這時就可以只考慮磁場屏蔽。

　　隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產生輻射電磁場，并趨向于遠場干擾。遠場干擾中的電場干擾和磁場干擾都不可忽略，因此需要將電場和磁場同時屏蔽，即電磁屏蔽。高頻時即使在設備內部也可能出現遠場干擾，需要進行電磁屏蔽。如前所述，采用導電材料制作的且接地良好的屏蔽體，就能同時起到電場屏蔽和磁場屏蔽的作用。

　　電磁屏蔽的應用領域

　　筆記本電腦、GPS、ADSL和移動電話等3c產品都會因高頻電磁波干擾產生雜訊，影響通訊品質。另若人體長期暴露于強力電磁場下，則可能易患癌癥病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢在必行的制程。導電漆EMI導電漆噴涂技術具有高導電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡單等特點，廣泛應用于通訊制品、電腦、便攜式電子產品、消費電子、網絡硬件、醫療儀器、家用電子產品和航天及國防等電子設備的EMI屏蔽。騰飛金屬科技有限公司的TF-801導電漆適用于各種塑膠制品的屏蔽。

　　噴涂導電漆解決了因做金屬屏蔽罩受空間限制、操作、成本壓力的限制，因其導電漆噴涂操作極其簡單，做到了塑膠金屬化，而受到越來越多的關注及推廣。屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導電的作用，從而屏蔽電磁波干擾的功能。屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。

　　具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。導電漆就是用導電金屬粉末添加于特定的樹脂原料中以制成能夠噴涂的的油漆涂料。廣泛使用的有以下具體的幾種類型產品：添加銀金屬粉末的稱之為“TF-801銀導電漆”;添加銅粉的稱之為“TF-609銅導電漆”;添 加鎳粉的為“TF-606鎳導電漆”;其中以“TF-801 銀銅導電漆”使用最為廣泛因為相比TF-828銀導電漆價格便宜很多，相比TF-606鎳導電導電性能也相對好很多。

　　電磁屏蔽技術的方法盤點

　　電磁屏蔽技術就是防止電子設備或者電子元器件之間產生電磁場感應干擾的一種技術。主要有三種方法：

　　1、靜電屏蔽

　　靜電屏蔽：為了避免外界電場對儀器設備的影響，或者為了避免電器設備的電場對外界的影響，用一個空腔導體把外電場遮住，使其內部不受影響，也不使電器設備對外界產生影響，這就叫做靜電屏蔽。

　　在靜電平衡狀態下，不論是空心導體還是實心導體；不論導體本身帶電多少，或者導體是否處于外電場中，必定為等勢體，其內部場強為零，這是靜電屏蔽的理論基礎。圖1所示為未接地和接地的情況。

　　可采用空腔導體（金屬殼、金屬網）來實現靜電屏蔽。若空腔導體不接地，則為外屏蔽，即可以屏蔽外電場對于空腔以內的元器件的影響，但不能屏蔽空腔以內的電場對于外界的影響。因為這時如果空腔以內有帶電體，則將在空腔內壁上、以及外表上都感生出等量的異號電荷——感生電荷，這些感生電荷的電場可以對外界產生影響。

　　若空腔導體接地，則為全屏蔽，即既可以屏蔽外電場對于空腔以內的元器件的影響，也可以屏蔽空腔以內的電場對于外界的影響。因為這時空腔以內的電場強度總是為0，則即使有電荷存在，使得空腔的內、外表面都有感生電荷，但其外表面的感生電荷通過地線而與大地中和了，相應地內表面的感生電荷及其影響也就消除了。

　　把電子儀器的金屬外殼接地，在某些連接導線或者通訊電纜的外面包覆一層金屬網（即成為屏蔽線），在電源變壓器的初級繞組和次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片，在高壓變壓器外面加設金屬網等，這些方法都是為了達到靜電屏蔽的目的。

