如何屏蔽电磁辐射（电磁屏蔽根本原理）
在电子装备及电子产品中，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。为满足电磁兼容性请求，对传导性耦合需采取滤波技巧，即采取EMI滤波器件加以克制；对辐射性耦合则需采取屏蔽技巧加以克制。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长、高下电平器件或装备大批混杂应用等因素而导致装备及体系电磁环境日益恶化的情形下，其主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办法。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根据辐射源的不同，在材质选择、构造形状和对孔缝泄露掌握等方面都有所不同。在设计中要到达所需的屏蔽性能，则需首先肯定辐射源，明白频率规模，再依据各个频段的典范泄露构造，肯定掌握要素，进而选择适当的屏蔽材质，设计屏蔽壳体。
屏蔽原理
电屏蔽的本质是减小两个装备（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，将干扰源所发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症结因素。
磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场供给低磁阻的磁通路，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质和设计盒、壳等封锁壳体成为磁屏蔽的两个症结因素。
电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和接收来屏蔽辐射干扰源的远区场，即同时屏蔽场源所发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码相当，从而导致屏蔽体的孔缝泄露成为电磁屏蔽最症结的掌握要素。
屏蔽效能
屏蔽体对辐射干扰的克制才能用屏蔽效能SE（Shielding Effectiveness）来权衡，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）和参加屏蔽体后，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）表现。
电磁场通过金属材质隔离时，电磁场的强度将显著下降，这种现象就是金属材质的屏蔽作用。我们可以用同一地位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质的屏蔽作用，定义屏蔽效能（ShieldingEffectiveness，简称SE）：
，电场的屏蔽效能
，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：相似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源和相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根本情势，实际的辐射源在空间某点发生的场，均可由若干个根本源的场叠加而成(图2)。因此通过对电偶极子和磁偶极子所发生的场进行剖析，就可得出实际辐射源的远近场及波阻抗和远、近场的场特征，从而为屏蔽分类供给良好的理论根据。
远近场的划分是依据两类根本源的场随1/r（场点至源点的距离）的变更而肯定的， 为远近场的分界点，两类源在远近场的场特点及流传特征均有所不同。
近场和远场
干扰通过空间传输本质上是干扰源的电磁能量以场的情势向四周空间流传。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写电场和磁场的关系，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流传方向垂直称为平面波，电场和磁场的比值为固定值，为Zo=120=377欧。下图为波阻抗与距离的关系。
能量密度包含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发生的电场、磁场分量的能量密度进行比拟，可以肯定场源在不同区域内何种分量占重要成份，以便肯定具体的屏蔽分类。能量密度的表达式由下列公式给出:
