靜磁屏蔽
靜磁場是穩恒電流或永久磁體(tǐ)產生的磁場(chǎng)。靜磁屏蔽是(shì)利用高磁導率μ的鐵磁材料做(zuò)成屏(píng)蔽罩以屏蔽外磁場。它與靜電屏蔽作用類似而又有不同。
靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明。如將鐵(tiě)磁材料(liào)做(zuò)成截麵(miàn)如圖7的回路(lù),則在外磁場中,絕大部份磁場集(jí)中在鐵(tiě)磁回路中。這(zhè)可以把鐵磁材料與空(kōng)腔中的空氣作(zuò)為並聯磁路來分(fèn)析。因為(wéi)鐵磁材料的磁導(dǎo)率比空氣(qì)的磁導率要大幾千倍(bèi),所以空腔的(de)磁阻(zǔ)比鐵(tiě)磁材(cái)料的磁阻大(dà)得多,外磁場的磁感應線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內通過,而進(jìn)入空腔的磁通量極少。這樣,被鐵(tiě)磁材料屏蔽的空(kōng)腔就基(jī)本上沒有外磁場,從而達(dá)到靜磁屏蔽的目的(de)。材料(liào)的磁導率愈高,筒壁愈(yù)厚(hòu),屏蔽效果(guǒ)就愈顯(xiǎn)著。因常用磁導率(lǜ)高的鐵磁材料如軟鐵、矽鋼、坡莫合金做屏蔽層,故靜磁(cí)屏蔽又叫鐵磁屏蔽。
靜磁屏蔽在電子器件中有著廣泛的應用。例如變壓器或其他線圈產生的漏磁通會對電子的運動產生作用(yòng),影響(xiǎng)示波管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產品的(de)質量,必須將產生漏磁通的部件實行靜磁屏蔽。在手表中,在機芯外罩以(yǐ)軟鐵(tiě)薄殼就可以起(qǐ)防磁作用。
前麵指出,靜電屏蔽的效果是非常好的。這是因為金屬導體的電(diàn)導率要比空氣的電導率大十幾個數量級,而鐵磁物質與空氣的磁導率的差別隻有幾個數量級,通常約(yuē)大幾千倍(bèi)。所(suǒ)以靜磁屏蔽總有些漏磁。為了達到更好的屏蔽效果,可(kě)采用多層屏蔽,把漏進空腔裏的殘餘磁(cí)通量一(yī)次次地(dì)屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比較笨重。但是,如果要製造絕對的“靜磁真空”,則可以利用超導體的邁斯納效應。即將一塊超(chāo)導體放在(zài)外磁場(chǎng)中,其體內的(de)磁感應強度(dù)B永遠為零。超導體是完全抗磁體,具有最理想的靜磁屏蔽效果,但目前(qián)還不能普遍應用。
電(diàn)磁屏蔽
電磁場在導電介質中(zhōng)傳播時,其場量(E和H)的振幅隨距(jù)離的增加而按指數規律衰減。從能量的觀點看,電磁波在導電介質中傳播時有能量損耗(hào),因此,表現為場量振幅的減小。導體表麵的場量最大,愈深(shēn)入導體內部,場量愈小。這種現象也稱為趨(qū)膚效應(yīng)。利用趨膚效應可以阻止高(gāo)頻(pín)電磁波透(tòu)入良導體而作成(chéng)電(diàn)磁屏蔽裝(zhuāng)置。它比靜電、靜磁(cí)屏蔽更具有普遍意義。
電磁屏蔽是抑製幹擾,增強設備的可靠性及提高產品質量的有(yǒu)效手段(duàn)。合(hé)理地使用(yòng)電磁屏蔽,可以抑製外來高頻電磁(cí)波的(de)幹擾(rǎo),也可以避免作為幹擾源去影響(xiǎng)其(qí)他設備。如在收音機中,用空芯鋁殼罩在(zài)線圈外麵,使它不受外界時變場的幹擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個道理。示波管用(yòng)鐵皮包著,也是為(wéi)了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元件或設備所產生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設備。
用什麽(me)材料作電磁屏蔽呢?因電(diàn)磁(cí)波(bō)在良導體(tǐ)中衰減(jiǎn)很(hěn)快,把由導體表麵(miàn)衰減到表(biǎo)麵值的(de)1/e(約36.8%)處的厚度稱為趨膚(fū)厚度(又稱透(tòu)入深度),用d表示,有電磁屏蔽(bì),電磁場在導(dǎo)電介質中傳播時,其場量(E和H)的(de)振幅(fú)隨距離的增加而按指數規(guī)律衰減。從能量的觀點看,電磁(cí)波在導電介質中(zhōng)傳播時有能量損耗,因此,表現(xiàn)為場量振幅的減小。導體表(biǎo)麵的場量最(zuì)大,愈深入導體內部,場(chǎng)量愈(yù)小。這種現象也稱為趨膚效應(yīng)。利用趨膚效應可以阻止高頻電磁波透(tòu)入良導(dǎo)體而作成電磁屏蔽(bì)裝置。它比靜電、靜磁屏蔽(bì)更(gèng)具有普遍意義。
