电磁屏蔽吸波材料详解及防护介绍

作者:磁晶吸波材料来源:www.magtronics.com.cn日期:2019-7-19 8:16:19人气:205
        当您拆卸手机内的电磁电磁屏蔽罩,就能发现常用的电磁屏蔽吸波材料,那么,这篇文章是就是讲述关于电磁屏蔽吸波材料、以及防护的介绍。对于原子效应,请参见电磁屏蔽效果。

        电磁电磁屏蔽是通过用导电或磁性吸波材料制成的屏障阻挡场来减少空间中的电磁场的实践。电磁屏蔽通常应用于外壳以将电气设备与其周围环境隔离,并且通过电缆将电线与电缆穿过的环境隔离。阻挡射频电磁辐射的电磁电磁屏蔽也称为RF电磁屏蔽。

        电磁屏蔽可以减少无线电波,电磁场和静电场的耦合。用于阻挡静电场的导电外壳也称为法拉第笼。减少量在很大程度上取决于所使用的吸波材料,其厚度,电磁屏蔽体积的大小和感兴趣的场的频率以及电磁屏蔽到入射电磁场的孔的尺寸,形状和取向。

        一、使用的吸波材料

        用于电磁电磁屏蔽的典型吸波材料包括金属板,金属屏和金属泡沫。电磁屏蔽或网状物中的任何孔必须明显小于被保持的辐射波长,或者外壳不能有效地接近完整的导电表面。

        另一种常用的电磁屏蔽方法,特别是容纳在塑料外壳中的电子产品,是用金属墨水或类似吸波材料涂覆外壳内部。油墨由载有适当金属(通常为铜或镍)的载体吸波材料组成,其形式为非常小的颗粒。它喷涂在外壳上,一旦干燥,就会产生一个连续的金属导电层,它可以电连接到设备的底盘接地,从而提供有效的电磁屏蔽。

        电磁电磁屏蔽是通过用导电或磁性吸波材料对其进行阻挡来降低区域中的电磁场的过程。铜用于射频(RF)电磁屏蔽,因为它吸收无线电和电磁波。正确设计和构造的铜质射频电磁屏蔽罩可满足大多数射频电磁屏蔽需求,从计算机和电气开关室到医院CAT扫描和MRI设施

        二、吸波材料示例应用程序
        通过同轴电缆的横截面显示电磁屏蔽和其他层

        一个例子是电磁屏蔽电缆,其具有围绕内芯导体的金属丝网形式的电磁电磁屏蔽。电磁屏蔽阻止来自芯导体的任何信号的逸出,并且还防止信号被添加到芯导体。一些电缆具有两个单独的同轴屏幕,一个在两端连接,另一个仅在一端,以最大化电磁屏蔽电磁场和静电场。

        微波炉的门上有一个内置的屏幕。从微波炉(波长为12厘米)的角度来看,这个屏幕完成了由烤箱金属外壳形成的法拉第笼。波长范围在400nm和700nm之间的可见光很容易穿过屏孔。

        射频电磁屏蔽还用于防止访问存储在嵌入各种设备(例如生物识别护照)中的RFID芯片上的数据。

        NATO规定了计算机和键盘的电磁电磁屏蔽,以防止被动监控键盘发射,从而可以捕获密码;消费者键盘不提供这种保护主要是因为费用过高。

        射频电磁屏蔽还用于保护医疗和实验室设备,以提供针对干扰信号的保护,包括AM,FM,TV,紧急服务,调度,寻呼机,ESMR,蜂窝和PCS。它还可用于保护AM,FM或TV广播设施的设备。

        三、这个怎么运作
        电磁辐射由耦合的电场和磁场组成。电场在导体内的电荷载体(即电子)上产生力。一旦将电场施加到理想导体的表面,它就会引起电流,该电流引起导体内的电荷位移,从而抵消内部施加的电场,此时电流停止。

        类似地,变化的磁场产生涡流,其用于抵消所施加的磁场。 (除非导体相对于磁场移动,否则导体不会响应静磁场。)结果是电磁辐射从导体表面反射:内部场留在内部,外部场留在外面。


有几个因素会限制实际RF电磁屏蔽的电磁屏蔽能力。一个是,由于导体的电阻,激励场不会完全抵消入射场。而且,大多数导体表现出对低频磁场的铁磁响应,因此这些场不会被导体完全衰减。电磁屏蔽中的任何孔都迫使电流围绕它们流动,因此穿过孔的场不会激发相反的电磁场。这些效应降低了电磁屏蔽的场反射能力。


