內(nèi)容摘要： 　　低頻電磁屏蔽機(jī)理討論及計算方法推導(dǎo)；低頻電磁屏蔽與其它屏蔽的差異比較；實際工作中的注意事項 　　關(guān)鍵詞： 　　低頻電磁屏蔽，屏蔽體，磁路并聯(lián)旁路分流，開口設(shè)計 　　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)理時沿用了中高頻電磁屏蔽概念和計算方法，致使計算和設(shè)計與實際結(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，造成誤解和錯誤。 　　相對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)計中高頻電磁屏蔽時，要衰減80dB（10-4）是輕而易舉的事；但是做一個低頻電磁屏蔽時，能夠把干擾減少到原來的20%往往就可以滿足使用要求，要把干擾減少到原來強(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)度變化常常無規(guī)律可循，短時間內(nèi)就會有相當(dāng)大的上下波動；低頻電磁干擾的來源往往難以確定，這樣就更增加了屏蔽設(shè)計的難度。 　　本文重點討論屏蔽體內(nèi)體積為40～120m3，屏蔽前磁場強(qiáng)度在0.5～50mGauss p-p(毫高斯峰-峰值) 范圍的低頻（低于0～200Hz）電磁場屏蔽的實際應(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，但不會飽和；低于0.5mGauss p-p的磁場認(rèn)為可以忽略不計；其它頻率的磁場以直流或中高頻磁場泛指。 　　二．低頻電磁屏蔽與其它屏蔽的差異比較 　　1． 低頻電磁場 　　根據(jù)電磁波傳輸?shù)幕驹恚陬l率很低的時候，趨膚效應(yīng)(波從表面進(jìn)入導(dǎo)電媒質(zhì)越深，場的幅度就越小，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)”。交變電流通過導(dǎo)體時，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導(dǎo)線時，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線表面上很薄的一層中流過，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有電流通過，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)可以對金屬進(jìn)行表面淬火。)、磁滯損耗(放在交變磁場中的鐵磁體，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，磁化強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度，它的磁通密度B與磁場強(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能量構(gòu)成。所以這時我們所要屏蔽的應(yīng)該是電磁波的磁場分量(電磁屏蔽的原理是由金屬屏蔽體通過對電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的遠(yuǎn)區(qū)場，即同時屏蔽場源所產(chǎn)生的電場和磁場分量。由于隨著頻率的增高，波長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，由于能為所有連接面提供一條由一個面至另一個面的高導(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波長之間的關(guān)系。對于較低頻率或較長波長來說，如果只有一個小孔則不會明顯降低屏蔽效能；對于高頻或較短波長來說，屏蔽效能的下降將是很劇烈的。 　　舉一個例子，屏蔽體上如果有一個直徑為15mm的孔洞，對于10MHz信號（波長為30m）來說，將仍然能提供60dB屏蔽效能，但對于1GHz信號（波長為30mm）來說，若要保持同樣的屏蔽效能，則孔徑不能超過0.15mm。直徑為15mm的孔對于1GHz信號只能提供20dB衰減。 　　如果不止一個孔洞，而且孔距小于信號半波長時，屏蔽效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號波長時，屏蔽效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號要求足夠的衰減，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相當(dāng)復(fù)雜的問題。很明顯這種材料必須具有良好的導(dǎo)導(dǎo)性，所以未處理過的塑料是無用的，因為電磁波能直接通過它。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，電磁波不但有電場分量，還有磁場分量。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)率的量級也會令人滿意。它也是相對廉價并能提供很大機(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分量。