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点，这些缺点将对屏蔽体的屏蔽效能有急剧的劣化作用。
上节中剖析的幻想屏蔽体在30MHz以上的屏蔽效能已经足够高，远远超过工程实际的须要。真正决议实际屏蔽体的屏蔽效能的因素是各种电气不持续缺点，包含：缝隙、开孔、电缆穿透等。
屏蔽体上面的缝隙十分常见，特殊是目前机柜、插箱均是采取拼装方法，其缝隙十分多，如果处置不妥，缝隙将急剧劣化屏蔽体的屏蔽效能。
依据孔耦合理论，决议孔缝泄露量的因素重要有两个：孔缝面积和孔缝最大线度尺码。两者皆大，则泄露最为严重；面积小而最大线度尺码大则电磁泄露仍然较大。
孔缝重要分为四类：
● 机箱（机柜）接缝
该类缝虽然面积不大，但其最大线度尺码即缝长却非常大，由于维修、开启等限制，致使该类缝成为电子装备中屏蔽难度最大的一类孔缝，采取导电衬垫等特别屏蔽材质可以有效地克制电磁泄露。
该类孔缝屏蔽设计的症结在于：合理地选择导电衬垫材质并进行恰当的变形掌握。
● 通风孔
该类孔面积和最大线度尺码较大，通风孔设计的症结在于通风部件的选择与装配构造的设计。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。
● 视察孔与显示孔
该类型孔面积和最大线度尺码较大，其设计的症结在于屏蔽透光材质的选择与装配构造的设计。
● 衔接器与机箱接缝
这类缝的面积与最大线度尺码均不大，但由于在高频时导致衔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，往往导致全部装备的辐射发射涌现超标，为此应采取导电橡胶等衔接器导电衬垫。
综上所述，孔缝克制的设计要点归纳为：
● 合理选择屏蔽材质；
● 合理设计安装互连构造。
选择屏蔽材质
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地位的场强E1与有屏蔽时该地位的场强E2的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减水平。用于电磁兼容目标的屏蔽体通常能将电磁波的强度衰减到本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 (E1/ E2 ) (dB)
用这个定义式只能测试屏蔽材质的屏蔽效能，而无法肯定应当应用什么材质做屏蔽体。要肯定应用什么材质制作屏蔽体，须要知道材质的屏蔽效能与材质的什么特征参数有关。工程中适用的表征材质屏蔽效能的公式为：
SE = A + R (dB)
式中的A称为屏蔽材质的接收损耗，是电磁波在屏蔽材质中流传时产生的，盘算公式为：
A=3.34t（frr） (dB)
t = 材质的厚度，r = 材质的磁导率，r = 材质的电导率，对于特定的材质，这些都是已知的。f = 被屏蔽电磁波的频率。
式中的R称为屏蔽材质的反射损耗，是当电磁波入射到不同媒质的分界面时产生的，盘算公式为：
R=20lg（ZW/ZS） (dB)
式中，Zw=电磁波的波阻抗，Zs=屏蔽材质的特征阻抗。
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（</2，称为近场百思特网区）时，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特征等。若辐射源为大电流、低电压（辐射源电路的阻抗较低），则发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盘算公式本文不予阐述，以免冲淡主题，感兴致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（>/2，称为远场区）时，波波阻抗仅与电场波流传介质有关，其数值等于介质的特征阻抗，空气为377。
屏蔽材质的阻抗盘算办法为：
｜ZS｜=3.6810-7(fr/r) ()
f=入射电磁波的频率(Hz），r=相对磁导率，r=相对电导率
从上面几个公式，就可以盘算出各种屏蔽材质的屏蔽效能了，为了便利设计，下面给出一些定性的结论。
● 在近场区设计屏蔽时，要分离斟酌电场波和磁场波的情形；
● 屏蔽电场波时，应用导电性好的材质，屏蔽磁场波时，应用导磁性好的材质；
● 同一种屏蔽材质，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；
● 一般情形下，材质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；
