1、電磁干擾與兼容作業(yè)題 目： 磁場的屏蔽效能計算 指導(dǎo)老師： 姓 名： 學(xué) 號： 磁場的屏蔽效能計算 電磁屏蔽是用來保護(hù)電子設(shè)備的一項重要的手段，因此它在研究電磁兼容中占有重要的地位。電磁屏蔽是指以某種材料（導(dǎo)電或?qū)Т挪牧希┲瞥傻钠帘螝んw（實體或非實體）將需要屏蔽的區(qū)域封閉起來，形成電磁隔離，即其內(nèi)部的電磁場不能泄露出去，外來的輻射電磁場不能不能進(jìn)入這個區(qū)域（或進(jìn)出該區(qū)域的電磁能量將受到很大的衰減）電磁屏蔽不僅對輻射干擾由良好的抑制效果，而且對靜電干擾和傳導(dǎo)耦合干擾的電容性耦合、電感性耦合均由明顯的抑制作用。電磁屏蔽可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽、電磁屏蔽三類。1. 屏蔽效能的基本概念屏蔽的目的和分

2、類在高頻電路工作時，會向外輻射電磁波，對鄰近的其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。另一方面，空間的各種電磁波也會感應(yīng)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路徑，從而消除干擾。在解決電磁干擾問題的諸多手段中，電磁屏蔽式最基本和有效的。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。屏蔽由兩個目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄露出內(nèi)部區(qū)域，二是防止外來的輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域。屏蔽作用是通過一個將上述區(qū)域封閉起來的殼體實現(xiàn)的。根據(jù)屏蔽的對象不同，可以把屏蔽分為主動屏蔽和被動屏蔽。主動屏蔽的對象是干擾源，限制由干擾源產(chǎn)生的有害電磁能量向外擴(kuò)散。被動屏

3、蔽的對象是敏感體，以防止外部電磁干擾對它產(chǎn)生有害影響。根據(jù)屏蔽的作用原理，可以分為靜電屏蔽、磁屏蔽電磁屏蔽三種類型。靜電屏蔽的屏蔽體用良導(dǎo)體制作，并有良好的接地。這樣就把電場終止于導(dǎo)體表面，并通過地線中和導(dǎo)體表面上感應(yīng)電荷，從而防止有靜電耦合產(chǎn)生的相互干擾。磁屏蔽主要用于低頻下，屏蔽體用于高導(dǎo)磁率材料構(gòu)成低磁阻通路，把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi)，從而阻擋內(nèi)部磁場向外擴(kuò)散或外界磁場干擾進(jìn)入，有效防止低頻磁場的干擾。電磁屏蔽主要用于高頻下，利用電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和導(dǎo)體中傳播的急劇衰減來隔離時變電磁場的相互耦合，從而防止高頻電磁場的干擾。1.2屏蔽效能的表示和計算各種屏蔽體的性能，均用該屏蔽體的屏蔽

4、效能來定量評價。屏蔽效能表示屏蔽體對電磁騷擾的屏蔽能力和效果，它與屏蔽材料的性能、騷擾源的頻率、屏蔽體至騷擾源的距離、以及屏蔽體上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。傳輸系數(shù)T是指存在屏蔽體時某處的電場強(qiáng)度與不存在屏蔽體時同一處的電場強(qiáng)度之比，屏蔽效能shield effectiveness（SE）定義為在電磁場中同一地點無屏蔽存在時的電磁場強(qiáng)度與加屏蔽體后的電磁場強(qiáng)度之比，常用分貝（dB）表示， 傳輸系數(shù)與屏蔽效能互為倒數(shù)由于屏蔽效能是內(nèi)吸收損耗和反射損耗及多次反射損耗三部分組成，故傳輸系數(shù)為：式中，分別代表由于屏蔽體的吸收、反射及多次反射所引起的傳輸系數(shù)，故2. 屏蔽效能的計算在載有電流