        在高频电磁辐射的情况下,上述调整需要不可忽略的时间,但是任何这样的辐射能量,只要它没有被反射,就会被皮肤吸收(除非它非常薄) ,所以在这种情况下,内部也没有电磁场。这是称为皮肤效应的更大现象的一个方面。辐射可以穿透护罩的深度的量度是所谓的趋肤深度。

        四、磁电磁屏蔽
        设备有时需要与外部磁场隔离。对于静态或缓慢变化的磁场(低于约100kHz),上述法拉第电磁屏蔽是无效的。在这些情况下,可以使用由高磁导率金属合金制成的电磁屏蔽,例如坡莫合金和μ-金属[5] [6]或纳米晶粒结构铁磁金属涂层。[7]这些吸波材料不像电电磁屏蔽那样阻挡磁场,而是将磁场吸引到自身中,为电磁屏蔽体积周围的磁场线提供路径。因此,磁电磁屏蔽的最佳形状是围绕电磁屏蔽体积的封闭容器。这种类型的电磁屏蔽的有效性取决于吸波材料的磁导率,该磁导率通常在非常低的磁场强度和吸波材料变得饱和的高场强下下降。因此,为了实现低残留磁场,磁电磁屏蔽通常由一个在另一个内部的几个外壳组成,每个外壳连续地减少其内部的场。

        由于无源电磁屏蔽的上述限制,与静态或低频场一起使用的替代方案是有源电磁屏蔽;使用由电磁铁创建的场来消除体积内的环境场。[8]螺线管和亥姆霍兹线圈是可用于此目的的线圈类型。

        另外,超导吸波材料可以通过迈斯纳效应排出磁场。

        五、电磁屏蔽吸波材料数学模型
假设我们有一个(线性和各向同性)反磁性吸波材料的球壳,其磁导率为μ,内半径为a,外半径为b。然后我们把这个物体放在一个恒定的磁场中:
{\ displaystyle {\ vec {H}} _ {0} = H_ {0} {\ hat {z}} = H_ {0} \ cos \ theta {\ hat {r}}  -  H_ {0} \ sin \ theta {\ hat {\ theta}}}
由于除了反磁性吸波材料边界上可能的束缚电流之外,在这个问题中没有电流,那么我们可以定义满足拉普拉斯方程的磁标量势:
\ vec {H} =  -  \ nabla \ Phi_ {M} \ nabla ^ {2} \ Phi_ {M} = 0
\ vec {B} = \ mu \ vec {H}
在这个特殊问题中存在方位对称性,因此我们可以写下在球坐标系中拉普拉斯方程的解是:
\ Phi_ {M} = \ sum_ {l = 0} ^ \ infty \ left(A_ {l} r ^ {l} + \ frac {B_ {l}} {r ^ {l + 1}} \ right)P_ {1}(\ COS \ THETA)
匹配边界条件后
{\ displaystyle({\ vec {H}} _ {2}  -  {\ vec {H}} _ {1})\ times {\ hat {n}} = 0} {\ displaystyle({\ vec {B}} } _ {2}  -  {\ vec {B}} _ {1})\ cdot {\ hat {n}} = 0}
在边界处(其中{\ hat {n}}是一个垂直于从1侧到2侧指向的表面的单位矢量),然后我们发现球壳内腔内的磁场是:
{\ displaystyle {\ vec {H}} _ {in} = \ eta {\ vec {H}} _ {0}}
其中\η是衰减系数,取决于反磁性吸波材料的厚度和吸波材料的磁导率:
\ ETA = \压裂{9 \亩} {(2 \亩+ 1)(\亩+ 2)-2 \左(\压裂{A} {B} \右)^ {3}(\ MU-1) ^ 2}
该系数描述了这种吸波材料在电磁屏蔽外围磁场时的有效性。请注意,该系数在\ mu \ rightarrow 1的限制内适当地变为1(无电磁屏蔽)。在\ mu \ rightarrow 0,\ infty此系数变为0(完全电磁屏蔽)的限制内,则衰减系数为更简单的形式:
\ eta = \ frac {9} {2} \ frac {1} {(1- \ frac {a ^ {3}} {b ^ {3}})\ mu}
这表明磁场像\ mu ^ { -  1}那样减小。[9]
注意:在上述关系中,\μ是相对渗透率 0 8r,它是特定介质的渗透率与自由空间渗透率的比率 0 80:
\ mu_r = \ frac {\ mu} {\ mu_0},
其中 0 80=4π×10-7 N A-2。
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