內(nèi)容摘要： 　　低頻電磁屏蔽機(jī)理討論及計(jì)算方法推導(dǎo)；低頻電磁屏蔽與其它屏蔽的差異比較；實(shí)際工作中的注意事項(xiàng) 　　關(guān)鍵詞： 　　低頻電磁屏蔽，屏蔽體，磁路并聯(lián)旁路分流，開(kāi)口設(shè)計(jì) 　　一．前言 　　許多專業(yè)文獻(xiàn)在分析低頻電磁屏蔽機(jī)理的機(jī)理時(shí)沿用了中高頻電磁屏蔽概念和計(jì)算方法，致使計(jì)算和設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)果偏差很大。有些中高頻電磁屏蔽理念被盲目照搬到低頻領(lǐng)域，造成誤解和錯(cuò)誤。 　　相對(duì)于靜電屏蔽或中高頻電磁屏蔽而言，消除或減少低頻電磁干擾的難度更大。在設(shè)計(jì)中高頻電磁屏蔽時(shí)，要衰減80dB（10-4）是輕而易舉的事；但是做一個(gè)低頻電磁屏蔽時(shí)，能夠把干擾減少到原來(lái)的20%往往就可以滿足使用要求，要把干擾減少到原來(lái)強(qiáng)度的1%以下是相當(dāng)困難的。 　　凡是有電源的地方、有用電設(shè)備的地方、幾百米內(nèi)有高壓電線的地方、幾十米內(nèi)有地下電纜的地方，甚至只有金屬管道和金屬梁架的地方，都可能有高達(dá)數(shù)十以至數(shù)百毫高斯的低頻電磁干擾。低頻電磁干擾的強(qiáng)度變化常常無(wú)規(guī)律可循，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)有相當(dāng)大的上下波動(dòng)；低頻電磁干擾的來(lái)源往往難以確定，這樣就更增加了屏蔽設(shè)計(jì)的難度。 　　本文重點(diǎn)討論屏蔽體內(nèi)體積為40～120m3，屏蔽前磁場(chǎng)強(qiáng)度在0.5～50mGauss p-p(毫高斯峰-峰值) 范圍的低頻（低于0～200Hz）電磁場(chǎng)屏蔽的實(shí)際應(yīng)用。 　　在本文討論的情況下，導(dǎo)磁材料可能被電磁干擾的直流分量磁化，但不會(huì)飽和；低于0.5mGauss p-p的磁場(chǎng)認(rèn)為可以忽略不計(jì)；其它頻率的磁場(chǎng)以直流或中高頻磁場(chǎng)泛指。 　　二．低頻電磁屏蔽與其它屏蔽的差異比較 　　1． 低頻電磁場(chǎng) 　　根據(jù)電磁波傳輸?shù)幕驹恚陬l率很低的時(shí)候，趨膚效應(yīng)(波從表面進(jìn)入導(dǎo)電媒質(zhì)越深，場(chǎng)的幅度就越小，能量就變得越小，這一效應(yīng)就是趨膚效應(yīng)。良導(dǎo)體中的電磁波只存在于導(dǎo)體表面,高頻電路中，傳導(dǎo)電流集中到導(dǎo)線表面附近的現(xiàn)象, 稱為“集膚效應(yīng)”。交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于感應(yīng)作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大。這種現(xiàn)象稱“趨膚效應(yīng)”。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加。頻率越高，趨膚效應(yīng)越顯著。當(dāng)頻率很高的電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效于導(dǎo)線的截面減小，電阻增大。既然導(dǎo)線的中心部分幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，就可以把這中心部分除去以節(jié)約材料。因此，在高頻電路中可以采用空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線。此外，為了削弱趨膚效應(yīng)，在高頻電路中也往往使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來(lái)代替同樣截面積的粗導(dǎo)線，這種多股線束稱為辮線。在工業(yè)應(yīng)用方面，利用趨膚效應(yīng)可以對(duì)金屬進(jìn)行表面淬火。)、磁滯損耗(放在交變磁場(chǎng)中的鐵磁體，因磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生一些功率損耗，從而使鐵磁體發(fā)熱，這種損耗叫磁滯損耗。鐵磁材料在磁化過(guò)程中由磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗。