电磁屏蔽简介及应用技术

现代分析测试仪器属于精密电子仪器设备,在仪器工作运行时,产生有用的信号强度或电压的同时,也产生其他干扰电压,这种仪器设备本身的内部干扰,要在仪器设备的设计制造中去解决。另一种干扰是仪器设备的外部干扰,仪器设备的有用信号强度或电压,经由电磁波的形式利用辐射或导线传播出去,它将干扰其他电子设备的工作。外部干扰是多种多样的,克服外部干扰问题要采用各种屏蔽方法去解决。分析测试仪器大多有防电磁场干扰要求,应根据仪器种类和设置地点的电磁场干扰实际情况,采取屏蔽措施。例如火花源质谱室、离子探针室需采用屏蔽室进行电磁屏蔽。下面简要介绍有关电磁屏蔽方面的知识。

1.电磁干扰及传播

仪器设备的电磁干扰的传播途径,大体上可分空间辐射干扰和导线上的传输干扰两类。辐射干扰主要是高频电磁场在空间的传播所引起。当空间有静电荷时,则产生静电场。由于电磁感应作用则同时出现电场和电磁场。如果干扰源与被干扰设备使用同一条电源线,则干扰源可以沿电源线传播干扰波。有时传输干扰和辐射干扰同时存在。例如,当载有干扰波的导线在接收天线附近通过时,可以同时由感应和辐射产生干扰电压。干扰的结果是产生静电感应、磁场感应和电磁感应。几种同时存在或仅有某一种单独存在,要根据具体干扰效应而定。

2.屏蔽原理

为了防止静电的、磁场的或电磁场的相互感应的采取的方法和措施称为屏蔽。屏蔽的目的是要将电力线或磁力线的影响限制在某个允许的范围内;或者要在给定的空间内防止外部干扰的影响。屏蔽一般分下述三种,即静电屏蔽是防止静电耦合干扰;磁屏蔽是防止低频的磁场感应;电磁屏蔽是防止高频电磁波干扰。

(1)静电屏蔽。静电屏蔽用于防止两个电路之间的分布电容的耦合;也用于防止高阻抗线路由于高电位引起的静电感应,使内部的电力线传不到外部去。同时,外部的电力线也不影响其内部。(www.xing528.com)

(2)磁屏蔽。对于低频交流磁场的屏蔽比对高频磁场的屏蔽要困难得多。这种低频磁场的屏蔽要求用高磁导率和低电阻率的金属材料。例如在标准的工频范围内,就要用很厚的铜板才能达到磁屏蔽的效果。对弱磁场的屏蔽要用高磁导率的坡莫合金或其他类似的合金材料。或者采用多层金属的屏蔽措施以减少涡流的产生。例如对电源变压器的磁屏蔽可用多层铁皮将变压器的铁芯部分包封起来,以阻挡和减少产生磁场耦合。磁屏蔽的作用原理是使磁力线全部包围在屏蔽层的内部,不让磁力线扩散到屏蔽层的外部去。

(3)电磁屏蔽。通常所指屏蔽多半是指电磁屏蔽而言。电磁屏蔽主要是用来防止高频电磁场的干扰和影响。电磁屏蔽所采用的屏蔽材料要用低电阻率金属,例如铜或铝。它的屏蔽作用是使干扰波在屏蔽层内部产生涡流而起屏蔽效果。如果将电磁屏蔽用的金属体接地,则它同时也就具有静电屏蔽的作用。除超高频和特高频的电子设备等个别情况外,电磁屏蔽用的高导电率金属材料的厚度,一般说来,只要保证有一定的机械强度就足够了。

4.屏蔽室

屏蔽室广泛用于低电平设备的调试、测量仪器的校准以及抑制高频设备的泄漏和干扰等。它所要求的屏蔽效果因屏蔽室的用途不同而异。通常屏蔽层的吸收损耗能达到100dB(分贝)数量级时已能满足大多数情况的屏蔽要求。若用10密耳厚的铜皮将一个房间完全包封起来,再在电源引入线端设置一个高频滤波器以防止高频电磁波沿电源线引起的泄漏,一般说是可以获得100dB数量级的吸收损耗的屏蔽效果的。但因采光、通风等要求,房间完全被包封起来是不可能的。改用金属网屏蔽后开窗就比较方便些。为了施工方便,常采用(1.5×1.5)mm2的网孔。从导电系数大和化学性能稳定方面着想,最好采用铜丝网。若对屏蔽要求不是很高,例如某些仅仅为了不使外部干扰源侵入的屏蔽而不是防止房间内的高频电磁波泄漏出去,则从造价上考虑可以采用镀锌钢丝网。采用金属网时,多半在金属网的连接处出现不良的电流通导性,这是引起屏蔽效果降低的原因,所以要将网孔的接触点用特殊方法焊接起来,以提高金属网的导电性。金属网在拼接处也要加以处理。

采用单层金属网屏蔽只能获得40~50dB的屏蔽效果。若要取得更大的屏蔽效果,可采用双层金属网屏蔽。它的做法通常用木材制成骨架,然后在木架两边包上金属网。内外两层金属网之间是绝缘的,只有在电源线引入处进行电气的一点连接。这一点也就是屏蔽层的接地点。两屏蔽层之间的距离要保持在10cm左右。如果间距较小,则因木材的漏电阻很低(仅几百欧),将降低屏蔽效果。门缝和电源引入线处都存在着电磁泄漏问题。要求门与屏蔽壁之间保持良好的电气连接。一般做法是用磷铜弹簧片来加以处理。必须指出,若门是经常出入使用的,则容易出现接触不良的现象,所以要经常检查。另外,电源线进入屏蔽室处虽已加装了高频滤波器,有时还要在配电线上装几节不同截止频率的低通滤波器以防止干扰波沿配电线路泄漏。屏蔽室内所有配电线都要采用穿金属管敷设。或采用铅包电缆沿墙根敷设,而所有金属管都要有良好的接地。引出屏蔽室的电线要与屏蔽面成直角。当屏蔽室外面有变压器时,该变压器要有良好的屏蔽。