因此，對于非常低的干擾頻率，屏蔽材料的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)比高頻時更為重要。) 　　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。通過使用導(dǎo)磁材料（如低碳鋼、硅鋼等）提供磁旁路來降低屏蔽體內(nèi)部的磁通密度。同時盡量增大渦流損耗，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）對電磁波的磁場分量幾乎沒有屏蔽作用。 　　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 　　當(dāng)?shù)皖l電磁場頻率降低至0Hz時，低頻電磁場轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞔艌觥４呕?、磁飽和、無磁滯損耗、無渦流損耗(鐵磁材料置于交變磁場中時，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，使直流磁場的屏蔽比低頻電磁場屏蔽更加困難。一般選擇盡量避開直流磁場干擾源。在條件允許的情況下，也可以用導(dǎo)磁材料把直流磁場干擾源包圍，使它發(fā)散出來的磁力線在導(dǎo)磁材料內(nèi)部形成一個閉環(huán)回路，減少它對外界的干擾。 　　導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)和設(shè)備被磁化后也會產(chǎn)生直流磁場，現(xiàn)場實測時經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)這種情況，但是一般強(qiáng)度不大于0.5mGauss。 同時這種磁場往往是長期穩(wěn)定的，對儀器設(shè)備的干擾不大，所以有時可以忽略這種直流磁場的影響。 　　3． 中高頻電磁場 　　在這個范圍里（一般是從1000Hz到1MHz），電磁波的能量比重逐漸由磁場分量向電場分量傾斜，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了，屏蔽機(jī)理也隨之逐漸由側(cè)重屏蔽磁場分量轉(zhuǎn)向側(cè)重屏蔽電場分量。 　　4． 高頻電磁場 　　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分量構(gòu)成。所以這時我們所要屏蔽的是電磁波的電場分量。 　　屏蔽高頻電場干擾的基本原理是容抗并聯(lián)旁路。通過在干擾源與被屏蔽點之間加入一個屏蔽層，并使屏蔽層對地容抗無限?。ǖ刃帘螌咏拥兀?，來保護(hù)被屏蔽點不受干擾源通過雜散分布電容而耦合過來的干擾。 　　屏蔽材料可以用導(dǎo)電性良好的鋁、銅、錫、銀等，材料厚度對屏效影響不大。 　　5． 靜電屏蔽 　　靜電屏蔽比較簡單。用金屬板（或者箔、網(wǎng)）形成一個屏蔽腔體，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差，將所有的電荷泄放入地。 　　三．幾種低頻屏蔽方法綜合評估 　　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，價格便宜，購買方便。在不必考慮屏蔽體的厚度和重量時，絕對應(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)場施工一般不是焊接而是平鋪搭接，但是即便搭接面很寬，因為空氣隙的存在，也仍然會使整體的導(dǎo)磁率下降。 　　冷軋硅鋼板還有晶向不一致的缺點，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解決這個問題。但這又增加了施工難度，增加成本；同時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 　　有源消磁器由探測器、反相消磁線圈和控制器等幾部分組成。探測器檢測到磁場的三維場強(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、相位相反的磁場將原來的磁場抵消。 　　有源消磁器安裝簡便靈活，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題。 　　四．低頻電磁屏蔽設(shè)計 　　屏蔽體的材料選擇： 　　根據(jù)以上的討論，如無特殊情況，一般選擇低碳鋼板。 　　因為整體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）。 　　屏蔽體厚度計算： 　　1． 計算公式推導(dǎo) 　　因為低頻電磁波的能量主要由磁場能量構(gòu)成，所以我們可以使用高導(dǎo)磁材料來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推導(dǎo)磁路并聯(lián)旁路的計算公式。 　　