5、的導(dǎo)線、線圈或變壓器周圍空間都存在磁場。若電流是時變的，則磁場也是時變的，處在時變磁場中的其它導(dǎo)線或線圈就會受到干擾。另外，電子設(shè)備中的各種連接線往往會形成環(huán)路。這種環(huán)路會因外磁場的影響而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即受到外磁場干擾，若環(huán)路中有強(qiáng)電流，則會產(chǎn)生磁場發(fā)射，干擾其他設(shè)備。 減小磁場干擾的方法，除在結(jié)構(gòu)上合理布續(xù)，安置元部件外，就是采取磁屏蔽。2.1 靜磁屏蔽的基本原理無限長磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能分析。如下圖所示，內(nèi)外半徑分別為的無限長圓柱腔導(dǎo)體橫截面。采用分離變量法分析無限長磁性材料圓柱腔的靜磁屏蔽效能，推導(dǎo)出在一定條件下此屏蔽效能的近似計算表達(dá)式。圖1.無限長圓柱導(dǎo)體橫截面磁標(biāo)位滿足拉普

6、拉斯方程邊界條件：依據(jù)假定靜磁場沿z軸不變化，從而磁標(biāo)位沿z軸不變化，簡化成一般解是均為待定常數(shù)。如果原點包含在場域中，為使在該點保持有限值遠(yuǎn)離圓柱腔處，不計磁化電荷的影響，磁場仍是，磁標(biāo)位則是所以邊界條件， 磁標(biāo)位解可簡化為整理后得解得，式中，。將已經(jīng)確定的常數(shù)F代入式，考慮到，得圓柱腔內(nèi)的磁標(biāo)位和靜磁場2.2靜磁屏蔽的效能分析令如果相對磁導(dǎo)率，如果圓柱腔壁厚度，平均半徑，且滿足大半徑、薄壁的條件（）時，上式可近似為圓柱腔的靜磁屏蔽效能可表示為dB滿足約束條件屏蔽體相對磁導(dǎo)率，且大半徑、薄壁時的近似2.3 數(shù)值計算分析 對于同一種材料，當(dāng)磁屏蔽體的厚度發(fā)生變化時，屏蔽效能的變化曲線。圖中，內(nèi)

7、半徑為。（a） (b)圖2.屏蔽的傳輸系數(shù)隨相對尺寸參數(shù)的變化曲線。 從曲線（a）可以看出，對同一種材料，傳輸系數(shù)隨著屏蔽體的相對尺寸增加劇烈震蕩，但是，其最大和最小值限定在一定的范圍之內(nèi)。由兩種不同材料的對比可知，磁導(dǎo)率的大小影響相比尺寸不是很明顯。對于曲線（b）得知，磁導(dǎo)率越高，屏蔽效能越大；屏蔽效能隨厚度從零開始增加。但是當(dāng)厚度增加到某一值時，繼續(xù)增加屏蔽體厚度屏蔽效能增加的非常緩慢，幾乎達(dá)到飽和的狀態(tài)。圖(3)為采用近似表達(dá)式計算的屏蔽效能隨材料厚度t的變化曲線，鋼（steel）、坡莫合金（78 Permalloy）及鐵氧體(Maganese_Zinc ferrite),它們的相對磁導(dǎo)率分別依次為500，3000及5000. （a）(b)圖3.屏蔽效能隨厚度的變化曲線圖3（a）和(b) 為內(nèi)半徑為時，磁屏蔽隨薄壁厚度變化的傳輸系數(shù)和相應(yīng)的屏蔽效能的曲線圖。由結(jié)果圖可以看出，磁導(dǎo)率越高，屏蔽效能越大；屏蔽效能隨厚度從零開始增加。但是當(dāng)厚度增加到某一值時，繼續(xù)增加屏蔽體厚度屏蔽效能增加的非常緩慢，幾乎達(dá)到飽和的狀態(tài)。其近似計算結(jié)果與公式計算的結(jié)果差異很小，可見采用近似表達(dá)式的實用性。 （a）(b)圖4.屏蔽效能隨腔體內(nèi)半徑的變化曲線。在上圖中相對磁導(dǎo)率取