法拉第笼屏蔽
从电磁兼容谈法拉第笼屏蔽 高春根 计算机机房屏蔽的目的，一是为了防止外界空间电磁场干扰计算机正常工作；二是为了防止机房内计算机系统信息的泄漏。作为铁路信号防雷我们做法拉第笼的主要目的是为了防止外界空间电磁场干扰计算机正常工作。 机房屏蔽大概可以分为静电屏蔽，电场屏蔽，磁场屏蔽和电磁场屏蔽四种。 1. 静电屏蔽 用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，如果将金属屏蔽体接地，则外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。 金属屏蔽体良好接地，对静电屏蔽而言，将使屏蔽体外侧的感应电荷流入大地，而不会有感应电场存在。 2.电场屏蔽 为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不必过大，而以结构强度为主要考虑因素。 3.磁场屏蔽 交变磁场屏蔽有高频和低频之分。磁场屏蔽通常指直流或低频磁场的屏蔽，低频磁场干扰这也是我们最难对付的一种干扰，这种干扰是由直流电流或交流电流产生的，低频磁场屏蔽是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好，这里关系到一个磁饱和的问
题
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，低频磁场往往随距离的衰减很快，因此在很多场合，将磁敏感器件远离磁场源是一个减小磁场干扰的十分有效的
措施
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，这里注意到跟距离有关系。高频磁场的屏蔽是利用高电导率的材料产生的涡流的反向磁场来抵消干扰磁场而实现的。磁场主要屏蔽机理是吸收而不是反射。 4.电磁场屏蔽 一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。 我先介绍几个概念：一个是趋肤深度，第二个是涡流。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此导线的厚度，称为趋肤深度。从这点我们可以看出，对于电磁场的屏蔽效能跟材料厚度没有关系，再根据光速等于波长乘以频率，当高频电场是干扰电磁波的波长很小，我们选用2mm乘以2mm的网格能更好的防止干扰电磁波穿过屏蔽层；当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。如果用图表示这样的感应电流，看起来就象水中的旋涡，所以我们把它叫做涡电流。要产生就必须得要电气连接，不建议用螺钉或铆钉进行固定，因为紧固件之间接合处的低阻接触状态不容易长久保持。 26号文3.2.2和535号文4.6.2要求新建站房屋结构采用钢筋混凝土结构，网格不大于5m乘以5m用直径12mm的圆钢互相焊接而成，任一频率电磁波的波长为: 波长(λ)=光速(C)/h频率(Hz) ，当频率低于6乘以10的7次方的时候，首先要经过房屋主筋吸收。除了要考虑磁导率外，还要考虑饱和电平，当需要屏蔽的磁场很强时，仅用单层屏蔽材料，不是达不到屏蔽要求，就是会发生饱和。这时，一种方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用组合屏蔽，将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内，它们之间留有气隙。气隙内可以填充任何非导磁率材料做支撑，如铝。组合屏蔽的屏蔽效能比单个屏蔽体高得多，因此组合屏蔽能够将磁场衰减到很低的程度，我们设计的就是先经过墙内主筋进行第一次屏蔽，然后再经过铁网进行第二次屏蔽，墙内主筋主要屏蔽的低频磁场，而铁网屏蔽的是电场和高频磁场，这两种屏蔽的机理一是由于界面反射，一是由于涡流产生与原磁场相反方向的相反方向的磁场抵消原磁场，因此这两种屏蔽机理都与屏蔽材料厚度无关，以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素，由于考虑到房间抹灰我们设计的铁网厚度不宜过大，26号文3.2.5和535号文4.3.6要求0.6m的网格与5m的钢筋网格结合处应焊接，这其实表示只是做了一层法拉第笼屏蔽，而我们的是一点连接，这是两层法拉第笼，无论从磁饱和还是从反射跟吸收来看，组合屏蔽的屏蔽效能比单个屏蔽体高得多。低频磁场往往随距离的衰减很快，所以我们要求设备离墙壁一定距离，综合考虑低频电磁波经过墙内主筋和铁网两次吸收效能要比0.6m网格好。 上面划线部分是对我们设计的解释，但是说实话这些解释有点牵强，而且里面也把一些对我们不利的方面省略了，解释千万别围绕加密了来解释，这里面的问题主要是在低频段，加密对屏蔽并没有太大的好处，因为低频电磁波波本来就很长，0.6米的网格已经满足要求，这是法拉第笼屏蔽的重点，他们的优势是直径大吸收好，我们的优势是双层屏蔽。
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