电磁屏蔽基本原理在电子设备及电子产品中，电磁干扰(Electromagnetic Interference )能量 通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输为满足电磁兼容性要求，对传 导性耦合需采用滤波技术，即采用EMI滤波器件加以抑制；对辐射性耦合 则需采用屏蔽技术加以抑制在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁 功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备 及系统电磁环境日益恶化的情况下，其重要性就显得更为突出屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一 区域内的一种方法由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面 波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和 对孔缝泄漏控制等方面都有所不同在设计中要达到所需的屏蔽性能，则 需首先确定辐射源，明确频率范围，再根据各个频段的典型泄漏结构，确 定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料，设计屏蔽壳体屏蔽原理电屏蔽的实质是减小两个设备(或两个电路、组件、元件)间电场感应的 影响电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下，将干扰源所产生的干扰 终止于由良导体制成的屏蔽体因此，接地良好及选择良导体做为屏蔽体 是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。
磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路，从而对干扰磁 场进行分流，因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳 等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干 扰源的远区场，即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量由于随着频率 的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄 漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素屏蔽效能 屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用 屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)来 衡量，屏蔽效能的定义：没有屏蔽体时，从辐射干扰源传输到空间某一点(P) 的场强1 ( 1 )和加入屏蔽体后，辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强2(2)之比，用dB (分贝)表示身寸辛丄貝辐身寸源屏蔽体匚0了 袞邹 ・-一壬 墜普FS-壬-屏蔽后电磁场通过金属材料隔离时，电磁场的强度将明显降低，这种现象就是金 属材料的屏蔽作用我们可以用同一位置无屏蔽体时电磁场的强度与加屏 蔽体之后电磁场的强度之比来表征金属材料的屏蔽作用，定义屏蔽效能（ShieldingEffectiveness，简称 SE）:，电场的屏蔽效能士 ■二■ 1 ■ = ■ 工・二・，磁场的屏蔽效能 式中：E1, H1为无屏蔽体时的电场强度和磁场强度,E2, H2为有屏蔽体时的电场强度和磁场强度。