磁滯指鐵磁材料的磁性狀態(tài)變化時(shí)，磁化強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度，它的磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度 H之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。經(jīng)一次循環(huán)，每單位體積鐵心中的磁滯損耗等于磁滯回線的面積。這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使設(shè)備升溫，效率降低，這在交流電機(jī)一類設(shè)備中是不希望的。軟磁材料的磁滯回線狹窄，其磁滯損耗相對(duì)較小。硅鋼片因此而廣泛應(yīng)用于電機(jī)、變壓器、繼電器等設(shè)備中。)以及反射損耗(反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量，他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化)都很小，低頻電磁波的能量基本由磁場(chǎng)能量構(gòu)成。所以這時(shí)我們所要屏蔽的應(yīng)該是電磁波的磁場(chǎng)分量(電磁屏蔽的原理是由金屬屏蔽體通過(guò)對(duì)電磁波的反射和吸收來(lái)屏蔽輻射干擾源的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，即同時(shí)屏蔽場(chǎng)源所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量。由于隨著頻率的增高，波長(zhǎng)變得與屏蔽體上孔縫的尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致屏蔽體的孔縫泄漏成為電磁屏蔽最關(guān)鍵的控制要素;用鋼制機(jī)柜進(jìn)行屏蔽時(shí)，由于能為所有連接面提供一條由一個(gè)面至另一個(gè)面的高導(dǎo)電路徑，所以電流仍保持在機(jī)箱外側(cè)。這種導(dǎo)電路徑是用特殊的襯墊和在連接表面進(jìn)行導(dǎo)電涂敷而建立的， 　　導(dǎo)電路徑的任何中斷都將使屏蔽效能降低，它取決于縫隙或孔洞尺寸與信號(hào)波長(zhǎng)之間的關(guān)系。對(duì)于較低頻率或較長(zhǎng)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，如果只有一個(gè)小孔則不會(huì)明顯降低屏蔽效能；對(duì)于高頻或較短波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，屏蔽效能的下降將是很劇烈的。 　　舉一個(gè)例子，屏蔽體上如果有一個(gè)直徑為15mm的孔洞，對(duì)于10MHz信號(hào)（波長(zhǎng)為30m）來(lái)說(shuō)，將仍然能提供60dB屏蔽效能，但對(duì)于1GHz信號(hào)（波長(zhǎng)為30mm）來(lái)說(shuō)，若要保持同樣的屏蔽效能，則孔徑不能超過(guò)0.15mm。直徑為15mm的孔對(duì)于1GHz信號(hào)只能提供20dB衰減。 　　如果不止一個(gè)孔洞，而且孔距小于信號(hào)半波長(zhǎng)時(shí)，屏蔽效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號(hào)波長(zhǎng)時(shí)，屏蔽效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號(hào)要求足夠的衰減，則不應(yīng)采用為了通風(fēng)目的的孔洞。 　　圖2.2表示RFI/EMI能量是如何通過(guò)吸收、反射和傳導(dǎo)而耗散的。屏蔽效能及其產(chǎn)生的衰減與頻率、源與屏蔽體的距離、屏蔽體的厚度以及屏蔽材料等有關(guān)。由于增加了對(duì)RFI/EMI能量的反射和吸收的總和，使所傳輸?shù)碾姶拍芰繙p小。哪些材料能提供最好的屏蔽效能是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題。很明顯這種材料必須具有良好的導(dǎo)導(dǎo)性，所以未處理過(guò)的塑料是無(wú)用的，因?yàn)殡姶挪苤苯油ㄟ^(guò)它。當(dāng)然，可以采用金屬。然而，應(yīng)當(dāng)記住，不能只考慮導(dǎo)電性，其理由就在于，電磁波不但有電場(chǎng)分量，還有磁場(chǎng)分量。要知道高導(dǎo)磁率和高導(dǎo)電率同樣重要，高導(dǎo)磁率的意思就是磁力線的高導(dǎo)通性。