靜磁屏蔽(bì)
靜磁場是穩恒電(diàn)流或永久磁體產生的磁場。靜磁屏蔽是利(lì)用高磁導率μ的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場。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(rú)將鐵磁材料做成截麵如(rú)圖(tú)7的回路,則在外磁場中,絕大部份磁場集中在鐵磁回(huí)路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為並聯磁路來分析。因為鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率(lǜ)要大幾千倍(bèi),所以空腔的磁(cí)阻比鐵磁材料的磁阻大得多,外磁(cí)場的磁感應(yīng)線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內通過,而進入空腔的磁通量極少。這樣,被鐵磁材料屏蔽(bì)的空腔就基本上沒有外磁場,從(cóng)而達到靜磁屏蔽的目的。材料(liào)的(de)磁導率愈高,筒壁愈厚,屏蔽效果就愈顯著。因常用磁導(dǎo)率高的鐵磁材料如軟鐵、矽鋼、坡莫合金做屏蔽層,故靜磁屏蔽又叫鐵磁屏蔽。
靜磁屏(píng)蔽在電子器件中有著廣(guǎng)泛的應(yīng)用。例(lì)如變(biàn)壓器或其他(tā)線圈(quān)產生的漏磁通會對電子的運動產生作用,影(yǐng)響(xiǎng)示波(bō)管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產品的質量,必須將產生漏磁通(tōng)的部件(jiàn)實行靜磁屏蔽。在(zài)手(shǒu)表中,在機芯外罩以軟鐵薄殼就(jiù)可以起防磁作用。
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導率要(yào)比空氣的(de)電導率大十(shí)幾個數量級(jí),而鐵磁物質與空氣的磁導率的差別隻有幾個數量級,通常約大(dà)幾千倍。所以靜磁屏(píng)蔽總有些漏磁。為了(le)達到更(gèng)好的屏蔽效果,可采用多層(céng)屏蔽,把漏進空腔裏的殘餘磁通量一次次地屏蔽掉。所(suǒ)以效果良好的磁屏蔽一般都比較笨(bèn)重。但是,如果要(yào)製造絕對的“靜(jìng)磁真(zhēn)空”,則可以利用超導體的邁斯納效應。即(jí)將一塊超(chāo)導體放在(zài)外磁(cí)場中,其體內的磁感應強度(dù)B永遠為(wéi)零。超導體是(shì)完全(quán)抗磁體,具有最理想的靜磁屏蔽效果,但目前還不能普遍應用。
電磁屏蔽
電磁場(chǎng)在導電(diàn)介質中傳播時,其場量(E和H)的振幅隨距離的增加而按指數規律衰減。從能量的觀點看,電(diàn)磁波在導電介質中傳播(bō)時有能量損耗,因此,表現為場量振幅的減小。導體表麵的場量最大,愈深入導體內部(bù),場量愈小(xiǎo)。這種現象也(yě)稱為趨膚效應。利用趨膚效應可以阻(zǔ)止高頻電磁波透入(rù)良導(dǎo)體而作成(chéng)電磁屏蔽裝置。它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義。
電磁屏蔽是抑製幹(gàn)擾,增強設備的可靠性及提(tí)高產品質量的有效手段。合理(lǐ)地使用電磁屏蔽,可以抑製外來高(gāo)頻電磁波的幹擾,也可以避免作(zuò)為(wéi)幹擾源去影響其(qí)他設備。如在收音機(jī)中,用空(kōng)芯(xīn)鋁殼罩在線圈外(wài)麵,使(shǐ)它不受外界時變場的幹擾從而避(bì)免雜音。音頻饋線(xiàn)用屏蔽線也是這個道理。示波管用鐵皮包著,也是為了使雜散電磁場不(bú)影響電子射(shè)線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元件或設備所產生的(de)高頻電磁波也透不(bú)出金屬殼而不致影響外部設備。
