無線電設備的電磁屏蔽簡介

電磁屏蔽（electromagic shield ）是指利用導電材料或鐵磁材料制成的部件對大容量汽輪發(fā)電機定子鐵心端部進行屏蔽，以降低由定子繞組端部漏磁在結構件中引起的附加損耗與局部發(fā)熱的措施。在通信方面屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

我們在研討無線電設備接收和發(fā)射的工作中，常常要用到屏蔽的概念，在將交流電變換為直流電的過程中也會經常碰到到屏蔽的問題，工業(yè)上用高頻交流電加工零件和醫(yī)學上用高頻電流醫(yī)治病人時也會涉及到屏蔽。有些專業(yè)書籍上介紹的屏蔽問題太籠統(tǒng)，遇到一些具體問題都繞開了，咱們還是從實用的角度來探討一下。從廣義上講，所謂屏蔽就是：用技術手段將電磁能量限制在規(guī)定的空間范圍內，這種限制就是用一切可能的方法來阻止電磁能量的向內部或向外部傳播。

其實，在無線電技術中，屏蔽不屬于電路設計，而是屬于機器設備的結構設計。在專門生產無線電設備的大型企業(yè)里，結構設計是一個專門的部門，電路設計、結構設計、工藝設計等都服從于設備的總體設計，為設備的總體設計服務。盡管現在還不能用工程計算來直接決定一個無線電電路是否需要某種程度的屏蔽，以及確定某種屏蔽的類型是否足夠（通常都是用實驗的方式來最后 確定），但是了解屏蔽的物理作用并對它有一定性的認識，這對我們確定無線電設備性能的優(yōu)劣、改進我們手頭無線電設備的性能、尤其是設計制造新型的無線接收機時進行結構設計都是有幫助的，這一點對我們的網友——直流電大俠也許會有參考價值。

電磁屏蔽包括電場屏蔽和磁場屏蔽

一、 電場屏蔽

請看下圖

若a點是無線電設備中某一工作在射頻狀態(tài)的點，b點是同一設備中需要屏蔽的點，do點是該設備的零電位點，c1是a點對b

點的雜散寄生電容，c2是b點對do點的雜散寄生電容，在a點電位ua的作用下，b點產生的電位為 ub ub=ua（c1/（c1+c2）),從公式中可以看出：減小c1或增大c2 都能使ub的電位減少。這就是設計電場屏蔽的理論基礎。（上面的分析應該是用容抗的概念，為了便于說明問題，這里就 直接用c1、c2代替了。）

在設計無線電設備時，我們可以增大a、b兩點之間的距離來減小c1，或是減少a、b兩點的元器件表面積來減少c1，但這兩種措施都有一定的局限性，所以，我們可以采取下面的方法。

請看下如圖

為了減小c1，我們在a與b之間加入一塊金屬平板j，這時，電容c1被分為兩個串聯的電容c3和c4，c5為金屬板與參考點

uo之間的電容，c'為a，b之間加入金屬板之后的寄生電容，其值非常小，可以忽略不計。此時經過y/△變換后，求得bb電壓

為：ub=ua(c3*c4)/((c3+c5)(c4+c2))

從上式可知：當加入金屬板后，ub電位可高于或可低于加入金屬板前的電位，分析如下：當c3比c5大得多的時候，金屬板電位大約等于ua電位，而c4總比原來的c1大，這時的ub反而比加入金屬板前的電位高，這時加入的屏蔽體（金屬板）不是有利，反而是有害的。若增大c5，則ub電壓會下降，當c5無限增大，變成屏蔽體接地，從公式可以看出：ub≈0，也就是說，我們達到了屏蔽的目的。所以我們得到的結論是：

1、 為了屏蔽電場，屏蔽體必須妥善接地，可以是設備的機殼、底板或電路的零電位點。

2、 由于屏蔽體內的電流不大，所以電場屏蔽的效果不決定于屏蔽體的材料厚度。

3、 在屏蔽體上為了散熱或調節(jié)元器件而加工的狹槽和小孔，只要其幾何尺寸比設備工作的波長和屏蔽體本身的幾何尺寸小得多，就不會影響電場屏蔽的效果。

4、 改變設備的工作頻率不影響屏蔽體對電場屏蔽的效果，

5、 為了更好地屏蔽電場，最好將要屏蔽的電路、元器件、

設備用屏蔽材料包圍或封起來。

二、磁場屏蔽

物理學中的焦爾——楞次定律告訴我們：在有電流流過的任合電路的周圍空間都會產生磁場，如果這個電流是交變的，那么產生的這個磁場也是交變的。當這個交變的磁場通過某一個閉合的回路時，在閉合的回路中就會產生一個交變的電流，這就是磁場耦合。所謂磁場屏蔽，就是把這種磁場耦合截斷，或是把這種磁場耦合降低到最小的程度。