鋼是一種良導(dǎo)體，而磁導(dǎo)率的量級(jí)也會(huì)令人滿意。它也是相對(duì)廉價(jià)并能提供很大機(jī)械強(qiáng)度的材料，所以有理由利用鋼材，廉價(jià)的獲得滿意的屏蔽效能。 應(yīng)當(dāng)注意，低頻電磁波比高頻電磁波有更高的磁場(chǎng)分量。因此，對(duì)于非常低的干擾頻率，屏蔽材料的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)比高頻時(shí)更為重要。) 　　屏蔽低頻（如工頻）電磁干擾的基本原理是磁路并聯(lián)旁路分流。通過(guò)使用導(dǎo)磁材料（如低碳鋼、硅鋼等）提供磁旁路來(lái)降低屏蔽體內(nèi)部的磁通密度。同時(shí)盡量增大渦流損耗，使一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。 　　導(dǎo)電率高而導(dǎo)磁率低的材料（如銅、鋁等）對(duì)電磁波的磁場(chǎng)分量幾乎沒(méi)有屏蔽作用。 　　屏蔽材料越厚則磁阻越小、渦流損耗越大，屏蔽效果越好。 　　2． 直流磁場(chǎng) 　　當(dāng)?shù)皖l電磁場(chǎng)頻率降低至0Hz時(shí)，低頻電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞔艌?chǎng)。磁化、磁飽和、無(wú)磁滯損耗、無(wú)渦流損耗(鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中時(shí)，磁疇相互間不停地摩擦、消耗能量、造成損耗，這種損耗稱為磁滯損耗)等等，使直流磁場(chǎng)的屏蔽比低頻電磁場(chǎng)屏蔽更加困難。一般選擇盡量避開(kāi)直流磁場(chǎng)干擾源。在條件允許的情況下，也可以用導(dǎo)磁材料把直流磁場(chǎng)干擾源包圍，使它發(fā)散出來(lái)的磁力線在導(dǎo)磁材料內(nèi)部形成一個(gè)閉環(huán)回路，減少它對(duì)外界的干擾。 　　導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)和設(shè)備被磁化后也會(huì)產(chǎn)生直流磁場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)這種情況，但是一般強(qiáng)度不大于0.5mGauss。 同時(shí)這種磁場(chǎng)往往是長(zhǎng)期穩(wěn)定的，對(duì)儀器設(shè)備的干擾不大，所以有時(shí)可以忽略這種直流磁場(chǎng)的影響。 　　3． 中高頻電磁場(chǎng) 　　在這個(gè)范圍里（一般是從1000Hz到1MHz），電磁波的能量比重逐漸由磁場(chǎng)分量向電場(chǎng)分量?jī)A斜，趨膚效應(yīng)、磁滯損耗還有反射損耗等逐漸顯得不可繼續(xù)忽略了，頻率變化的影響也不像在低頻范圍里那樣可以忽略不計(jì)了，屏蔽機(jī)理也隨之逐漸由側(cè)重屏蔽磁場(chǎng)分量轉(zhuǎn)向側(cè)重屏蔽電場(chǎng)分量。 　　4． 高頻電磁場(chǎng) 　　高頻（1MHz以上）電磁波除了具有低頻電磁波的電磁感應(yīng)特性外，還具有低頻電磁波很少具有的折射性和反射性。 　　根據(jù)電磁波傳輸?shù)幕驹?，在頻率很高的時(shí)候，趨膚效應(yīng)、渦流損耗以及反射損耗和折射損耗都將在屏蔽機(jī)理中有充分的表現(xiàn)。高頻電磁波的能量基本由電場(chǎng)分量構(gòu)成。所以這時(shí)我們所要屏蔽的是電磁波的電場(chǎng)分量。 　　屏蔽高頻電場(chǎng)干擾的基本原理是容抗并聯(lián)旁路。通過(guò)在干擾源與被屏蔽點(diǎn)之間加入一個(gè)屏蔽層，并使屏蔽層對(duì)地容抗無(wú)限?。ǖ刃帘螌咏拥兀瑏?lái)保護(hù)被屏蔽點(diǎn)不受干擾源通過(guò)雜散分布電容而耦合過(guò)來(lái)的干擾。 　　屏蔽材料可以用導(dǎo)電性良好的鋁、銅、錫、銀等，材料厚度對(duì)屏效影響不大。 　　5． 靜電屏蔽 　　靜電屏蔽比較簡(jiǎn)單。用金屬板（或者箔、網(wǎng)）形成一個(gè)屏蔽腔體，腔體與被屏蔽設(shè)備的外殼共同接地。 　　靜電屏蔽的基本原理是消除電勢(shì)差，將所有的電荷泄放入地。 　　三．幾種低頻屏蔽方法綜合評(píng)估 　　1． 低導(dǎo)磁率材料（如低碳鋼板等）屏蔽 　　低碳鋼板的導(dǎo)磁率在4,000左右。低碳鋼板機(jī)械性能好，可焊性好，易加工，價(jià)格便宜，購(gòu)買方便。