微信号电路设计中电磁兼容影响分析论文(5)

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起的磁分路作用，使屏蔽体内部的磁场大大减小，如图3-3所示。

图3-3 磁场屏蔽

磁场屏蔽设计应遵循如下原则：

(1) 磁屏蔽体应选用高磁导率的铁磁性材料。防止磁饱和； (2) 被屏蔽物与屏蔽体内壁应留有一定间隙。防止磁短路现象发生；

(3) 可增加屏蔽体壁厚，单层屏蔽体壁厚不宜超过2.5mm。若单层屏蔽体的屏蔽效果不好。可采用双层屏蔽或多层屏蔽，也可防止磁饱和；

(4) 应使屏蔽体的接缝与孔洞的长边平行于磁场分布的方向，圆孔的排列方向要使磁路增加量最小。目的是尽可能不阻断磁通的通过；

(5) 屏蔽体加工成型后都要进行退火处理；

(6) 从磁屏蔽的机理而言，屏蔽体不需接地，但为了防止电场感应，一般还是要接地。

3.3.1 低频磁场的屏蔽

这里所指低频一般在100kHz以下。原理：利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。 由于铁磁材料的磁导率比空气的磁导率大得多，所以铁磁材料的磁阻很小。将铁磁材料置于磁场中时，磁通将主要通过铁磁材料，而通过空气的磁通将大为减小，从而起到磁场屏蔽作用。如图3-4所示：

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不正确不正确正确铁磁材料铁磁材料正确（a）（b）图3-4 低频磁场屏蔽

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如图3-5所示，设相近的两平行导线1和导线2。导线1对导线2的磁场耦合干扰为：

U2?j?MI1 （ 2 ）

图3-5 导线的磁耦合

【式中：M为两导线间的分布互感，M＝Φ/I1；I1为导线1流过的电流；Φ为电流I1产生的对导线2交链的磁通。为抑制磁场耦合干扰，应尽量减少分布互感M，也就是减少干扰源与被干扰电路之间的交链磁通Φ。】

若屏蔽此类干扰，最好选用具有高导磁率的铁磁材料做成屏蔽壳体，将干扰源屏蔽起来，这样能使干扰源产生的磁通被引导至铁磁材料中，从而不与被干扰的电路交连。同理，也可将被干扰的电路屏蔽起来。对于有关屏蔽壳体的制作，需要注意以下事项：所选用材料磁路的磁阻Rm越小越好，Rm＝L/μS（L为磁路长度；S为磁路横切面积；μ为导磁率）。从上式可知：选用μ值高的铁、硅钢片、坡莫合金等；在屏蔽壳体设计时，应使壳体有足够的厚度以增大S，达到增加屏蔽效果的目的；在垂直于磁通方向不能开口，以免增大磁阻；为了更好地提高屏蔽效果，有时采用多层屏蔽，在安装时要注意将屏蔽壳体拧紧。

3.3.2 高频磁场的屏蔽

频率在100kHz以上的高频磁场。屏蔽原理：利用电磁感应现象在屏蔽壳体表面所产生的涡流的反磁场来达到目的。由于铁磁材料在高频情况下，其磁性损耗太大，不利于在屏蔽壳体上形成尽量大的涡流，达不到有效消除高频磁场干扰的目的。图3-6为一个良导体制成的屏蔽壳体对一个电子线路的屏蔽等效电路图。

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图3-6 电子电路屏蔽等效示意图

图3-6中，L为电子电路的电感；M为电子电路与屏蔽壳体的互感；Ls为屏蔽壳体的电感；I为电子电路的电流；Rs为屏蔽壳体的电阻。从而可得出屏蔽壳体上形成的涡流为：

IS?j?MI?RS?j?LS? （ 3 ）

当频率高时，ωLs>>Rs，此时Rs可忽略不计，则式（ 3 ）可简化为

IS?MILS （ 4 ）

当频率低时，ωLs<

I电材料。

S?j?MIRS （ 5 ）

由式（ 3 ）可知，涡流随着频率的升高而增大，这就说明高频磁场屏蔽应当选用导由式（ 4 ）可知，在高频段，涡流大小与频率无关，即涡流随频率升高增大到一定程度后，继续升高频率其屏蔽效果就不再增强了。