屏蔽的分类工程中，实际的辐射干扰源大致分为两类：类似于对称振子天线的非 闭合载流导线辐射源和类似于变压器绕组的闭合载流导线辐射源由于电 偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式，实际的辐射源在空间某点 产生的场，均可由若干个基本源的场叠加而成（图2）因此通过对电偶极子 和磁偶极子所产生的场进行分析，就可得出实际辐射源的远近场及波阻抗 和远、近场的场特性，从而为屏蔽分类提供良好的理论依据P远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r （场点至源点的距离）的变化而 确定的，为远近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所 不同也有所不同.表2与图3分别用图表给出了灯的波阻抗特阻<.痕作十万勺为什么表丨函5>的场与传播特性场源类型.近场（远场（尸》论■场特性・传播特性•场特性・传播特性・电偶极子・非平面菠-■ [ ■■ — ■以X滾减.平面况1以尸衰减磁偶极子”非平面浪.1以丿衰减平面波・1以F衰减"波阻抗为空间某直电场强度与碰场强度之比，场源不同、威圾不同’则波阻抗昵源的波阻抗场源类型「7波阻抗*⑼•近场（「远场（厂电偶极子.X120 n 亦120JI磁偶极子，2疗120 b 几-POji ..匚乞硬件一万个为什么近场和远场干扰通过空间传输实质上是干扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传 播。
场可分为近场和远场近场又称感应场，远场又称辐射场判定近场 远场的准则是以离场源的距离r也定的我们常用波阻抗来描述电场和磁场的关系，波阻抗定义为Zo=E/H在远场区电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直称为平面波，电场和 磁场的比值为固定值，为Zo=120n=377欧下图为波阻抗与距离的关系―乞硬件+万牛删么能量密度包括电场分量能量密度和磁场分量能量密度，通过对由同一场 源所产生的电场、磁场分量的能量密度进行比较，可以确定场源在不同区 域内何种分量占主要成份，以便确定具体的屏蔽分类能量密度的表达式 由下列公式给出：1 = = 1 I电场分量能量密度 2 21 ** -* 1 | «* 0磁场分量能量密度 2 2场源总能量密度恥略+陷.廻怦十万勺为什么两类源的能量密度•场源类型•能量密度比较•近场（八唸），远场（尸＞%） •电偶极子.略〉〉略磁偶极子.毛硬件十万个为什么屏蔽体上孔缝的影响实际上，屏蔽体上面不可避免地存在各种缝隙、开孔以及进出电缆等各种 缺陷，这些缺陷将对屏蔽体的屏蔽效能有急剧的劣化作用上节中分析的理想屏蔽体在30MHz以上的屏蔽效能已经足够高，远远超过 工程实际的需要真正决定实际屏蔽体的屏蔽效能的因素是各种电气不连 续缺陷，包括：缝隙、开孔、电缆穿透等。
屏蔽体上面的缝隙十分常见，特别是目前机柜、插箱均是采用拼装方式， 其缝隙十分多，如果处理不妥，缝隙将急剧劣化屏蔽体的屏蔽效能根据孔耦合理论，决定孔缝泄漏量的因素主要有两个：孔缝面积和孔缝最 大线度尺寸两者皆大，则泄漏最为严重；面积小而最大线度尺寸大则电 磁泄漏仍然较大孔缝主要分为四类：• 机箱（机柜）接缝该类缝虽然面积不大，但其最大线度尺寸即缝长却非常大，由于维修、 开启等限制，致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝，采用 导电衬垫等特殊屏蔽材料可以有效地抑制电磁泄漏该类孔缝屏蔽设计的关键在于：合理地选择导电衬垫材料并进行适当的变 形控制• 通风孔该类孔面积和最大线度尺寸较大，通风孔设计的关键在于通风部件的选 择与装配结构的设计在满足通风性能的条件下，应尽可能选用屏效较高 的屏蔽通风部件• 观察孔与显示孔该类型孔面积和最大线度尺寸较大，其设计的关键在于屏蔽透光材料的 选择与装配结构的设计• 连接器与机箱接缝这类缝的面积与最大线度尺寸均不大，但由于在高频时导致连接器与机箱 的接触阻抗急剧增大，从而使得屏蔽电缆的共模传导发射变大，往往导致 整个设备的辐射发射出现超标，为此应采用导电橡胶等连接器导电衬垫。
