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影响屏蔽体的因素

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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。

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。

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。

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。

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。

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。

来源:电磁兼容之家
电源电路电磁兼容电场理论材料控制
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首次发布时间:2024-05-26
最近编辑:23天前
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