关于无线电设备的电磁屏蔽.doc

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1、关于无线电设备的电磁屏蔽我们在研讨无线电设备接收和发射的工作中,常常要用到屏蔽的概念,在将交流电变换为直流电的过程中也会经常碰到到屏蔽的问题,工业上用高频交流电加工零件和医学上用高频电流医治病人时也会涉及到屏蔽。    有些专业书籍上介绍的屏蔽问题太笼统,遇到一些具体问题都绕开了,咱们还是从实用的角度来探讨一下。从广义上讲,所谓屏蔽就是:用技术手段将电磁能量限制在规定的空间范围内,这种限制就是用一切可能的方法来阻止电磁能量的向内部或向外部传播。    其实,在无线电技术中,屏蔽不属于电路设计,而是属于机器设备的结构设计。在专

2、门生产无线电设备的大型企业里,结构设计是一个专门的部门,电路设计、结构设计、工艺设计等都服从于设备的总体设计,为设备的总体设计服务。尽管现在还不能用工程计算来直接决定一个无线电电路是否需要某种程度的屏蔽,以及确定某种屏蔽的类型是否足够(通常都是用实验的方式来最后确定),但是了解屏蔽的物理作用并对它有一定性的认识,这对我们确定无线电设备性能的优劣、改进我们手头无线电设备的性能、尤其是设计制造新型的无线接收机时进行结构设计都是有帮助的.     电磁屏蔽包括电场屏蔽和磁场屏蔽   一、电场屏蔽   请看下图     若A点是无线

3、电设备中某一工作在射频状态的点,B点是同一设备中需要屏蔽的点,Do点是该设备的零电位点,C1是A点对B点的杂散寄生电容,C2是B点对Do点的杂散寄生电容,在A点电位Ua的作用下,B点产生的电位为UbUb=Ua(C1/(C1+C2)),从公式中可以看出:减小C1或增大C2都能使Ub的电位减少。这就是设计电场屏蔽的理论基础。(上面的分析应该是用容抗的概念,为了便于说明问题,这里就直接用C1、C2代替了。)    在设计无线电设备时,我们可以增大A、B两点之间的距离来减小C1,或是减少A、B两点的元器件表面积来减少C1,但这两种措

4、施都有一定的局限性,所以,我们可以采取下面的方法。请看下如图      为了减小C1,我们在A与B之间加入一块金属平板J,这时,电容C1被分为两个串联的电容C3和C4,C5为金属板与参考点Uo之间的电容,C'为A,B之间加入金属板之后的寄生电容,其值非常小,可以忽略不计。此时经过Y/△变换后,求得Bb电压为:Ub=Ua(C3*C4)/((C3+C5)(C4+C2))    从上式可知:当加入金属板后,Ub电位可高于或可低于加入金属板前的电位,分析如下:当C3比C5大得多的时候,金属板电位大约等于Ua电位,而C4总比原来的C1

5、大,这时的Ub反而比加入金属板前的电位高,这时加入的屏蔽体(金属板)不是有利,反而是有害的。若增大C5,则Ub电压会下降,当C5无限增大,变成屏蔽体接地,从公式可以看出:Ub≈0,也就是说,我们达到了屏蔽的目的。所以我们得到的结论是:     1、为了屏蔽电场,屏蔽体必须妥善接地,可以是设备的机壳、底板或电路的零电位点。     2、由于屏蔽体内的电流不大,所以电场屏蔽的效果不决定于屏蔽体的材料厚度。   3、在屏蔽体上为了散热或调节元器件而加工的狭槽和小孔,只要其几何尺寸比设备工作的波长和屏蔽体本身的几何尺寸小得多,就不会

6、影响电场屏蔽的效果。   4、改变设备的工作频率不影响屏蔽体对电场屏蔽的效果,   5、为了更好地屏蔽电场,最好将要屏蔽的电路、元器件、设备用屏蔽材料包围或封起来。   二、磁场屏蔽  物理学中的焦尔——楞次定律告诉我们:在有电流流过的任合电路的周围空间都会产生磁场,如果这个电流是交变的,那么产生的这个磁场也是交变的。当这个交变的磁场通过某一个闭合的回路时,在闭合的回路中就会产生一个交变的电流,这就是磁场耦合。所谓磁场屏蔽,就是把这种磁场耦合截断,或是把这种磁场耦合降低到最小的程度。  工程上解决磁场屏蔽的方法有两种,就是“

7、山海经”里面“大禹治水”的方法,一是“堵”,二是“疏”。所谓“堵”,就是用磁阻损耗大的导磁材料把磁场能量消耗掉,所谓“疏”,就是用磁阻特别小,而且导磁率特别高的导磁材料把磁场旁路掉。   1、利用涡流和磁滞的方法(“堵”的方法)   利用导磁材料的涡流损耗和导磁材料的磁滞损耗特性来达到磁场屏蔽。见下图所示   电路A由于交变电流引起磁场变化对电路B有磁场耦合作用,为减少这种耦合作用,我们在A与B之间放置金属板J,见下图。   在电路A交变电流产生磁场的作用下,金属板J内部将感应出交变电流,我们把这个交变电流称为涡流,涡流产生

8、的磁场与电路A产生的磁场正好相反,从而减小了电路A对屏蔽体J后面的电路B的磁场耦合,这样就达到了利用涡流来进行磁场屏蔽的目的。   从上面的物理分析可知:   1、涡流越大,产生的反向磁场也越大,屏蔽的作用也越好。   2、涡流的大小由屏蔽体的电阻率和厚度有关。   3、金属板J中的微小磁

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