电磁屏蔽的基本概念

介绍


电磁波屏蔽是?

电磁屏蔽是指使用材料或技术来防止电波渗透或干扰特定空间或设备。电磁波是移动空间的能量的一种形式,可以由电子设备、电力线或(闪电等)自然现象产生。这些电磁波可能会对其他电子设备产生干扰,从而产生不需要的信号或噪音,从而降低设备的性能或导致故障。


电磁屏蔽的目标是在电磁辐射源和需要保护的区域或设备之间建立隔离墙。这些屏障是通过使用导电性高或磁导率高的材料反射或吸收电波的机制形成的。


电磁屏蔽可用于航空航天、军事、医疗、家电等多个领域。例如,在航空航天领域,它用于保护重要的航空电子设备和通信系统免受雷击、太阳耀斑或其他电磁波的干扰。医疗器械领域用于防止其他电子设备的干扰或保护患者免受电磁波的有害影响。


电磁屏蔽对电子设备和系统的正常运行起着重要作用。通过电磁屏蔽,各种应用程序可以安全可靠地工作,同时保护人员和设备免受电磁波的潜在危险。



屏蔽的目的

电磁屏蔽的目的是保护电子设备和系统免受电磁波的有害影响。


电磁波可以以多种方式干扰电子设备,导致性能下降、误操作或故障。这些干扰可能以各种方式产生,如电磁感应、静电耦合或电磁辐射。屏蔽的目的是确保电子设备和系统的适当功能免受这些干扰。


例如,对于敏感的医疗设备,如果由于电磁干扰而产生不准确的读数,可能会使患者陷入危险之中。同样,对于航空电子设备,电磁干扰可能会干扰通信系统和导航设备,从而导致潜在的危险情况。



屏蔽的重要性

在现代电子设备中,电磁波屏蔽非常重要。随着电子设备和系统扩散到所有领域,电磁干扰的危险性急剧增加。结果,有效屏蔽电磁波的必要性比以往任何时候都重要。


电磁屏蔽的主要优点之一是可以提高电子设备和系统的性能和可靠性。通过防止电磁干扰,可以降低误操作风险、改善信号质量和延长电子元器件的寿命。


电磁屏蔽出于安全原因也很重要。在某些情况下,电磁干扰可能会导致潜在的危险情况,例如医疗设备或航空电子设备。有效的电磁屏蔽可以降低这些风险的风险,并确保人员和设备的安全。


电磁屏蔽原理


电磁干扰

电磁干扰(EMI)是指某个电子设备或系统产生的电磁波干扰其他设备或系统而产生的问题。EMI可能会引起各种问题,包括信号下降、数据丢失,甚至电子设备和系统的完全故障。就是在这个地方,电磁波屏蔽的原理在起作用。


电磁屏蔽的原理是基于电波的特性和电波与物质的相互作用方式。根据材料的特性,电磁波可以反射、吸收或透射。电磁屏蔽的目标是建立一个屏障,防止电波侵入或干扰特定空间或设备。


实现电磁屏蔽的方法有很多种,如使用导电材料和磁性材料,或两者的组合。铜或铝等导电材料可用于制作反射电磁波的屏蔽膜。磁性材料,如铁或镍,可用于吸收或转换电磁波。


除了使用导电或磁性材料外,还可以使用其他设计原理来提高电磁屏蔽的效果。例如,您可以使用密封导电结构来实现屏蔽,法拉第笼是一种可屏蔽电磁场的密封导电结构。


电磁波屏蔽的效果取决于各种因素,包括该电磁波的频率和强度、用于屏蔽的材料的特性等。在某些情况下,可能需要多层屏蔽来达到所需的保护级别。



电磁兼容性

电磁兼容性是指电子设备和系统在受到来自其他设备或源的电磁干扰(EMI)时能够正常工作的能力。


EMC可以通过设计原则的组合来实现,包括适当的接地和屏蔽。要实现EMC,设计电子设备和系统必须考虑到屏蔽。这包括确保所有组件都正确接地,屏蔽材料放置在适当的位置,避免EMI干扰设备或系统的性能。您还可以使用适当的过滤来减少EMI对信号质量和数据传输的影响。


电磁屏蔽材料


导电性材料

由于导电材料具有反射或吸收电磁波的性质,通常用于电磁波屏蔽。导电材料是电子可以自由移动的物质,对导电和吸收电磁能量非常有效。常用于电磁屏蔽的导电材料包括:



用于电磁屏蔽的导电材料的效果取决于材料的种类和厚度、电磁波的频率和强度、屏蔽系统的设计等诸多因素。通常,更厚、导电性更高的材料可以提供更好的屏蔽效果,但可能更重、更贵。


在设计电磁屏蔽系统时,考虑应用的特定要求,选择合适的材料和设计原则以达到所需的屏蔽水平非常重要。导电材料对电磁波屏蔽非常有效,广泛应用于各个领域。



磁性材料

磁性材料是另一种类型的材料,通常用于电磁波屏蔽。这些材料的工作方式不是吸收电磁波的电成分,而是吸收磁性成分或改变方向。


电磁屏蔽常用的磁性材料有:



一般来说,厚度更厚、透射率更高、饱和磁通密度更高的材料可以提供更好的磁屏蔽效果。


电磁屏蔽技术


反射

反射是一种屏蔽技术,它不吸收电波,而是以与入射角相同的角度反射。该技术通常用于屏蔽高频,可以使用铜或铝等导电材料实现。法拉第笼是反射技术的典型例子。但是,设计时需要注意的是,向无意方向反射的电磁波可能会引发新的干扰。