在不必考慮屏蔽體的厚度和重量時(shí)，絕對(duì)應(yīng)該是低頻電磁屏蔽材料的首選。 　　2． 高導(dǎo)磁率材料（如硅鋼板等）屏蔽 　　熱軋硅鋼板的導(dǎo)磁率為6,000～8,000，冷軋硅鋼板的導(dǎo)磁率為12,000～20,000，選用冷軋硅鋼板理論上屏蔽體厚度可以降低為低碳鋼板的1/3到1/5。硅鋼板價(jià)格昂貴，材質(zhì)硬、脆，延展性差，可焊性可加工性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如低碳鋼板。在敲擊、折彎、開(kāi)孔和焊接后，如果不進(jìn)行熱處理，導(dǎo)磁率將大大下降?，F(xiàn)場(chǎng)施工一般不是焊接而是平鋪搭接，但是即便搭接面很寬，因?yàn)榭諝庀兜拇嬖?，也仍然?huì)使整體的導(dǎo)磁率下降。 　　冷軋硅鋼板還有晶向不一致的缺點(diǎn)，即鋼板軋制方向上與側(cè)面垂直方向上的導(dǎo)磁率不一樣，一般用多層交叉重疊法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。但這又增加了施工難度，增加成本；同時(shí)增大空氣間隙減少渦流損耗，降低屏蔽效果。 　　綜上所述，在低頻電磁屏蔽室的設(shè)計(jì)中，使用硅鋼板往往是事倍功半的，一般不建議采用。 　　3． 有源消磁器消磁 　　有源消磁器由探測(cè)器、反相消磁線圈和控制器等幾部分組成。探測(cè)器檢測(cè)到磁場(chǎng)的三維場(chǎng)強(qiáng)，控制器根據(jù)得到的信息產(chǎn)生波形和幅度相同、相位相反的電流，反相消磁線圈產(chǎn)生波形和幅度相同、相位相反的磁場(chǎng)將原來(lái)的磁場(chǎng)抵消。 　　有源消磁器安裝簡(jiǎn)便靈活，但因其工作原理所限，在控制上有一定的滯后，調(diào)試工作有一定的難度，均勻性和穩(wěn)定性等方面還有一些問(wèn)題。 　　四．低頻電磁屏蔽設(shè)計(jì) 　　屏蔽體的材料選擇： 　　根據(jù)以上的討論，如無(wú)特殊情況，一般選擇低碳鋼板。 　　因?yàn)檎w材料的渦流損耗比幾層疊加（厚度相同）的渦流損耗要大，所以如無(wú)特殊情況不選用薄的多層材料而選用厚的單層材料。 　　如果兼顧直流磁場(chǎng)屏蔽，可在低碳鋼板內(nèi)側(cè)加冷軋硅鋼板或其它高導(dǎo)磁材料（高導(dǎo)磁材料易飽和，放在內(nèi)層）；如果兼顧中頻磁場(chǎng)屏蔽，可在低碳鋼板外側(cè)加冷軋硅鋼板或其它高導(dǎo)磁材料（高導(dǎo)磁材料高頻特性好，放在外層）。 　　屏蔽體厚度計(jì)算： 　　1． 計(jì)算公式推導(dǎo) 　　因?yàn)榈皖l電磁波的能量主要由磁場(chǎng)能量構(gòu)成，所以我們可以使用高導(dǎo)磁材料來(lái)提供磁旁路通道以降低屏蔽體內(nèi)部的磁通密度，并借用并聯(lián)分流電路的分析方法來(lái)推導(dǎo)磁路并聯(lián)旁路的計(jì)算公式。 　　同時(shí)有以下一些定義： 　　Ho： 外磁場(chǎng)強(qiáng)度 　　Hi： 屏蔽內(nèi)空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度 　　Hs： 屏蔽體內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度 　　A： 磁力線穿過(guò)屏蔽體的面積 A=L×W 　　Φo：空氣導(dǎo)磁率 Φs：屏蔽材料導(dǎo)磁率 　　Ro: 屏蔽內(nèi)空間的磁阻 　　Rs: 屏蔽材料的磁阻 　　L： 屏蔽體長(zhǎng)度 　　W： 屏蔽體寬度 　　h： 屏蔽體高度（亦即磁通道長(zhǎng)度） 　　b： 屏蔽體厚度 　　由示意圖一可以得到以下二式 　　Ro=h/( A×Φo)=h/(L×W×Φo) (1) 　　Rs=h/(2b×W+2b×L)Φs (2) 　　由等效電路圖二可以得到下式 　　Rs= Hi×Ro/（Ho- Hi） (3) 　　將(1)、(2)代入(3)，整理后得到屏蔽體厚度b的計(jì)算式(4) 　　b=L×W×Φo(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi (4) 　　注意：在(4) 式中磁通道長(zhǎng)度h已在整理時(shí)約去，在實(shí)際計(jì)算中Φo、Φs 、Ho、Hi等物理單位也將約去，我們只需注意長(zhǎng)度單位一致即可。 　　由(4) 式可以看出，屏蔽效果與屏蔽材料的導(dǎo)磁率、厚度以及屏蔽體的大小有關(guān)。屏蔽材料導(dǎo)磁率越高、屏蔽層越厚屏效越好；在導(dǎo)磁率、厚度等相同的情況下，屏蔽體積越大屏效越差。 　　2． 