同時有以下一些定義： 　　Ho： 外磁場強(qiáng)度 　　Hi： 屏蔽內(nèi)空間的磁場強(qiáng)度 　　Hs： 屏蔽體內(nèi)磁場強(qiáng)度 　　A： 磁力線穿過屏蔽體的面積 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： 屏蔽體長度 　　W： 屏蔽體寬度 　　h： 屏蔽體高度（亦即磁通道長度） 　　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的計算式(4) 　　b=L×W×Φo(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi (4) 　　注意：在(4) 式中磁通道長度h已在整理時約去，在實際計算中Φo、Φs 、Ho、Hi等物理單位也將約去，我們只需注意長度單位一致即可。 　　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． 計算式校驗 　　我們用（4）式計算并取Φo=1, L=5m，W=4m，Φs=4000，計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對照比較（參見表1），發(fā)現(xiàn)差別很大： 　　表1 厚度（mm） 　　場強(qiáng)（%） 1.5 2 3 4 5 6 8 外磁場強(qiáng)度（%） 100 100 100 100 100 100 100 實測內(nèi)磁場強(qiáng)度（%） 60～65 45～50 ～35 ～27 ～22 ～16 8～12 計算內(nèi)磁場強(qiáng)度（%） 18.5 13.9 9.26 6.94 5.56 4.63 3.47 注：1．外磁場強(qiáng)度為5～20mGaussp-p。 　　2．為便于比較將計算數(shù)值及實測數(shù)值都?xì)w算為百分?jǐn)?shù)。 　　3．實測值系由不同條件下的多次測試折算而得。由于各次的測試條件不完全相同，所以只能取其大約平均數(shù)。 　　事實上，由于各種因素的影響，試圖建立一個簡單的數(shù)學(xué)模型直接去分析和計算低頻電磁屏蔽的效果是相當(dāng)困難的。 　　計算與實測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）。我們在推導(dǎo)磁路并聯(lián)旁路的機(jī)理時，為避免繁雜的計算，忽略或近似了一些參數(shù)，簡化了一些條件，把磁路線性化后計算。這些因素是造成計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，按一個長×寬×高為5×4×3m3的房間來算，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。 　　（選用冷軋硅鋼板時要更加注意，冷軋硅鋼板的實測偏差往往更大。） 　　用并聯(lián)分流電路的分析方法推導(dǎo)出的磁路屏蔽計算式必須加以修正才能接近實際情況。 　　3． 修正后的計算公式 　　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計算出的結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對照比較（參見表2），吻合度基本可以滿意。 　　表2 厚度（mm） 　　場強(qiáng)（%） 1.5 2 3 4 5 6 8 外磁場強(qiáng)度（%） 100 100 100 100 100 100 100 實測內(nèi)磁場強(qiáng)度（%） 60～65 45～50 ～35 ～27 ～22 ～16 8～12 計算內(nèi)磁場強(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)測數(shù)據(jù)表明，(5)式計算結(jié)果與多次的現(xiàn)場實測結(jié)果吻合度較高，但也曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)個別相差較大的情況，究其原因是屬于現(xiàn)場施工的問題。以下是在現(xiàn)場施工中可能發(fā)生的幾種情況： 　　1． 個別部位用了薄鋼板； 　　2． 硅鋼板的搭接寬度不夠； 　　3． 多層冷軋硅鋼板沒有交叉重疊； 　　4． 鋼板沒有連續(xù)焊接且拼接縫過大； 　　5． 屏蔽體在設(shè)備基礎(chǔ)部位有較大開口且處理不當(dāng)； 　　6． 隨意縮短波導(dǎo)管的長度或加工時有偷工減料現(xiàn)象； 　　7． 波導(dǎo)管壁厚過小； 　　8． 屏蔽體多點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造成屏蔽效果嚴(yán)重劣化。這有點類似于“水桶理論” ：水桶的容量取決于最短的那塊木板。對于這類隱蔽工程，在選擇一個可靠的施工單位、嚴(yán)格遵照設(shè)計工藝要求、加強(qiáng)現(xiàn)場施工監(jiān)理、實施分階段驗收等方面，都是一定要引起高度注意的。 　　屏蔽體的開口設(shè)計： 　　設(shè)計一個屏蔽體，一定會碰到開口問題。常見開口設(shè)計的理論方法大多難以在低頻磁屏蔽設(shè)計中直接應(yīng)用。下面以一個房間的屏蔽設(shè)計為例來討論。 　　1． 小型開口 　　房間內(nèi)安裝的被屏蔽設(shè)備，一般都需要供應(yīng)動力、能源和冷卻水等等。