电场屏蔽简称电屏蔽,其目的是减少设备(或
电路、组件、
元件等)间的电场感应,它包括静电屏蔽和交变电场屏蔽。
分类
静电屏蔽
电磁场理论表明,置于静电场中的导体在
静电平衡的条件下,具有下列性质:
(2)导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体表面垂直。
(3)整个导体是一个等位体。
(4)导体内部没有静电荷存在,电荷只能分布在导体的表面。
内部存在空腔的导体,在静电场中也具有上述性质。因此,如果把有空腔的导体置入静电场中,由于空腔导体的内表面无静电荷,空腔空间中也无电场,所以空腔导体起了隔离外部静电场的作用,抑制了外部静电场对空腔空间的干扰;反之,如果把空腔导体接地,即使空腔导体内部存在带电体产生的静电场,在空腔导体外部也无由空腔导体内部存在的带电体产生的静电场。这就是静电屏蔽的理论依据,即静电屏蔽原理。
当空腔屏蔽体内部存在带有
正电荷Q的带电体时,空腔屏蔽体内表面会感应出等量的负电荷,而空腔屏蔽体外表面会感应出等量的正电荷。此时,仅用空腔屏蔽体将静电场源包围起来,实际上起不到屏蔽作用。只有将空腔屏蔽体接地,空腔屏蔽体外表面感应出的等量正电荷沿接地导线泄放进入接地面,它产生的外部静电场才会消失,才能将静电场源产生的电力线封闭在屏蔽体内部,屏蔽体才能真正起到静电屏蔽的作用。
当空腔屏蔽体外部存在静电场干扰时,由于空腔屏蔽导体为
等位体,所以屏蔽体内部空间不存在静电场,即不会出现
电力线,从而实现静电屏蔽。空腔屏蔽导体外部存在电力线,且电力线终止在屏蔽体上。屏蔽体的两侧出现等量反号的感应电荷。当屏蔽体完全封闭时,不论空腔屏蔽体是否接地,屏蔽体内部的外电场均为零。但是,实际的空腔屏蔽导体不可能是完全封闭的理想屏蔽体,如果屏蔽体不接地,就会引起外部电力线的入侵,造成直接或间接静电耦合。为了防止发生这种现象,此时空腔屏蔽导体仍需接地。
综上可见,静电屏蔽必须具有两个基本要点,即完整的屏蔽导体和良好的接地。
交变电场的屏蔽
对于交变电场的屏蔽原理,可以用电路理论加以解释,此时干扰源与被干扰对象之间的电场感应可以用分布电容来描述。
如果屏蔽导体没有接地或接地不良(因为平板电容器的电容量与极板面积成正比,与两极板间距成反比,那么接收器上的感应干扰电压比没有屏蔽导体时的干扰电压还要大,此时干扰比不加屏蔽体时更为严重。
从上面的分析可以看出,交变电场屏蔽的基本原理是采用接地良好的金属屏蔽体将干扰源产生的交变电场限制在一定的空间内,从而阻断了干扰源至接收器的传输路径。必须注意,交变电场屏蔽要求屏蔽体必须是良导体(如金、银、铜、铝等),屏蔽体必须有良好的接地。
结构
根据电屏蔽理论.影响电屏蔽的重要因素是屏蔽体及接地。因此,电屏蔽体必须为良导体制成,其形状可设计为盒形,同时还应该通过适当的结构设计,来保证良好的接地。
改善电接触的结构
一般密闭屏蔽盒和机柜是组合体。要取得好的屏蔽效果,必须解决组合体之间的电接触问题,使接触电阻减至最小。其结构措施有:
(1)在屏蔽盒的侧壁铆装导电簧片,使其与盖紧密接触,减小接触电阻。
(2)将盒与盖直接焊接在一起。
(3)盒与盖之问用螺钉连接时,螺钉数量越多,接触改善的效果越好。
(4)机柜门的四周做有凹槽,并在其中填装导电弹性衬垫。
双层门盖结构
为了进一步提高屏效,机箱可采用双层门,屏蔽盒可采用双层盖。与单层盖的耦合等效电路相比,双层盖多了一次衰减,因而可提高屏效。但每层盖依然要采取改善电接触的措施,两层盖之间应避免直接接触。
材料选择
在理论分析时,是把作为屏蔽体的材料当作理想导体。但实际上屏蔽体具有一定的阻抗,其阻抗越大,屏蔽效能越差。屏蔽体要选用良导体,如铜、铝等。在高频电路中,采取屏蔽体表面镀银的工艺。静电屏蔽体的厚度,根据工艺要求来确定。