計(jì)算式校驗(yàn) 　　我們用（4）式計(jì)算并取Φo=1, L=5m，W=4m，Φs=4000，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照比較（參見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)差別很大： 　　表1 厚度（mm） 　　場(chǎng)強(qiáng)（%） 1.5 2 3 4 5 6 8 外磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 100 100 100 100 100 100 100 實(shí)測(cè)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 60～65 45～50 ～35 ～27 ～22 ～16 8～12 計(jì)算內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 18.5 13.9 9.26 6.94 5.56 4.63 3.47 注：1．外磁場(chǎng)強(qiáng)度為5～20mGaussp-p。 　　2．為便于比較將計(jì)算數(shù)值及實(shí)測(cè)數(shù)值都?xì)w算為百分?jǐn)?shù)。 　　3．實(shí)測(cè)值系由不同條件下的多次測(cè)試折算而得。由于各次的測(cè)試條件不完全相同，所以只能取其大約平均數(shù)。 　　事實(shí)上，由于各種因素的影響，試圖建立一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型直接去分析和計(jì)算低頻電磁屏蔽的效果是相當(dāng)困難的。 　　計(jì)算與實(shí)測(cè)相比偏差較大有兩方面的原因。 　　并聯(lián)分流電路的函數(shù)關(guān)系是線性的，而在磁路中，導(dǎo)磁率、磁通密度、渦流損耗等都不是線性關(guān)聯(lián)，許多參數(shù)互為非線性函數(shù)（只是在某些區(qū)間線性度較好而已）。我們?cè)谕茖?dǎo)磁路并聯(lián)旁路的機(jī)理時(shí)，為避免繁雜的計(jì)算，忽略或近似了一些參數(shù)，簡(jiǎn)化了一些條件，把磁路線性化后計(jì)算。這些因素是造成計(jì)算精度差的主要原因。 　　另一方面，商品低碳鋼板的規(guī)格一般為1.22m×2.44m，按一個(gè)長(zhǎng)×寬×高為5×4×3m3的房間來(lái)算，焊接縫至少五六十條，即便是全部滿焊，焊縫厚度也一定小于鋼板的厚度。另外屏蔽體上難免有開(kāi)口和間隙，這些因素造成的共同結(jié)果就是：屏蔽體磁阻增大，整體導(dǎo)磁率下降。 　?。ㄟx用冷軋硅鋼板時(shí)要更加注意，冷軋硅鋼板的實(shí)測(cè)偏差往往更大。） 　　用并聯(lián)分流電路的分析方法推導(dǎo)出的磁路屏蔽計(jì)算式必須加以修正才能接近實(shí)際情況。 　　3． 修正后的計(jì)算公式 　　在(4)式基礎(chǔ)上，我們引入修正系數(shù)μ，且考慮到空氣導(dǎo)磁率近似為1，得到(5)式 　　b=μ〔L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi 〕 (5) 　　μ在3.2～4.0之間選取。屏蔽體體積小、工藝水平高可取小值，反之取較大值為好。 　　我們用（5）式取μ=3.4計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照比較（參見(jiàn)表2），吻合度基本可以滿意。 　　表2 厚度（mm） 　　場(chǎng)強(qiáng)（%） 1.5 2 3 4 5 6 8 外磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 100 100 100 100 100 100 100 實(shí)測(cè)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 60～65 45～50 ～35 ～27 ～22 ～16 8～12 計(jì)算內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度（%） 62.9 47.2 31.5 23.6 18.9 15.7 11.8 注：其它情況與表1相同。 　　必須指出的是，多次的復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)表明，(5)式計(jì)算結(jié)果與多次的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度較高，但也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)個(gè)別相差較大的情況，究其原因是屬于現(xiàn)場(chǎng)施工的問(wèn)題。