有一种情形须要特殊注意，这就是1kHz以下的磁场波。这种磁场波一般由大电流辐射源发生，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，只能采取高导磁率的材质进行屏蔽，常用的材质是含镍80%左右的坡莫合金。
孔洞和缝隙的电磁泄露与对策
一般除了低频磁场外，大部分金属材质可以供给100dB以上的屏蔽效能。但在实际中，常见的情形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懂得电磁屏蔽的症结。
首先，须要懂得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，这是必需明白的。
电磁屏蔽的症结点有两个，一个百思特网是保证屏蔽体的导电持续性，即全部屏蔽体必需是一个完全的、持续的导电体。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艰苦。
首先，一个适用的机箱上会有很多孔洞和孔缝：通风口、显示口、安装各种调节杆的启齿、不同部分联合的缝隙等。屏蔽设计的重要内容就是如何妥当处置这些孔缝，同时不会影响机箱的其他性能（雅观、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。这些电缆会极大地伤害屏蔽体，使屏蔽体的屏蔽效能下降数十分贝。妥当处置这些电缆是屏蔽设计中的主要内容之一（穿过屏蔽体的导体的伤害有时比孔缝的伤害更大）。
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），当孔洞的长度到达/2时，其辐射效力最高（与孔洞的宽度无关），也就是说，它可以将鼓励孔洞的全体能量辐射出去。
对于一个厚度为0材质上的孔洞，在远场区中，最坏情形下（造成最大泄露的极化方向）的屏蔽效能（实际情形下屏蔽效能可能会更大一些）盘算公式为：
SE=100 -20lgL - 20lg f + 20lg [1 + 2.3lg(L/H)] (dB)
若 L ≥/2，SE = 0 (dB)
式中各量：L = 缝隙的长度（mm），H = 缝隙的宽度（mm），f = 入射电磁波的频率（MHz）。
在近场区，孔洞的泄露还与辐射源的特征有关。当辐射源是电场源时，孔洞的泄露比远场时小（屏蔽效能高），而当辐射源是磁场源时，孔洞的泄露比远场时要大（屏蔽效能低）。近场区，孔洞的电磁屏蔽盘算公式为：
若ZC >（7.9/Df）：
SE = 48 +20lg ZC - 20lgLf+ 20lg [1 + 2.3lg (L/H) ]
若Zc<（7.9/Df）：
SE = 20lg [(D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ]
式中：Zc=辐射源电路的阻抗（），
D = 孔洞到辐射源的距离（m），
L、H = 孔洞长、宽（mm），
f = 电磁波的频率（MHz）
解释：
● 在第二个公式中，屏蔽效能与电磁波的频率没有关系。
● 大多数情形下，电路满足第一个公式的条件，这时的屏蔽效能大于第二中条件下的屏蔽效能。
● 第二个条件中，假设辐射源是纯磁场源，因此可以以为是一种在最坏条件下，对屏蔽效能的保守盘算。
● 对于磁场源，屏蔽效能与孔洞到辐射源的距离有关，距离越近，则泄露越大。这点在设计时必定要注意，磁场辐射源必定要尽量远离孔洞。
多个孔洞的情形
当N个尺码雷同的孔洞排列在一起，并且相距很近（距离小于/2）时，造成的屏蔽效能降低为20lgN1/2。在不同面上的孔洞不会增长泄露，因为其辐射方向不同，这个特色可以在设计中用来避免某一个面的辐射过强。
除了使孔洞的尺码远小于电磁波的波长，用辐射源尽量远离孔洞等办法减小孔洞泄露以外，增长孔洞的深度也可以减小孔洞的泄露，这就是截止百思特网波导的原理。
一般情形下，屏蔽机箱上不同部分的联合处不可能完整接触，只能在某些点接触上，这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的重要原因之一。减小缝隙泄露的办法有：
● 增长导电接触点、减小缝隙的宽度，例如应用机械加工的手腕（如用铣床加工接触表面）来增长接触面的平整度，增长紧固件（螺钉、铆钉）的密度；
● 加大两块金属板之间的重叠面积；
● 应用电磁密封衬垫，电磁密封衬垫是一种弹性的导电材质。如果在缝隙处安装上持续的电磁密封衬垫，那么，对于电磁波而言，就如同在液体容器的盖子上应用了橡胶密封衬垫后不会产生液体泄露一样，不会产生电磁波的泄露。
