顺利通过EMC试验（二十六）文字版
预习思考题
你知道同一种金属材料对不同种类的电磁波屏蔽效能不同吗？
电磁波在穿过一块屏蔽材料时，为什么会发生衰减呢？关于这个物理过程，虽然用电磁波的理论可以精确的进行解释，但是，我们作为产品工程师，并不需要了解到那个程度。况且求解那套方程式也不是非专业人士能做的。
我们用通俗，但是不失科学性的方式来解释这个过程。
首先，我们假设屏蔽材料是导电的。
当一束电磁波入射到一块导电材料时，电磁波中磁场就会在导电材料的表面感应出电流，这个电流会产生一个磁场。
电磁感应定律使我们有一个直觉，这就是，这个被激发出来的磁场的方向与入射电磁波的磁场方向相反。事实也是这样，因此这个感应磁场削弱了入射电磁波。
问题是，这个电流在屏蔽体的另一个表面也会产生磁场，这个磁场没有入射磁场来抵消它，于是称为一个新的辐射源，这就是我们看到的泄漏电磁场。
泄漏电磁场的强度会小于入射电磁场。这是因为，感应电流在屏蔽材料表面并不是均匀分布，而是向电磁波入射的表面集中，这就导致屏蔽材料的另一个表面上电流很小，因此泄漏电磁场很小。
这种电流向一个表面集中的现象，叫做“趋肤效应”，频率越高，这种效应越明显。由于趋肤效应，屏蔽材料越厚，在另一个表面的电流越小，泄漏的电磁场越少，屏蔽材料的屏蔽效果越好。
另外，电磁波的频率越高，泄漏越少。所以，高频电磁波比较容易屏蔽。或者说，低频电磁波的穿透力强。
这里，我们定量地分析一下屏蔽效能。
一种简单的分析屏蔽材料的方法是传输线方法。在这个方法中，把屏蔽材料看成一段传输线，把电磁波看成注入到传输线的信号。
右上图，是电磁波入射到屏蔽材料时发生的情况。右下图是电磁波的强度发生变化的情况。我们结合起来看。
假设入射电磁波的强度为E0。
当电磁波入射到屏蔽材料表面时，由于传输介质特性的突然变化，会发生反射，这会损失能量，这时电磁波中的电场强度降低为E1。
进入屏蔽体表面的那部分电磁波在屏蔽材料中继续传播，由于屏蔽材料具有损耗，因此电场强度会不断下降，当到达屏蔽材料的另一界面时，幅度降低为E2。
在这个界面，又会发生反射现象，使电场强度降低为E3，这部分电磁波就是屏蔽材料泄漏的部分。
如果用dBV/m表示电场强度，（E1 - E3）就是屏蔽效能。
图的左边，我们对（E1 - E3）做了分解，这种分解的合理性从右图可以看出来。
R代表反射损耗，A代表吸收损耗。总的屏蔽效能等于这两部分之和。
吸收损耗就是电磁波在屏蔽材料中传播时的衰减程度。
电磁波在介质中传播时的衰减特性如右上角的公式所示。这里的符号d代表趋肤深度，这与前面我们介绍的趋肤效应对应，是63%的电流所集中的表面深度。在这里，是指电磁波衰减到原来的37%时的传播距离。
根据这个公式，可以得到左边的两个吸收损耗的公式。
上边的公式是用趋肤深度表示的形式。十分直观，屏蔽材料每增加一个趋肤深度，吸收损耗大约增加9dB.。常用材料的趋肤深度可以从一些材料手册中查到。趋肤深度不仅与材料的种类有关，还与频率有关，同一种材料，频率越高，趋肤深度越小，因此，吸收损耗越大。
下边的公式是把趋肤深度的计算公式带入后的结果，吸收损耗与材料的相对导率mr和相对电导率sr之间关系一目了然。这里的相对磁导率和电导率是指相对于铜而言的，也就是，铜的磁导率和电导率都是1.。
从公式中可以看出，屏蔽材料的厚度t越大，吸收损耗越大，这是自然的。
另外，导体的磁导率和电导率越高，吸收损耗越大。也就是，导磁性和导电性对吸收损耗有影响。同样厚度的钢和铝，钢的吸收损耗大于铝的吸收损耗。因为，钢的导电性虽然不如铝，但是钢的导磁率很高，他们的乘积较大。
反射损耗代表了电磁波在屏蔽材料表面产生反射的程度，由于这个过程仅发生在屏蔽体的表面，因此，与屏蔽体的厚度无关。
反射损耗与电磁波的波阻抗ZW和屏蔽材料的特性阻抗ZS有关，反射损耗R的计算方法如图中公式所示。
波阻抗是电磁波中的电场分量与磁场分量的比值。在近场区域内（1/6波长以内），波阻抗ZW与辐射源的特性、辐射源的距离有关，但是，到了远场区域（1/6波长以外），电磁波的波阻抗为一个固定数值，无论什么性质的辐射源，波阻抗趋于377W。
大家可能感到困惑，什么样的辐射源产生高阻抗电磁波，什么样的辐射源产生低阻抗电磁波？
这很好记，如果电路是高阻抗的，就产生高阻抗电磁波，反之亦然。
例如，前面我们介绍的偶极天线，从直观上看，他的阻抗很高，因为两端是开路的。因此，偶极天线所产生的电磁波是高阻抗波。
环天线，从直观上看，他的阻抗很低，因为它是一个短路的环路，因此它产生的电磁波是低阻抗波。
高阻抗电磁波由于电场分量较大，因此，也叫做电场波，
低阻抗电磁波由于磁场分量较大，因此，也叫做磁场波。
在远场，波阻抗为377欧姆，叫做平面波。
材料的特性阻抗是一个与材料特性有关的参数，他还与电磁波的频率有关，这有点象电感的感抗与频率有关。
图中给出了一块0.5mm厚的铝板的屏蔽效能，通过解读这个图，我们建立一些基本概念。
1.屏蔽效能不同：同一种材料的屏蔽效能，对电场波、平面波、磁场波依次降低，也就是说，电场波最容易屏蔽，磁场波最难屏蔽，因此，在谈到屏蔽效能时，需要明确对于什么种类的电磁波；2.材料并不是限制屏蔽效能的因素：除了低频（10kHz以下）磁场以外，即使0.5mm厚的薄铝板，屏蔽效能也容易超过60dB，因此，除了低频磁场的场合，并不需要特别考虑金属材料的屏蔽效能是否满足要求；3.屏蔽效能与距离有关：距离电场源越近，屏蔽效能越高，距离磁场越近，屏蔽效能越低，这是因为波阻抗随着距离的变化所致，波阻抗越高，反射损耗越大，因此，当遇到磁场源时，要使屏蔽体尽量远离辐射源；4.低频磁场最难屏蔽：这是因为，“低频”注定了吸收损耗较小，“磁场”注定了反射损耗较小，总的屏蔽效能由这两部分构成，两者都小，自然总屏蔽效能也小，因此，在遇到低频磁场（例如，工业现场大功率负荷产生的工频，以及高次谐波磁场）产生的干扰问题时，不要对屏蔽寄予过高的希望；