综上所述，孔缝抑制的设计要点归纳为：•合理选择屏蔽材料；•合理设计安装互连结构选择屏蔽材料屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个 位置的场强E1与有屏蔽时该位置的场强E2的比值，它表征了屏蔽体对电 磁波的衰减程度用于电磁兼容目的的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减 到原来的百分之一至百万分之一，因此通常用分贝来表述屏蔽效能，这时 屏蔽效能的定义公式为：SE = 20 lg (El/ E2 ) (dB)用这个定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能，而无法确定应该使用什 么材料做屏蔽体要确定使用什么材料制造屏蔽体，需要知道材料的屏蔽 效能与材料的什么特性参数有关工程中实用的表征材料屏蔽效能的公式 为：SE = A + R (dB)式中的A称为屏蔽材料的吸收损耗，是电磁波在屏蔽材料中传播时发 生的，计算公式为：A=3.34t （fpmr ） （dB）t =材料的厚度，yr =材料的磁导率，or =材料的电导率，对于特定的材 料，这些都是已知的f =被屏蔽电磁波的频率式中的R称为屏蔽材料的反射损耗，是当电磁波入射到不同媒质的分 界面时发生的，计算公式为：R=201g（ ZW/ZS）（dB）式中，Zw=电磁波的波阻抗，Zs=屏蔽材料的特性阻抗。
电磁波的波阻抗定义为电场分量与磁场分量的比值：Zw = E / H在距 离辐射源较近（＜九/2兀，称为近场区）时，波阻抗的值取决于辐射源的性 质、观测点到源的距离、介质特性等若辐射源为大电流、低电压（辐射 源电路的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为低阻抗 波，或磁场波若辐射源为高电压，小电流（辐射源电路的阻抗较高）， 则波阻抗大于377，称为高阻抗波或电场波关于近场区内波阻抗的具体 计算公式本文不予论述，以免冲淡主题，感兴趣的读者可以参考有关电磁 场方面的参考书当距离辐射源较远（＞X/2n，称为远场区）时，波波阻抗 仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377Q屏蔽材料的阻抗计算方法为：I ZS I =3.68x10-7（fyr/or） （Q）f=入射电磁波的频率（Hz ），yr=相对磁导率，or=相对电导率从上面几个公式，就可以计算出各种屏蔽材料的屏蔽效能了，为了方 便设计，下面给出一些定性的结论•在近场区设计屏蔽时，要分别考虑电场波和磁场波的情况；•屏蔽电场波时，使用导电性好的材料，屏蔽磁场波时，使用导磁性好的 材料；•同一种屏蔽材料，对于不同的电磁波，屏蔽效能是不同的，对电场波的 屏蔽效能最高，对磁场波的屏蔽效能最低，也就是说，电场波最容易屏 蔽，磁场波最难屏蔽；• 一般情况下，材料的导电性和导磁性越好，屏蔽效能越高；•屏蔽电场波时，屏蔽体尽量靠近辐射源，屏蔽磁场源时，屏蔽体尽量远 离磁场源；有一种情况需要特别注意，这就是1kHz以下的磁场波。
这种磁场波一 般由大电流辐射源产生，例如，传输大电流的电力线，大功率的变压器 等对于这种频率很低的磁场，只能采用高导磁率的材料进行屏蔽，常用 的材料是含镰80%左右的坡莫合金孔洞和缝隙的电磁泄漏与对策一般除了低频磁场外，大部分金属材料可以提供100dB以上的屏蔽效 能但在实际中，常见的情况是金属做成的屏蔽体，并没有这么高的屏蔽 效能，甚至几乎没有屏蔽效能这是因为许多设计人员没有了解电磁屏蔽 的关键首先，需要了解的是电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系这与静 电场的屏蔽不同，在静电中，只要将屏蔽体接地，就能够有效地屏蔽静电 场而电磁屏蔽却与屏蔽体接地与否无关，这是必须明确的电磁屏蔽的关键点有两个，一个是保证屏蔽体的导电连续性，即整个 屏蔽体必须是一个完整的、连续的导电体另一点是不能有穿过机箱的导 体对于一个实际的机箱，这两点实现起来都非常困难首先，一个实用的机箱上会有很多孔洞和孔缝：通风口、显示口、安 装各种调节杆的开口、不同部分结合的缝隙等屏蔽设计的主要内容就是 如何妥善处理这些孔缝，同时不会影响机箱的其他性能（美观、可维性、 可靠性）其次，机箱上总是会有电缆穿出（入），至少会有一条电源电缆。
这 些电缆会极大地危害屏蔽体，使屏蔽体的屏蔽效能降低数十分贝妥善处 理这些电缆是屏蔽设计中的重要内容之一（穿过屏蔽体的导体的危害有时 比孔缝的危害更大）当电磁波入射到一个孔洞时，其作用相当于一个偶极天线（图1），当 孔洞的长度达到2/时，其辐射效率最高（与孔洞的宽度无关），也就是 说，它可以将激励孔洞的全部能量辐射出去对于一个厚度为0材料上的孔洞，在远场区中，最坏情况下（造成最 大泄漏的极化方向）的屏蔽效能（实际情况下屏蔽效能可能会更大一些） 计算公式为：SE=100 -201gL。