　　2、靜磁屏蔽

　　靜磁場是穩恒電流或永久磁體產生的磁場。靜磁屏蔽是利用高磁導率的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場。它與靜電屏蔽作用類似而又有不同。靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明。如將鐵磁材料做成截面如圖2（b）的回路，則在外磁場中，絕大部份磁場集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯磁路來分析。因為鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場的磁感應線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內通過，而進入空腔的磁通量極少。這樣，被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場，從而達到靜磁屏蔽的目的。材料的磁導率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈顯著。因常用磁導率高的鐵磁材料如軟鐵、硅鋼、坡莫合金做屏蔽層，故靜磁屏蔽又叫鐵磁屏蔽。

　　靜磁屏蔽是為了排除靜磁場干擾的一種電磁屏蔽技術，這可以采用磁導率很大的鐵磁材料制作而成的空殼（屏蔽罩）來實現。圖2為有無磁屏蔽示意圖。

　　因為當把鐵磁空殼放置在外磁場中時，外磁場的磁感應線將要發生畸變，即磁感應線會聚集在殼層中（這是由于磁場在殼層中誘導出的磁化電流所產生的附加磁場與外磁場相疊加的結果），而空殼內部的磁場卻很弱。從而利用鐵磁空殼即可屏蔽外磁場的影響。這種方法對于低頻磁場也具有良好的屏蔽作用。

　　為了提高靜磁屏蔽的效果，就應該增大磁性材料的磁導率和增大屏蔽罩的厚度，或者采用多層屏蔽罩。

　　3、電磁屏蔽

　　在電磁場（電磁波）中，導體表面將要吸收、損耗電磁場的能量，使得電磁場的傳播從導體表面往里面是指數式衰減的（即電場和磁場的振幅是指數式衰減），這種現象就是趨膚效應。利用趨膚效應即可阻止高頻電磁波進入導體內部，以實現電磁屏蔽，因此可采用適當厚度的金屬來制作電磁屏蔽罩。由于趨膚電流是一種渦流，所以電磁屏蔽又稱為渦流屏蔽。

　　為了獲得有效的電磁屏蔽效果，導體屏蔽層的厚度必須接近于電磁場的趨膚深度。電導率越高的材料，趨膚深度就越小。對于500kHz的廣播頻率，銅和鋁的趨膚深度分別約為0.094mm和0.12mm，因此較薄的銅片或鋁片就能夠實現較好的屏蔽了；對于更高頻率的電磁場，還可以使用更薄的材料。

　　對于高頻電磁場，一般不采用鐵磁材料，因為鐵磁材料有較大的磁滯損耗和渦流損失，會造成諧振回路品質因數（Q值）下降，故較多的是采用高電導率材料的電磁屏蔽。圖3是電磁屏蔽示意圖。

　　對于工頻（50Hz）的電磁場，因為銅和鋁的趨膚深度分別增大為9.45mm和11.67mm，故采用銅和鋁的電磁屏蔽就不再合適了。如果采用Fe來制作屏蔽罩的話，由于電磁場在鐵中的衰減遠快于銅和鋁，所以只需要較薄的鐵片即可。實際上，這時已經轉化成靜磁屏蔽。

　　可見，電磁屏蔽與靜電屏蔽有一定的共同點，即都是采用高電導率的金屬來制作屏蔽罩。但也有不同點，即靜電屏蔽只能消除電容耦合，防止靜電感應的影響，而且屏蔽罩必須接地；而電磁屏蔽是利用渦流來阻止電磁場的透入，并消除電磁場的干擾，屏蔽罩可不必接地。不過，因為電磁屏蔽的屏蔽罩增加了靜電耦合，所以為了避免這種不良影響，把屏蔽罩還是接地為好，這時實際上在電磁屏蔽的同時也起到了靜電屏蔽的作用。

　　總體而言，靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內容、物理條件、屏蔽作用均不同，所用材料也需視具體情況而定。