[科普中国]-主动场屏蔽

主动场屏蔽(active field shielding)是将电磁场的作用与影响限定在某个范围之内，使其不对限定范围之外的任何生物机体或仪器设备产生干扰与危害的屏蔽技术和方法。主动场屏蔽是用来防止场源对外的影响，电磁场源位于屏蔽室之内。主动场屏蔽的特点是： 场源与屏蔽室间距小； 被屏蔽的电磁场强度大；屏蔽室结构设计要严紧；屏蔽室接地处理技术要求高1。

基本介绍主动场屏蔽是电磁屏蔽之一，利用屏蔽材料将某设备、某系统或其分系统产生的电磁能限制在规定的空间或使其对外界的泄露减小到允许程度。是防止电磁能对周围环境造成有害影响的重要手段。其特点是，场源在屏蔽体内部，一般距屏蔽体较近，屏蔽体必须良好地接地；将干扰源屏蔽好后，就可防止该干扰源对众多可能被干扰设备的影响。广泛应用在电磁干扰控制、降低近场以保护操作者及重点污染源的治理等方面。

电磁屏蔽所谓电磁屏蔽就是利用导电或导磁材料将电磁辐射限制在某一规定的空间范围内，阻止电磁辐射向被保护区扩散的技术措施。方法是采用屏蔽体包围电磁干扰源，抑制电磁干扰源对周围空间的接受器的干扰，或者采用屏蔽体包围接受器，以避免干扰源对其造成干扰2。

电磁屏蔽工作原理高频电磁屏蔽装置由铜、铝或钢制成。当电磁波进入金属导体内部时，产生能量损耗，一部分电磁能转变为热能，随着进人导体表面的深度增加，能量逐渐减小，电磁场逐渐减弱，导体表面场强最大，越深入内部，场强越小，这种现象就是电磁辐射的集肤效****应，电磁屏蔽就是利用这一效应进行工作的。

对于一般导体，电磁波的衰减都比较快。对于平板或类似条件的屏蔽体，场强按指数规律衰减。其衰减系数为

式中 ——电磁波角频率， ；

——介质磁导率；

——介质电导率。

为了衡量电磁波在导体中衰减的程度，指定电场强度和磁场强度衰减为原来的 (即36.8%)时的深度为透入深度。可以证明，透入深度与衰减系数互为倒数关系。不同频率电磁波对于铜、铝、铁的透人深度如表1所示。对于理想导体，电磁波透人深度为零。对于一般导体，在深度等于波长的地方，电磁波实际上已衰减为零。

|| || 表1 不同频率电磁波对于铜、铝、铁的透入深度

屏蔽效率屏蔽效率是定量评价屏蔽装置的基本指标之一。通常用屏蔽前后电场强度或磁场强度差的相对值来表示，即

式中 ——电场屏蔽效率；

——磁场屏蔽效率；

——屏蔽前、后电场强度；

——屏蔽前、后磁场强度。

应当指出，只有在最简单的情况下，屏蔽效率才有单一数值。例如，用均匀无限大平面屏蔽装置对平面电磁波的半空间屏蔽，用均匀球形屏蔽装置对位于其中心点源的屏蔽，用均匀无限长圆筒形屏蔽装置对位于其轴线上线源的屏蔽都是最简单、最理想化的情况。一般电磁场都不是一维场，也不可能完全对称。屏蔽装置也不可能是完全对称的，加之屏蔽装置还在不同程度上改变原始场的分布，故使得屏蔽效率具有多值性的特点。

屏蔽的方式(1)静电屏蔽。静电屏蔽的屏蔽体用良导体制作，并有良好的接地。这样就把电场终止于导体表面，并通过接地线中和导体表面的感应电荷，防止由静电耦合产生的互扰。

(2)磁屏蔽。磁屏蔽的屏蔽体用高磁导率构成低磁阻通路，把磁力线封闭在屏蔽体内，达到阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰的目的。

(3)电磁屏蔽。电磁屏蔽是利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离时变电磁场的互耦，从而防止高频电磁场的干扰。