用什麽材料作電磁屏蔽呢(ne)?因電磁(cí)波在良導體中衰減很快,把由導(dǎo)體表麵衰減到表(biǎo)麵值的1/e(約36.8%)處的厚度稱為趨膚厚(hòu)度(又稱透入深度),用d表示,有電磁屏蔽,電磁場在導電介質中傳播時,其場量(E和H)的振幅隨距離的增(zēng)加而按指數規(guī)律衰減。從能量的觀點看,電磁波在導電介質中(zhōng)傳播時(shí)有能量損耗,因此,表現為場量振(zhèn)幅的(de)減小。導體(tǐ)表麵的場量最大,愈深入導體內部,場量(liàng)愈小。這種現象也稱為趨膚效應。利用(yòng)趨膚效應可以阻止高頻電磁(cí)波透入良(liáng)導體而作成電(diàn)磁(cí)屏蔽裝置。它比靜電(diàn)、靜磁屏(píng)蔽更具有普遍意義。
電磁屏(píng)蔽是(shì)抑製幹擾,增強設備的可靠性及提高(gāo)產品質(zhì)量的有效手段。合理(lǐ)地使用電磁屏蔽,可(kě)以抑製外來高頻電磁(cí)波的(de)幹擾,也可以避免作為幹(gàn)擾源去影(yǐng)響其他設(shè)備。如在收音機中,用空芯鋁殼罩在線(xiàn)圈外麵,使它不受外界時變場的幹擾從而避免(miǎn)雜音。音頻(pín)饋線用屏蔽(bì)線也是這個道理。示波管用(yòng)鐵皮包(bāo)著,也是為了使雜散電磁場不(bú)影(yǐng)響電子(zǐ)射線的(de)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(shǔ)殼而不致影響外部設備。
用什麽(me)材(cái)料作(zuò)電磁屏(píng)蔽呢(ne)?因電(diàn)磁波在良導體中衰減很快,把由(yóu)導體表麵衰減到表麵值的1/e(約36.8%)處的厚度稱為(wéi)趨膚厚度(又稱透入深度),用d表示,有其中μ和σ分別為(wéi)屏蔽材料(liào)的磁導率(lǜ)和電導率。若電視頻率f=100MHz,對銅導(dǎo)體(σ=5.8×107/·m,μ≈μo=4π×10-7H/m)可求(qiú)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(rú)果是鋁(σ=3.54×107/·m)則d=0.0085mm。
為了(le)得到有效的屏(píng)蔽(bì)作(zuò)用,屏蔽層的(de)厚(hòu)度(dù)必須接近於屏蔽物質內(nèi)部的電(diàn)磁波波長(λ=2πd)。如在(zài)收音機(jī)中,若(ruò)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銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因為(wéi)電視頻率更高,透入深度更小些,所需屏蔽層厚度可更薄些(xiē),如果考慮(lǜ)機械強度,要有必(bì)要的(de)厚度。在高頻時,由於鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大,從而造成諧振(zhèn)電路品質因素Q值的下降,故一般不采用高磁導率的磁屏蔽,而采用高電導率的材料做電磁屏蔽。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁屏蔽(bì)又叫渦流屏蔽。
在(zài)工頻(50Hz)時,銅中的(de)d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm。顯然,采用銅、鋁已(yǐ)很(hěn)不適宜了,如用鐵,則d=0.172mm,這時應采用鐵磁材料。因為在鐵磁材料(liào)中電磁場衰減比銅、鋁中大(dà)得多。又因是(shì)低頻(pín),無需考慮Q值問題。可見(jiàn),在低頻情況下,電磁屏蔽就轉化為靜磁屏蔽。電磁(cí)屏蔽和靜電屏蔽有相同點(diǎn)也有不同點。相同點是都應用高電導率的(de)金屬材料來製作;不同點是靜電屏蔽隻能消除電容耦合,防止靜電(diàn)感應,屏蔽必須接(jiē)地。而電磁屏蔽是(shì)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增加了靜電耦合,因此即使隻進行電磁屏蔽(bì),也還是接地為好,這(zhè)樣電磁屏蔽也同時起靜(jìng)電屏蔽作用。
綜上所述,靜電屏蔽、靜磁屏(píng)蔽(bì)、電磁屏蔽(bì)的物(wù)理內容、物理條件、屏(píng)蔽作用是不同(tóng)的,所用材料也要從具體情(qíng)況出發。但它們都是屏蔽電磁場,是有本質聯係的。
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