吸收

吸收是将传播能量转换为其他形式的技术,如热能或电流。


当辐射的电磁波遇到电波吸收体时,部分会反射,大部分会透射,某些特定频率的电波会在吸收体中转换为热能。像这样转换的能量大小一样,电波的强度会减弱,起到这种作用的材料叫做电波吸收体。这种作用的吸收体有金字塔吸收体、铁氧体瓷砖、铁氧体橡胶垫等,如果附着在法拉第笼内部,就会起到减少内部电波漫反射的作用。


电磁屏蔽测试及认证


电磁屏蔽规定

为了确保电磁屏蔽的效果,制定了各种标准,指导电磁屏蔽材料和产品的测试和认证。这些标准可用于评估和比较各种电磁屏蔽材料和产品的性能。


其中一个标准是美国军事标准MIL-STD-285,用于测试电子设备舰体中使用的材料的屏蔽效果。MIL-STD-285指定了在不同频率范围内评估材料屏蔽效果的测试程序和测量方法。另一个标准是IEEE标准299。它指定了在不同频率范围内评估舰体屏蔽效果的测试方法、测量过程和数据分析技术等。


此外,国际电气技术委员会(IEC)、美国联邦通信委员会(FCC)、欧盟(EU)等多个监管机构还为无线通信和医疗器械等制定了电磁屏蔽规定和标准。


根据电磁屏蔽标准进行测试和认证对于确保电磁屏蔽材料和产品的安全性、可靠性和效果至关重要。



电磁屏蔽测试方法

为了保证电磁屏蔽的效果,开发了多种测试方法来评估材料和产品的屏蔽性能。这些测试方法还包括测量透过屏蔽材料或产品的电磁辐射量。


通常使用的测试方法之一是屏蔽效果测试,它是以屏蔽材料或产品为中心,通过内外比较来测量电磁场强度的衰减。SET的方式是在电磁辐射源和接收器之间放置屏蔽材料或产品,并测量屏蔽材料或产品两侧的电磁波强度。然后,屏蔽效果以未受保护一侧的电磁场强度与受保护一侧的电磁场强度之比计算。


根据既定的标准和试验方法对电磁屏蔽材料和产品进行测试和认证,对于确保这些材料和产品在各种应用领域的安全性、可靠性和效果至关重要。这些测试结果为产品开发和质量控制提供了有用的信息,有助于客户在选择电磁屏蔽材料和产品时做出基于信息的决策。



认证及遵守规定

在电磁屏蔽材料和产品的测试和认证中,认证和标准的遵守是一个重要方面。认证的目的是确保材料和产品符合电磁屏蔽效果和安全性的标准。


为了在各种应用领域限制电磁波屏蔽材料和产品,开发了多种国内和国际标准。例如,国际电气技术委员会(IEC)制定了用于电子设备和医疗器械的电磁屏蔽材料和产品的标准,美国材料试验协会(ASTM)制定了用于航空航天、汽车和军事应用的电磁屏蔽材料和产品的标准。


为了遵守这些标准并获得认证,电磁屏蔽材料和产品必须按照规定的测试方法进行严格的测试。然后由独立认证机构评估测试结果,以确定材料和产品是否符合电磁屏蔽效果和安全性的既定标准。


经过认证和确立的标准合规性不仅可以确保电磁屏蔽材料和产品的安全性和效果,还可以帮助制造商赢得客户的信任和信任。此外,认证和合规性可以证明制造商的产品符合电磁屏蔽的最高质量标准,从而在市场上获得竞争优势。


结论


电磁屏蔽在保护电子设备、设备和系统免受电磁干扰(EMI)的有害影响方面发挥着重要作用。EMI可能会导致电子设备和系统出现故障、故障或损坏,因此必须屏蔽这些系统。电磁屏蔽是现代技术的核心要素,随着电子设备和系统在日常生活中的广泛普及,其重要性将不断增大。


电磁屏蔽的未来

这里有几个未来趋势可以形成使用电磁屏蔽的方式。


一个是开发新材料,在更高的频率下提供更好的屏蔽性能。随着电子设备越来越小、越来越强大,人们对能够阻挡高频电磁波的材料的需求越来越大。研究人员正在研究碳纳米管和石墨烯等纳米材料作为潜在解决方案。


另一个趋势是将电磁屏蔽集成到电子设备和系统设计中。设计师在设计过程的初期就考虑屏蔽要求,而不是事后应用屏蔽。这可以开发出更高效、更有效的屏蔽解决方案,以满足设备或系统的特定要求。采用EMC技术的半导体封装已经商用化。


3D打印等层叠制造技术也是电磁波屏蔽的未来趋势。这些技术允许您创建复杂的几何并将多个材料集成到单个零件中。这有助于开发更高效、更有效的屏蔽解决方案,以满足应用程序的特定需求。


最后,开发新的测试和认证方法是电磁屏蔽的未来趋势。随着新材料和技术的开发,我们需要开发新的测试方法来验证这些解决方案是否满足电磁屏蔽效果和安全性的既定标准。


总之,随着技术的发展,对有效的电磁屏蔽解决方案的需求也将不断增加,如开发新材料、将屏蔽功能集成到设计流程中、使用分层制造技术、开发新的测试和认证方法等。