以下是在現(xiàn)場(chǎng)施工中可能發(fā)生的幾種情況： 　　1． 個(gè)別部位用了薄鋼板； 　　2． 硅鋼板的搭接寬度不夠； 　　3． 多層冷軋硅鋼板沒(méi)有交叉重疊； 　　4． 鋼板沒(méi)有連續(xù)焊接且拼接縫過(guò)大； 　　5． 屏蔽體在設(shè)備基礎(chǔ)部位有較大開(kāi)口且處理不當(dāng)； 　　6． 隨意縮短波導(dǎo)管的長(zhǎng)度或加工時(shí)有偷工減料現(xiàn)象； 　　7． 波導(dǎo)管壁厚過(guò)小； 　　8． 屏蔽體多點(diǎn)接地致使屏蔽材料中有不均勻電流； 　　9． 屏蔽體與電源中性線相連。 　　一兩處小小疏忽就會(huì)造成屏蔽效果嚴(yán)重劣化。這有點(diǎn)類似于“水桶理論” ：水桶的容量取決于最短的那塊木板。對(duì)于這類隱蔽工程，在選擇一個(gè)可靠的施工單位、嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)工藝要求、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)理、實(shí)施分階段驗(yàn)收等方面，都是一定要引起高度注意的。 　　屏蔽體的開(kāi)口設(shè)計(jì)： 　　設(shè)計(jì)一個(gè)屏蔽體，一定會(huì)碰到開(kāi)口問(wèn)題。常見(jiàn)開(kāi)口設(shè)計(jì)的理論方法大多難以在低頻磁屏蔽設(shè)計(jì)中直接應(yīng)用。下面以一個(gè)房間的屏蔽設(shè)計(jì)為例來(lái)討論。 　　1． 小型開(kāi)口 　　房間內(nèi)安裝的被屏蔽設(shè)備，一般都需要供應(yīng)動(dòng)力、能源和冷卻水等等。這些輔助設(shè)施大多位于屏蔽室之外，通過(guò)進(jìn)出水管、進(jìn)排氣管和電纜連接進(jìn)來(lái)。我們可以將這些管道和電纜適當(dāng)集中，統(tǒng)一經(jīng)由一個(gè)或數(shù)個(gè)小孔穿過(guò)屏蔽體。小孔可用與屏蔽體相同的材料作成所謂 “波導(dǎo)口”，長(zhǎng)徑比為一般認(rèn)為至少要達(dá)到3～4﹕1（現(xiàn)場(chǎng)條件允許的話長(zhǎng)些更好）。例如小孔直徑為80mm，則長(zhǎng)度至少為240～320mm。 　　2． 中型開(kāi)口 　　空調(diào)的通風(fēng)口、換氣扇的進(jìn)排氣口等直徑（或者正方形、長(zhǎng)方形的邊長(zhǎng)）一般在400～600mm左右，這樣算來(lái)波導(dǎo)口的長(zhǎng)度將達(dá)到1200～2400mm，這在實(shí)際施工中幾乎是無(wú)法承受的。這時(shí)可以用柵格將原來(lái)的開(kāi)口分隔為幾個(gè)同樣大小的小口。例如將一個(gè)400×400mm的進(jìn)風(fēng)口分隔為九個(gè)等大的柵格，則長(zhǎng)度由1200～1600mm減少為400～530mm（柵格增加的風(fēng)阻很小，可以忽略不計(jì)）。 　　設(shè)計(jì)和加工時(shí)注意以下幾點(diǎn)： 　　1） 柵格的材料與屏蔽體相同，不要隨意減小材料的厚度； 　　2） 柵格的截面盡量接近正方形； 　　3） 在長(zhǎng)度可以接受的情況下，盡量減少柵格的數(shù)量，以減少加工難度和風(fēng)阻； 　　4） 柵格各處都要連續(xù)焊接，以免磁阻增大； 　　5） 如果材料為硅鋼，則必須經(jīng)過(guò)回火處理。 　　3． 可關(guān)閉的大型開(kāi)口 　　一般房間的門窗等開(kāi)口都在1m×2m以至更大，這時(shí)應(yīng)該依照門窗（均為與屏蔽體同樣的材料制成）關(guān)閉后的非導(dǎo)磁間隙來(lái)設(shè)計(jì)波導(dǎo)口。設(shè)門窗關(guān)閉后的非導(dǎo)磁間隙為5mm（這在技術(shù)上并不困難，個(gè)別難以處理的地方可以加道折邊），則波導(dǎo)口的長(zhǎng)度為15～20mm?？紤]到間隙是狹長(zhǎng)的，這個(gè)長(zhǎng)度盡量長(zhǎng)些為好。注意這里的波導(dǎo)口并不是只由門窗的框構(gòu)成，在所有的非導(dǎo)磁間隙處都要有一定厚度的折邊，保證波導(dǎo)口的長(zhǎng)度。 　　為保證特殊情況下的安全撤離，屏蔽室的門框應(yīng)特別加強(qiáng)，屏蔽門最好向外開(kāi)啟。 　　