工程上解決磁場屏蔽的方法有兩種，就是“山海經”里面“大禹治水”的方法，一是“堵”，二是“疏”。所謂“堵”，就是用磁阻損耗大的導磁材料把磁場能量消耗掉，所謂“疏”，就是用磁阻特別小，而且導磁率特別高的導磁材料把磁場旁路掉。

1、利用渦流和磁滯的方法（“堵”的方法）

利用導磁材料的渦流損耗和導磁材料的磁滯損耗特性來達到磁場屏蔽。

見下圖所示

電路a由于交變電流引起磁場變化對電路b有磁場耦合作用，為減少這種耦合作用，我們在a與b之間放置金屬板j，見下圖。

在電路a交變電流產生磁場的作用下，金屬板j內部將感應出交變電流，我們把這個交變電流稱為渦流，渦流產生的磁場與電路a產生的磁場正好相反，從而減小了電路a對屏蔽體j后面的電路b的磁場耦合，這樣就達到了利用渦流來進行磁場屏蔽的目的。

從上面的物理分析可知：

1、 渦流越大，產生的反向磁場也越大，屏蔽的作用也越好。

2、 渦流的大小由屏蔽體的電阻率和厚度有關。

3、 金屬板j中的微小磁極分子在交變磁場的反復作用下會產生磁滯損耗，也會消耗電路a產生的交變磁場的磁場能量，使磁場

屏蔽的效果進一步提高。

4、 磁滯損耗大的屏蔽材料，其屏蔽效果好，鐵磁材料好于銅、鋁材料。

另外，由于高頻電流在導線中傳播時會產生趨膚效應，同樣，高頻渦流在屏蔽體中也產生趨膚效應，此時的趨膚效應我們把它叫做“渦流透入深度”。如果屏蔽體的厚度小于渦流的透入深度，會減小屏蔽體中的渦流，使的屏蔽效果變差。工程上常常采用下面兩個表示透入深度的參數。x0.1表示屏蔽體中電流密度和磁場強度減小到表面處1/10的數值，x0.01 表示屏蔽體中電流密度和磁場強度減小到表面處1/100的值

其表達式如下:

以金屬銅為例，當頻率為525khz時（中波頻率的下限），通過計算我們得知：x0.1≈0.2mm（毫米），x0.01≈0.4mm（毫米）鐵（低碳鋼）：x0.1≈0.7mm，x0.01≈1.5mm從上述計算可知：對于中波以上的高頻信號，任何金屬材料制成0.5～1.5mm厚的屏蔽物，其屏蔽效果都是十分好的。當我們要屏蔽的對象是電源變壓器時，工作頻率是50hz，此時的銅材料：x0.1≈22mm , x0.01≈44mm　鐵材料：x0.1≈32mm , x0.01≈65mm

從上面可以看出，這么厚的屏蔽材料是不可能用在機器上的，實際上也是行不通的，所以，這時必須采用下面的方法。

二、利用高導磁率材料的屏蔽（“疏”的方法）

利用高導磁材料μ特別大和磁阻遠比空氣小的特點，使磁力線的絕大部分都通過屏蔽體，形成磁回路的捷徑（旁路磁力線），達到屏蔽低頻磁場的目的。這樣的高導磁材料常見到的有：

1、 熱軋硅鋼片，導磁率可達6000～8000左右

2、 冷軋硅鋼片，晶粒有取向的導磁率可達12000～14000左右，晶粒無取向的導磁率可達16000～18000左右

3、 坡莫合金，導磁率可達12000～20000左右

硅鋼片的機械特性不好，加工成型特困難，坡莫合金的機械加工比較容易，就是成本太高。

從磁場屏蔽的物理作用來看，屏蔽體的接地與否，對磁場屏蔽的性能是沒有影響的，而電場屏蔽的屏蔽體必須要接地，為了使屏蔽體同時達到電場和磁場的屏蔽，屏蔽體還是要可靠接地。 來源:朦煙