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1、电磁波的危害与屏蔽原理摘要电磁辐射日益危害人类社会，给人们的身体健康以及生存环境带来极大十 扰，因此电磁波的屏蔽问题显得尤为重要。本文以电磁波的基础理论为前提，通 过电磁场与电磁波的基本方程、媒质电磁特性、均匀平面波的反射折射以及到行 电磁波的理论基础，阐述电磁辐射的屏蔽原理。电磁屏蔽原理分别从静电屏蔽、 交变电场屏蔽、磁场屏蔽等几个方面研究，获得电磁屏蔽的基本原理。关键词电磁波；危害；屏蔽原理引言随着现代科学技术的发展，各种电子、电气设备给人们的日常生活以及社会 建设提供了很大帮助；与此同时，电子、电气设备工作过程中产生的电磁辐射以 及干扰问题制约着人类的生产和生活，导致人类空间电磁环境日益
2、恶化，不但影 响到通讯领域，而且直接威胁到人类的健康。因此，我们要了解电磁波的危害以 及对电磁波的屏蔽原理，采取有效措施控制电磁辐射污染，净化电磁环境。正文1电磁波的危害电磁能量以波的形式向远方传播而不返回场源，电磁波无序超量辐射造成电 磁波污染。电磁波污染分为自然电磁污染和人为电磁污染两类。自然电磁污染由 一些自然现象所引起，如太空背景噪声、太阳黑子及其它天体运动产生的无线电 噪声、雷电放电等，对电子设备正常工作造成严重影响；人为电磁污染主要由各 种生活类电子产品和生产类电气设备工作时产生，辐射频率范围广，强度要大于 自然电磁污染，密切关系到人类生存环境。1.1电磁波影响人体机能电磁辐射会引
3、起中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏、紧张为主的植 物神经紧张失调，一般分为热效应和非热效应。热效应在微波波段最为明显，以下为主要原理。组成人体细胞和体液的分子 大都是取向杂乱无章的极性分子，在交变电磁场辐射作用下，极性分子沿电场方 向排列起来，随着电场的快速变化，极性分子也快速改变取向，在此过程中，相 邻分子间发生摩擦碰撞，使电磁能量转化为人体组织的热能；同时，人体电解质 溶液中的离子也因电磁场作用而振荡产热；另外，人体近似导体部位会产生局部 感应电流而产热。非热效应体现在对人体若电磁场的影响。人体经电磁波辐射后，体温没有明 显升高，但已经干扰到人体的微弱电磁场，造成遗传基因发生畸形突变
4、，诱发白 血病和肿瘤；还会引起胚胎染色体改变，导致胎儿畸形或孕妇流产；长时间还可 能破坏脑细胞，抑制条件发射，引起神经机能紊乱。1.2电磁波影响生存环境随着通信天线、高压输电线路、电视信号发射塔等电气设备的建设以及家用 电器的增多，日益严重的电磁辐射对环境的造成不同程度的污染。严重的电磁污 染会造成植物的基因变异、无法生长甚至死亡，也会对家畜、野生动物等造成不 良影响。1.3电磁波影响设备工作大功率高频设备输出能量非常强，工作期间形成高频辐射异常强大，严重干 扰周围其他电子仪器、精密仪表工作，对通讯信号、参数测试造成严重影响，甚 全使周围所有设备不能正常工作。2电磁屏蔽原理为抑制电磁干扰，实现
5、电磁辐射防护，主要手段就是对电磁波进行屏蔽。屏 蔽是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区 域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源 包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起 来，防止它们受到外界电磁场的影响。屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部 电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射） 和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的 作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。电磁屏蔽按其屏蔽原理分为电场
6、屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽分 为静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽分为恒定磁场屏蔽和交变磁场屏蔽；静电 屏蔽又分为外电场屏蔽和内电场屏蔽两种情况。2.1静电屏蔽在静电场中，电力线起始于正电荷，终止与负电荷。静电屏蔽就是设法使电 力线终止于屏蔽体的表面上，抑制静电场的影响。2.1.1外电场屏蔽如图2.1，设A为需要屏蔽物体，S为导体屏蔽体，在静电力平衡条件下， 空腔外表面感应出等量异号电荷，电力线终止于导体外表面上，整个空腔为等位 体，腔内无电力线，实现腔内物体不受电场影响。理论上，S没有必要接地，但是由于S实际上不可能完全封闭，为了防止外 部电场入侵内部，造成直接或者间接的静电耦合，实
7、际应用时最好S接地。2.1.2内电场屏蔽原理同外电场屏蔽，但是屏蔽空腔外的空间存在感应电荷产生静电场，达不 到屏蔽作用，因此S必须接地，使得S表面感应出来的电荷全部导入大地，外部 电场消失，实现屏蔽作用。2.2交变电场屏蔽如图2.2, 干扰场源A，接收器B，屏蔽体S，之间的电场感应效应用耦合电 容描述。当S接地后，B的电压为V =CVB C1 + C2 + C4 A由于此时C1远远小于A、B之间的直接耦合电容，因此A对B的作用VB也 大大减弱，起到了屏蔽作用。如果S无限大，将A包围起来，那么C1趋于0，A 对B的作用也将为0，达到完全屏蔽的效果。C3- I 一CO C2C1图2.22.3磁场的
8、屏蔽2.3. 1低频磁场低频磁场的屏蔽机理是利用高导磁材料的低磁阻特性，是磁场通过磁阻小的 通路而不扩散到周围空间去，从而起到屏蔽的作用。如图2.3.1，使用磁屏蔽体时，磁屏蔽材料的磁导率越高，屏蔽体越厚，磁 阻越小，效果越好。当高频时材料磁性损耗很大，磁导率下降，因此不能屏蔽高 频磁场。图 2.3.1图 2.3.2.（a）图 2.3.2（b）2.3.2高频磁场高频磁场的屏蔽利用良导体的感应电流产生磁场总是抵消磁场变化的原理 实现。如图2.3.2（a），等效电路如图2.3.2（b），分析的屏蔽体中感应电流为. jwMis r + jwL式中 ic线圈中电流，A；rs屏蔽体的电阻，。；Ls屏蔽和
9、电感，Wb/A；M线圈与屏蔽和导体之间的互感，mH。高频情况下分析可得，由于。 wLi r Mi = kcis L c n s式中 k线圈与屏蔽体的耦合系数；nc线圈匝数；ns对于屏蔽罩取值为1.上式表明，屏蔽体的感应电流与线圈中的电流以及耦合系数有关，与频率无 关，也就是在高频情况下，感应电流产生的磁场足以抵消线圈磁场的干扰，起到 屏蔽效果。低频情况下则效果很差。2.4电磁场屏蔽2.4.1通常说的屏蔽大多是指电磁屏蔽（1）、当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流， 形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。（2）、当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线 限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。（3）、在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果 时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。2.4.2电磁波屏蔽材料制法（1）、在电器外壳上涂镀低熔点金属的金属层，或是在表面涂敷混有金属粉 的导电性涂料；（2）、用含金属的纤维或含导电成分的树脂配合料制成金属屏蔽壳。所制成 的膜或壳的导电率至少应在10S/cm以上。参考文献1 http:/ http:/
