電磁屏蔽理論簡單分析

1、精選文檔電磁屏蔽理論分析隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電子電氣設(shè)備為人們的日常生活及社會建設(shè)提供了很大幫助，同時由此產(chǎn)生的電磁輻射與干擾問題又制約著人們的生產(chǎn)和生活，它不僅影響通訊甚至直接威脅到人類的健康及我們賴以生存的自然環(huán)境，因此有關(guān)電磁屏蔽問題受到人們的極大關(guān)注。所謂電磁屏蔽就是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈㈦姶泡椛湎拗圃谀骋灰?guī)定的空間范圍內(nèi)，按其原理可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。一、靜電屏蔽1、外電場屏蔽下圖1為利用導(dǎo)體空腔屏蔽外部靜電場的原理示意圖。A為需要屏蔽的物體，S為導(dǎo)體屏蔽空腔，在靜電平衡條件下空腔外表面兩側(cè)感應(yīng)出等量異號的電荷，電力線終止于導(dǎo)體外表面上，整個腔為等位體，腔內(nèi)無電

2、力線，因而實現(xiàn)腔內(nèi)物體不受外電場影響的目的。 圖12、內(nèi)電場的屏蔽當(dāng)屏蔽帶電體的電場時，除了要用導(dǎo)體空腔將帶電體屏蔽起來外，還必須將屏蔽空腔接地。圖2為屏蔽腔不接地狀態(tài)下的電力線分布情況，屏蔽腔的內(nèi)表面感應(yīng)出于帶電體等量的負(fù)電荷，外表面感應(yīng)出等量的正電荷。若將屏蔽腔接地，如圖3所示屏蔽空腔外表面所感應(yīng)的電荷將通過接地線流入大地，外部電場消失，電力線被限制在屏蔽空腔內(nèi)部起到屏蔽作用。 圖2 圖3二、穩(wěn)橫磁場的屏蔽靜磁屏蔽的目的是防止外界的靜磁場和低頻電流的磁場進(jìn)入到某個需要保護(hù)的區(qū)域，其依據(jù)的原理是利用高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻特性，使磁感線大部分從磁性介質(zhì)中穿過，從而導(dǎo)致磁場在磁性介質(zhì)中明顯加強

3、, 而在磁性介質(zhì)所包圍的區(qū)域內(nèi)則明顯減弱，起到屏蔽作用。如圖4所示。 圖4定量分析如下圖分界面nn為界面法線單位矢量，從介質(zhì)1指向介質(zhì)2，由邊界條件 (1) （2）其中為面電流密度，對于穩(wěn)恒磁場，=0 （3）由（2）（3），得 （4） （5）又，得 （6）由（5）（6）得 （7）由（7）可知當(dāng)時，得，從而由得。由此知大部分磁場能量并沒有進(jìn)入磁導(dǎo)率為的介質(zhì)中，而是存在磁導(dǎo)率為的介質(zhì)中。假如磁導(dǎo)率為的介質(zhì)做屏蔽體，磁導(dǎo)率為的介質(zhì)2所在空間為所要屏蔽的空間，那么介質(zhì)2所在空間磁場強度大大減弱，起到屏蔽作用三、電磁屏蔽理論分析首先我們引入幾個量方便我們解決問題：一、1、電磁波的阻抗具有電阻的量綱，經(jīng)進(jìn)

4、一步整理，特別的在真空中=377;這是一個很關(guān)鍵的中間量，在以下的計算中我們會一直借助這個量來詳細(xì)的討論平面垂直入射的電磁波的屏蔽情況。假設(shè)是屏蔽層外、中、腔內(nèi)的波阻，屏厚L， 分別是屏外的電磁場的電場和磁場的分量， 分別是屏內(nèi)的電磁場的電場和磁場的分量（由于屏腔內(nèi)電磁波的多次反射效應(yīng)較弱， 在此我們就將其忽略不計）2、反射系數(shù)3、傳輸系數(shù) ，設(shè)電磁波的傳播方向與屏蔽層表面法線成角， 表示入射波、反射波、傳輸波的傳送方向， 表示入射波入射角、傳輸波的出射角和傳輸波的折射角；利用電場和磁場分量在界面切線方向連續(xù)的原理：所以當(dāng)=0時，我們便可以得到：（+=1）對于電磁波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律的方程組如

5、下：設(shè)解為其中良導(dǎo)體時 （）電介質(zhì)時 二、電磁波傳輸系數(shù)的一階近似：電磁波在穿過一介質(zhì)是必遇到兩個界面如下圖，它在此兩個界面處的傳輸系數(shù)分別為所以總的傳輸系數(shù)是三、電磁波在介質(zhì)中的多次反射而形成的多次反射效應(yīng)：112233LZ1、 波由Z1進(jìn)入Z2的反射系數(shù)，傳輸系數(shù)： 2、 波由Z2進(jìn)入Z3的反射系數(shù)，傳輸系數(shù)：=3、 界面2 反射波在界面1的反射系數(shù)：4、 波進(jìn)入Z2為到界面2時5、當(dāng)反射到界面1時6、電磁波再經(jīng)界面1反射后如此反復(fù)經(jīng)過一定時間穩(wěn)定后，Z2中的正向電場強度為可以看出這是一個等比數(shù)列，且公比小于1所以E穿出右界面2的強度為總的傳輸系數(shù)為同理：仿照以上電場的分析，在磁場中的總的傳輸系數(shù)為其中由于在空氣中經(jīng)計算得且令可以得出定義屏蔽效率 令分別命名吸收損耗反射損耗多次反射效應(yīng)下面分別對這三個量進(jìn)行分析討論：（1） 吸收損耗（金屬，）可以看出其頻率越高吸收損耗越厲害；（2）反射損耗 其中在實際應(yīng)用中Z1通常是空氣，Z2通常是金屬在低頻時（）可見對于反射損耗其頻率越低損耗越大（3）多次反射效應(yīng)在金屬中 當(dāng)時，有可以忽略不計。因此SE=A+R=下面我們主要針對一定厚度特定的材料其屏蔽效果隨電磁波頻率的變化我們?nèi)?1 =1 f=1到1M Hz的變化范圍中L=10cmSH頻率圖像變化是從圖像上可以看出當(dāng)電磁波的頻率達(dá)到100kHz時，其屏