電磁屏蔽是抑製幹擾(rǎo),增強設備(bèi)的可(kě)靠性及提高(gāo)產品質量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽,可以抑製外來高頻電磁波的幹(gàn)擾,也可以避免作(zuò)為幹擾源去影響其他設備。如在收音機中,用空(kōng)芯鋁殼罩在(zài)線圈外麵,使它(tā)不受外界時變場(chǎng)的幹擾(rǎo)從(cóng)而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也(yě)是(shì)這個道理。示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場不影響電子射(shè)線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元(yuán)件或設備所產生的高頻電磁波也透(tòu)不(bú)出金屬殼而不致影響外部設備。
用(yòng)什麽材(cái)料作電磁屏蔽呢?因電磁波(bō)在良導體中衰減很快,把由導體表麵衰減到(dào)表麵值的1/e(約36.8%)處(chù)的厚度稱為趨膚厚度(又稱透入深度(dù)),用d表示,有其(qí)中(zhōng)μ和(hé)σ分別為屏蔽材(cái)料的磁導率和電導率(lǜ)。若電視頻率f=100MHz,對銅導體(σ=5.8×107/·m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求出d=0.00667mm。可見良導體的電磁屏蔽效果顯著。如果是鐵(σ=107/·m)則d=0.016mm。如果是鋁(lǚ)(σ=3.54×107/·m)則d=0.0085mm。
為了得(dé)到有效的屏蔽作(zuò)用,屏蔽(bì)層的厚度必須接(jiē)近於屏蔽物質內部的電磁波波長(λ=2πd)。如在收音機(jī)中,若f=500kHz,則在銅中d=0.094mm(λ=0.59mm)。在鋁中d=0.12mm(λ=0.75mm)。所以在收音機中用較薄的(de)銅(tóng)或鋁材料已能得到良(liáng)好的屏蔽效果。因為電視頻率更高(gāo),透(tòu)入深度更小些(xiē),所需屏(píng)蔽層厚度可更薄些,如果(guǒ)考慮機械強(qiáng)度,要(yào)有必要的厚度。在高頻時(shí),由於鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從(cóng)而造成(chéng)諧(xié)振電路品質因(yīn)素Q值的下降,故一(yī)般不采(cǎi)用高磁導率的磁屏蔽,而采用高電導率的材料做電磁屏蔽(bì)。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽又叫渦流(liú)屏蔽。
在工頻(pín)(50Hz)時,銅中的d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm。顯(xiǎn)然(rán),采用銅、鋁已很不適宜了,如用鐵(tiě),則d=0.172mm,這時應采用鐵磁材料。因為在鐵磁(cí)材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多。又因是低頻,無需考(kǎo)慮Q值問題。可見,在低頻情況下(xià),電磁屏蔽就轉化為靜磁屏蔽。電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同(tóng)點(diǎn)也有不同點。相同點(diǎn)是都應用高電導率的金屬材料來製作;不同(tóng)點是靜電屏蔽隻(zhī)能消除電容耦合,防止靜電感(gǎn)應,屏蔽必(bì)須接地。而電磁屏蔽是使電磁場隻能透入屏蔽體一薄層,借渦流消除電磁場的幹擾,這種屏蔽體可不接地。但因用作電磁屏蔽的導體(tǐ)增(zēng)加了靜電耦合,因此即使隻進行電磁屏蔽,也還是接地(dì)為好,這樣電磁屏蔽也同(tóng)時起靜電屏蔽作用。
綜上所述,靜電屏蔽、靜磁(cí)屏蔽、電磁屏蔽的物理內容、物理(lǐ)條件、屏蔽作用是不同的,所用材料也要從(cóng)具體情況出發。但它們都是屏蔽電磁場,是有本質(zhì)聯係的。
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