屏蔽设计要求根据高频电磁场场源的辐射功率、频率、工作性质等条件，确定屏蔽方式、选择屏蔽材料、设计屏蔽结构，并予以合理安装。

(1)屏蔽性质。按照场源的工作性质，可采用主动场屏蔽或被动场屏蔽。

1)主动场屏蔽。是指将场源置于屏蔽体之内，将电磁场限制在某一范围内，使其不对屏蔽体以外的工作人员或仪器设备产生影响的屏蔽方式。主动场屏蔽适用于辐射源比较集中、辐射功率较大、工作人员作业位置不固定且周围不需要接收辐射能量的场合，高频加热设备的高频发生器、高频变压器、耦合电容器等器件均可采用主动场屏蔽。主动场屏蔽的特点是场源与屏蔽体之间的距离小，屏蔽体必须接地，否则屏蔽效率大大降低。

2)被动场屏蔽。是指屏蔽室、个人防护等屏蔽方式。这种屏蔽是将场源置于屏蔽体外，使屏蔽体内不受电磁场的干扰或污染。被动场屏蔽适用于辐射体比较分散、工作人员作业位置固定的场合。无线电通信和广播、电视等发射电磁波的场合均宜采用被动场屏蔽。被动场屏蔽的特点是场源与屏蔽体之间的距离大，屏蔽体可以不接地。

(2)屏蔽体。屏蔽体是屏蔽装置的本体，也是屏蔽装置的主体，其材料选择、结构设计是提高屏蔽效率的关键。

1)屏蔽材料。用于高频防护的板状屏蔽和网状屏蔽均可用铜、铝或钢(铁)制成，必要时可考虑双层屏蔽。

电磁波进入屏蔽体后衰减很快。随着屏蔽厚度增加，屏蔽效率提高，一般情况下，屏蔽体厚1mm即可满足要求。对于网状屏蔽，网材目数越大、网丝越粗，则屏蔽效果越好。对于波长较大的高频和超高频电磁场，对网材目数的大小没有严格要求，取材可视材料来源而定；对于特高频电磁场，则要求较大的目数和较小的网眼。

2)距离的影响。距离对屏蔽效率有直接影响。屏蔽体与场源之间的距离过小时，屏蔽体将承受很强的辐射，可能产生较强的反射场，改变高频设备的工作参数，直接影响高频设备的正常运行。同时，二者之间过小的距离，还会因电磁感应在屏蔽体内产生较大的电流，使屏蔽体严重发热，甚至引起燃烧。而且，还会消耗过多的场能，加重辐射源的负担。随着二者之间距离的增加，屏蔽体承受的辐射将大大减弱，屏蔽效果将大大提高。因此，在生产工艺允许的情况下，应加大屏蔽体与场源之问距离，以免影响高频设备的工作，并提高屏蔽的效率。

3)孔洞和缝隙的影响。当工作需要，不得不在屏蔽体上开孔、开缝时，由于增加了电磁场泄漏的附加渠道，屏蔽的效率有所降低。

如果屏蔽板很薄，孔洞和缝隙不大也不多，则屏蔽板外的场主要是透过屏蔽板的残余场。这时，改变材料或增加板厚可以提高屏蔽效能。如果屏蔽板较厚，孔洞和缝隙又比较大和比较多，则屏蔽板外的场主要是通过这些孔洞和缝隙泄漏的。这时，增加板厚的效果不大。

透过屏蔽板的场与透过孔洞和缝隙的场分布是不同的。为了简化问题，可以假定透过屏蔽板的场与透过孔洞和缝隙的场是不相关的，分别当作由该种材料制成的同样厚度的完全封闭的屏蔽和由理想导电材料制成的带有孔洞和缝隙的屏蔽来考虑。如果两种情况的效率分别为和，则屏蔽体的屏蔽效率为

经验证明，屏蔽上孔洞直径尺寸不宜超过电磁波波长的1/5；缝隙宽度不宜超过电磁波波长的1/10。否则，应采取附加防护措施。

此外，屏蔽体边角要圆滑，避免尖端效应。

在某些实施屏蔽有困难的场合，可以考虑工作人员穿特制的金属服装、戴特制的金属头盔和戴特制的金属眼镜等个人防护措施2。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学