設(shè)計(jì)舉例： 　　房間的長(zhǎng)、寬、高分別為5米、3.3米和3米，原磁場(chǎng)強(qiáng)度x=10mGauss，y=8mGauss，z=12mGauss，試設(shè)計(jì)一低頻電磁屏蔽，要求屏蔽體內(nèi)任一方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度小于2mGauss。參見(jiàn)圖三 　　1．選用商品低碳鋼板，Φs=4000，規(guī)格為1.22m×2.44m； 　　2．按照（5）式分別從x、y、z三個(gè)方向來(lái)計(jì)算鋼板厚度： 　　μ取3.8，L×W分別以條件所給的長(zhǎng)、寬、高代入，且與x、y、z等方向的原磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)。 　　bx=3.8〔3.3m×4m×(10mGauss -2mGauss)/(4m+3.3m) 2×4000×2mGauss〕 　　=3.43mm 　　by=3.8〔3.3m×5m×(8mGauss -2mGauss)/(5m+3.3m) 2×4000×2mGauss〕 　　=2.83mm 　　bz=3.8〔5m×4m×(12mGauss -2mGauss)/(4m+5m) 2×4000×2mGauss〕 　　=5.28mm 　　全部鋼板厚度至少為6mm（為防止外磁場(chǎng)變化亦可選用8～10mm），單層。 　　全部焊縫要求連續(xù)滿焊。 　　3．波導(dǎo)口處理 　?。浴⒁?jiàn)屏蔽體的開(kāi)口設(shè)計(jì)）。 　　五．低頻電磁屏蔽實(shí)踐中的幾個(gè)誤區(qū) 　　由于有關(guān)低頻電磁屏蔽的介紹較少，而且從總體上來(lái)看，低頻電磁屏蔽的應(yīng)用不如中高頻電磁屏蔽廣泛，所以對(duì)低頻電磁屏蔽理解的誤區(qū)甚多： 　　1． 收音機(jī)（或移動(dòng)電話）沒(méi)有信號(hào)，所以低頻電磁屏蔽一定是好的。 　　收音機(jī)和移動(dòng)電話的工作頻率高達(dá)數(shù)百KHz以至數(shù)千MHz（調(diào)幅中波535-1605KHz；調(diào)頻廣播88-108MHz；移動(dòng)電話900MHz或1800MHz）。高頻電磁屏蔽只要屏蔽電磁波的電場(chǎng)分量就可以了，低頻電磁屏蔽主要是屏蔽電磁波的磁場(chǎng)分量，而磁場(chǎng)分量的屏蔽實(shí)際上比電場(chǎng)分量要困難得多。收音機(jī)（或移動(dòng)電話）沒(méi)有信號(hào)，并不能表明低頻電磁屏蔽是好的。另一方面，如果收音機(jī)（或移動(dòng)電話）有信號(hào)，也不能說(shuō)明低頻電磁屏蔽完全不合格。收音機(jī)和移動(dòng)電話都有很強(qiáng)的AGC（自動(dòng)增益控制）功能，在信號(hào)變化的很大范圍內(nèi)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)接收能力。屏蔽體上有必定有開(kāi)口，高頻信號(hào)在開(kāi)口處通過(guò)反射還是可以達(dá)到收音機(jī)（或移動(dòng)電話）的。 　　總之，不能用收音機(jī)（或移動(dòng)電話）有無(wú)信號(hào)來(lái)證明或檢驗(yàn)低頻電磁屏蔽的效果。 　　2． 屏蔽體接地有助于增進(jìn)低頻電磁屏蔽的效果。 　　這是套用高頻電場(chǎng)屏蔽原理引出的錯(cuò)誤結(jié)論。 　　高頻電場(chǎng)屏蔽的基本原理是容抗并聯(lián)旁路，屏蔽層良好接地是必要條件。但是低頻電磁屏蔽主要屏蔽的是磁場(chǎng)而非電場(chǎng)，屏蔽體接地對(duì)于增加屏蔽體的導(dǎo)磁率無(wú)任何幫助。 　　那么，是不是無(wú)益亦無(wú)害呢？不是的。在電氣施工中，施工者會(huì)習(xí)慣地把電源線護(hù)套管、開(kāi)關(guān)箱外殼、各種管道都連到屏蔽體上（“反正它們都是接地的。”注意，這是符合低壓電器安裝規(guī)范的）。這樣一來(lái)，屏蔽體中極可能有電流流過(guò)，必定產(chǎn)生額外的磁場(chǎng)。我們分析討論屏蔽體時(shí)，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，假設(shè)屏蔽體各處的導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率都是均勻一致的，實(shí)際上遠(yuǎn)非如此。