由式（ 5 ）可知，在低频段，ω低，Is小，其屏蔽效果差；Rs小，Is大，屏蔽效果好，而且屏蔽损耗也少，这就要求屏蔽材料选用良导体。

由于高频趋肤效应，涡流仅在屏蔽壳体表面薄层流过，因此，在设计高频屏蔽壳体时，与低频屏蔽壳体不同，无需做得很厚，只需保证一定的机械强度即可，一般为0.2~0.8mm。对于屏蔽导线，通常采用多股线编织网，因其在相同体积下有更大的表面积。如图3-7所示：

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图3-7 涡流效应

金属板涡流3.4 电磁屏蔽

通常所说的屏蔽，一般指的是电磁屏蔽，即是指对电场和磁场同时加以屏蔽。电磁屏蔽一般也是指用来防止高频电磁场的影响的。

在交变场中，电场分量和磁场分量总是同时存在的，只是在频率较低的范围内，干扰一般发生在近场，而近场中随着干扰源的特性不同，电场分量和磁场分量有很大差别。高压低电流源以电场为主，磁场分量可以忽略，这时就可以只考虑电场的屏蔽。而低压大电流干扰源则以磁场为主，电场分量可以忽略，这时就可以只考虑磁场的屏蔽。

随着频率增高，电磁辐射能力增加，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰，远场中的电场、磁场均不能忽略，因而就要对电场和磁场同时屏蔽即电磁屏蔽。高频时即使在设备内部也可能出现远场干扰，因此需要电磁屏蔽。

如前所述，采用良导电材料，就能同时具有对电场和磁场（高频）屏蔽的作用。由于高频集肤效应，对于良导体而言，其集肤深度很小，因此电磁屏蔽体无需做得很厚，其厚度仅由工艺结构及机械性能决定便可。

当频率在500kHz～30MHz范围内，屏蔽材料可选用铝；而当频率大于30MHz，则可选用铝、铜、铜镀银等。

值得注意的是，电磁屏蔽在完成电磁隔离的同时，可能会给屏蔽体内的场源或保护对象带来一些不良影响。若屏蔽体内是接在电压源上的线圈，则电压源所产生的电流随着屏蔽体的出现而改变。这是由于线圈产生的场在屏蔽体内表面上感应出电流及电荷，这些电流和电荷产生的二次场反作用于线圈上，在线圈中产生感应电动势，该附加感应电动势使线圈中的电流发生改变。

若屏蔽体内是无源的线圈闭合回路，则在外部场感应电动势的作用下，电路内将产生感应电流。改变外场使有屏蔽及无屏蔽的电动势保持不变，在这两种情况下，线圈中的电流是不同的，这是因为线圈中电流产生的场作用于屏蔽体，屏蔽体上电流、电荷产生的二次场反作用于线圈，或者说屏蔽体把复阻抗引入线圈内，从而改变了线圈中的电流。如果把线圈与外电路断开，使线圈内电流始终为零而不产生电磁场，这时屏蔽体只起电磁隔离作用而对其内的线圈无影响。

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3.5 小结

在屏蔽技术的使用上，为达到良好的效果，应根据干扰源的实际情况，分别采取不同的方法：

当干扰源产生的干扰是以电压方式出现时，应采取电场屏蔽的方法。要求屏蔽壳体良好接地，接地电阻应小于2mΩ；

当干扰源产生的干扰是以电流形式出现时，应采取磁场屏蔽的方法；

当干扰源的频率低于100kHz时，采用高导磁率的铁磁材料来做屏蔽壳体，屏蔽壳体尽可能厚一些，应注意不能在磁通垂直方向开口；

当干扰源的频率高于100kHz时，应采用良导体的材料来做屏蔽壳体，壳体的厚度只考虑满足机械强度的要求，仅0.2~0.8mm即可。

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