穿过屏蔽体的导体的处置
造成屏蔽体失效的另一个重要原因是穿过屏蔽体的导体。在实际中，很多构造上很周密的屏蔽机箱（机柜）就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容实验失败，这是缺少电磁兼容经验的设计师觉得迷惑的典范问题之一。
断定这种问题的办法是将装备上在实验中没有必要衔接的电缆拔下，如果电磁兼容问题消逝，解释电缆是导致问题的因素。解决这个问题有两个办法：
● 对于传输频率较低的信号的电缆，在电缆的端口处应用低通滤波器，滤除电缆上不必要的高频频率成分，减小电缆发生的电磁辐射（因为高频电流最容易辐射）。这同样也能防止电缆上感应到的环境噪声传进装备内的电路。
● 对于传输频率较高的信号的电缆，低通滤波器可能会导致信号失真，这时只能采取屏蔽的办法。但要注意屏蔽电缆的屏蔽层要360搭接，这往往是很难的。
在电缆端口安装低通滤波器有两个办法
● 安装在线路板上，这种办法的长处是经济，缺陷是高频滤波后果欠佳。显然，这个缺陷对于这种用处的滤波器是十分致命的，因为，我们应用滤波器的目标就是滤除容易导致辐射的高频信号，或者空间的高频电磁波在电缆上感应的电流。
● 安装在面板上，这种滤波器直接安装在屏蔽机箱的金属面板上，如馈通滤波器、滤波阵列板、滤波衔接器等。由于直接安装在金属面板上，滤波器的输入、输出之间完整隔离，接地良好，导线上的干扰在机箱端口上被滤除，因此滤波后果十分幻想。缺陷是安装须要必定的构造配合，这必需在设计初期进行斟酌。
由于现代电子装备的工作频率越来越高，对付的电磁干扰频率也越来越高，因此在面板上安装干扰滤波器成为一种趋势。一种应用十分便利、性能十分优胜的器件就是滤波衔接器。滤波衔接器的外形与普通衔接器的外形完整雷同，可以直接调换。它的每根插针或孔上有一个低通滤波器。低通滤波器可以是简略的单电容电路，也可以是较庞杂的电路。
解决电缆上干扰的一个十分简略的办法是在电缆上套一个铁氧体磁环，这个办法虽然往往有效，但是有一些条件。许多人对铁氧体寄予了过高期望，只要一遇到电缆辐射的问题，就在电缆上套铁氧体，往往会绝望。铁氧体磁环的后果预测公式为：
共模辐射改良 =20lg（加磁环后的共模环路阻抗/加磁环前的共模环路阻抗）
例如，如果没加铁氧体时的共模环路阻抗为100，加了铁氧体以后为1000，则共模辐射改良为20dB。
解释：有时套上铁氧体后，电磁辐射并没有显著的改良，这并不必定是铁氧体没有起作用，而可能是除了这根电缆以外，还有其他辐射源。
在电缆上应用铁氧体磁环时，要注意下列一些问题：
● 磁环的内径尽量小
● 磁环的壁尽量厚
● 磁环尽量长
● 磁环尽量安装在电缆的端头处
金属屏蔽效力
可用屏蔽效力(SE)对屏蔽罩的实用性进行评估，其单位是分贝，盘算公式为 SEdB=A+R+B
其中 A：接收损耗(dB) R：反射损耗(dB) B：校订因子(dB)(实用于薄屏蔽罩内存在多个反射的情形)一个简略的屏蔽罩会使所发生的电磁场强度降至最初的十分之一，即SE等于20dB；而有些场所可能会请求将场强降至为最初的十万分之一，即SE要等于100dB。
接收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数目，接收损耗盘算式为
AdB=1.314(f)1/2t
其中 f：频率(MHz) ：铜的导磁率 ：铜的导电率 t：屏蔽罩厚度
反射损耗(近场)的大小取决于电磁波发生源的性质以及与波源的距离。对于杆状或直线形发射天线而言，离波源越近波阻越高，然后随着与波源距离的增长而降低，但平面波阻则无变更(恒为377)。
相反，如果波源是一个小型线圈，则此时将以磁场为主，离波源越近波阻越低。波阻随着与波源距离的增长而增长，但当距离超过波长的六分之一时，波阻不再变更，恒定在377处。
反射损耗随波阻与屏蔽阻抗的比率变更，因此它不仅取决于波的类型，而且取决于屏蔽罩与波源之间的距离。这种情形实用于小型带屏蔽的装备。
近场反射损耗可按下式盘算
R(电)dB=321.8-(20lgr)-(30lg f)-[10lg(/)] R(磁)dB=14.6+(20lg r)+(10lg f)+[10lg(/)]
其中 r：波源与屏蔽之间的距离。
SE算式最后一项是校订因子B，其盘算公式为B=20lg[-exp(-2t/)]
此式仅实用于近磁场环境并且接收损耗小于10dB的情形。由于屏蔽物接收效力不高，其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增长，所以校订因子是个负数，表现屏蔽效力的降低情形。