鋼板后面一般會(huì)有鋼結(jié)構(gòu)支撐，各處鋼板的焊接或搭接情況差異很大，這時(shí)屏蔽體內(nèi)各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有很大的不均勻性，在個(gè)別節(jié)點(diǎn)處甚至非常高。所以屏蔽體接地對(duì)于低頻電磁屏蔽來(lái)說(shuō)是有害無(wú)益。 　　3． 屏蔽體與被屏蔽設(shè)備共地。 　　這是套用靜電屏蔽的“等電位”而引出的錯(cuò)誤結(jié)論。 　　屏蔽體與被屏蔽設(shè)備共地不會(huì)增加并聯(lián)磁路的導(dǎo)磁率，不可能對(duì)增進(jìn)低頻電磁屏蔽的效果有任何幫助。 　　我們可以這樣說(shuō)，如果高頻電磁屏蔽和靜電屏蔽必須要“等電位”的話，那么低頻電磁屏蔽的指導(dǎo)理念恰恰與之相反，盡量實(shí)現(xiàn)“零電流”。 低頻電磁場(chǎng)往往是工頻電流所產(chǎn)生的，我們要盡最大努力避免產(chǎn)生那些本來(lái)可以沒(méi)有的電流。 　　所以，屏蔽體與被屏蔽設(shè)備共地也是有害無(wú)益的。 　　4． 附近沒(méi)有電源線或用電設(shè)備就不可能有低頻電磁場(chǎng)。 　　在水管、暖氣管、大樓的環(huán)狀地線等導(dǎo)體上，如果有電流流過(guò)，也會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，其強(qiáng)度與電流強(qiáng)度成正比，與通電導(dǎo)體的距離的平方成反比。 筆者曾在北京某單位發(fā)現(xiàn)一樓地面下鋼梁（起墊高作用）中有電流產(chǎn)生50Hz低頻磁場(chǎng)，用梯度法推算，該電流達(dá)8～10A。 　　5． 設(shè)備關(guān)閉后就不會(huì)產(chǎn)生低頻電磁干擾了。 　　許多設(shè)備和儀器，在執(zhí)行了關(guān)閉操作后并沒(méi)有完全斷開(kāi)自身的電源。就像家庭中使用的錄音機(jī)和空調(diào)，只要還與電源相連，就不一定完全沒(méi)有電流。 　　另一種情況是，設(shè)備自身配有變壓器，而設(shè)備開(kāi)關(guān)是設(shè)在變壓器副邊的。筆直多次見(jiàn)到，日本原產(chǎn)帶有220V-110V電源變壓器的設(shè)備，在設(shè)備關(guān)閉后，電源變壓器附近仍然有很強(qiáng)的低頻磁場(chǎng)（有時(shí)在距離1米處場(chǎng)強(qiáng)還可達(dá)20mGauss p-p）。這類情況下要想得到準(zhǔn)確的結(jié)論，就必須去關(guān)斷這些設(shè)備上游的控制開(kāi)關(guān)，或者在配電室（柜）里關(guān)閉整條供電分路的供電。 　　還有一些設(shè)備經(jīng)常處于備用狀態(tài)（例如干燥箱、恒溫箱等），隨時(shí)可能會(huì)自動(dòng)進(jìn)入某種工作狀態(tài)，切勿輕率斷定它們是否會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。 　　6． 在干擾源的來(lái)向設(shè)一面厚鋼板墻就可以解決低頻電磁干擾問(wèn)題。 　　在干擾源與墻面的距離遠(yuǎn)大于墻面寬度和高度的情況下，這樣做基本是無(wú)效的。 　　在干擾源距離墻面很近（幾厘米到幾十厘米）時(shí)，可以有限度地減小低頻電磁干擾。 　　在極大多數(shù)的情況下，干擾源不止一個(gè)，測(cè)試點(diǎn)的干擾磁場(chǎng)往往由幾個(gè)相位、強(qiáng)度、波形、頻率特征等都不相同的磁場(chǎng)迭加而成。所以，除了極個(gè)別的特例以外，這個(gè)方法是不能夠可靠地解決問(wèn)題的。 　　7． 銅的導(dǎo)電性比鋼好，用銅板來(lái)屏蔽工頻電磁場(chǎng)效果更好，只不過(guò)銅板太貴了所以一般才不用。 　　曾經(jīng)見(jiàn)到某專業(yè)文章中的計(jì)算：“當(dāng)我們要屏蔽的對(duì)象是電源變壓器時(shí)，工作頻率是50Hz，此時(shí)的銅材料：X0.1≈22mm，X0.01≈44mm；鐵材料：X0.1≈32mm，X0.01≈65mm” （以上原文照抄，一字未改。 原文說(shuō)明X 0.1及X 0.01是達(dá)到原有場(chǎng)強(qiáng)的1/10及1/100時(shí)屏蔽材料的厚度）。 　　有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人都知道，用不導(dǎo)磁的銅板來(lái)屏蔽工頻電源變壓器是毫無(wú)用處的，更不可能比鐵材料的屏蔽效果好。一次筆者在湖北某處實(shí)測(cè)，6mm厚的銅板屏蔽工頻電磁干擾毫無(wú)效果。 www.hnhuibao.com