這些輔助設(shè)施大多位于屏蔽室之外，通過進(jìn)出水管、進(jìn)排氣管和電纜連接進(jìn)來。我們可以將這些管道和電纜適當(dāng)集中，統(tǒng)一經(jīng)由一個或數(shù)個小孔穿過屏蔽體。小孔可用與屏蔽體相同的材料作成所謂 “波導(dǎo)口”，長徑比為一般認(rèn)為至少要達(dá)到3～4﹕1（現(xiàn)場條件允許的話長些更好）。例如小孔直徑為80mm，則長度至少為240～320mm。 　　2． 中型開口 　　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、長方形的邊長）一般在400～600mm左右，這樣算來波導(dǎo)口的長度將達(dá)到1200～2400mm，這在實際施工中幾乎是無法承受的。這時可以用柵格將原來的開口分隔為幾個同樣大小的小口。例如將一個400×400mm的進(jìn)風(fēng)口分隔為九個等大的柵格，則長度由1200～1600mm減少為400～530mm（柵格增加的風(fēng)阻很小，可以忽略不計）。 　　設(shè)計和加工時注意以下幾點： 　　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)過回火處理。 　　3． 可關(guān)閉的大型開口 　　一般房間的門窗等開口都在1m×2m以至更大，這時應(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)磁間隙來設(shè)計波導(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，個別難以處理的地方可以加道折邊），則波導(dǎo)口的長度為15～20mm?？紤]到間隙是狹長的，這個長度盡量長些為好。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)，屏蔽門最好向外開啟。 　　設(shè)計舉例： 　　房間的長、寬、高分別為5米、3.3米和3米，原磁場強(qiáng)度x=10mGauss，y=8mGauss，z=12mGauss，試設(shè)計一低頻電磁屏蔽，要求屏蔽體內(nèi)任一方向的磁場強(qiáng)度小于2mGauss。參見圖三 　　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三個方向來計算鋼板厚度： 　　μ取3.8，L×W分別以條件所給的長、寬、高代入，且與x、y、z等方向的原磁場強(qiáng)度對應(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 　　（略。參見屏蔽體的開口設(shè)計）。 　　五．低頻電磁屏蔽實踐中的幾個誤區(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，所以對低頻電磁屏蔽理解的誤區(qū)甚多： 　　1． 收音機(jī)（或移動電話）沒有信號，所以低頻電磁屏蔽一定是好的。 　　收音機(jī)和移動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；移動電話900MHz或1800MHz）。高頻電磁屏蔽只要屏蔽電磁波的電場分量就可以了，低頻電磁屏蔽主要是屏蔽電磁波的磁場分量，而磁場分量的屏蔽實際上比電場分量要困難得多。收音機(jī)（或移動電話）沒有信號，并不能表明低頻電磁屏蔽是好的。另一方面，如果收音機(jī)（或移動電話）有信號，也不能說明低頻電磁屏蔽完全不合格。收音機(jī)和移動電話都有很強(qiáng)的AGC（自動增益控制）功能，在信號變化的很大范圍內(nèi)可以自動調(diào)節(jié)接收能力。屏蔽體上有必定有開口，高頻信號在開口處通過反射還是可以達(dá)到收音機(jī)（或移動電話）的。 　　總之，不能用收音機(jī)（或移動電話）有無信號來證明或檢驗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。 　　這是套用高頻電場屏蔽原理引出的錯誤結(jié)論。 　　高頻電場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而非電場，屏蔽體接地對于增加屏蔽體的導(dǎo)磁率無任何幫助。 　　那么，是不是無益亦無害呢？不是的。在電氣施工中，施工者會習(xí)慣地把電源線護(hù)套管、開關(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，屏蔽體中極可能有電流流過，必定產(chǎn)生額外的磁場。我們分析討論屏蔽體時，為使問題簡化，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，實際上遠(yuǎn)非如此。鋼板后面一般會有鋼結(jié)構(gòu)支撐，各處鋼板的焊接或搭接情況差異很大，這時屏蔽體內(nèi)各處的磁場強(qiáng)度會有很大的不均勻性，在個別節(jié)點處甚至非常高。所以屏蔽體接地對于低頻電磁屏蔽來說是有害無益。 　　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”而引出的錯誤結(jié)論。 　　屏蔽體與被屏蔽設(shè)備共地不會增加并聯(lián)磁路的導(dǎo)磁率，不可能對增進(jìn)低頻電磁屏蔽的效果有任何幫助。 　　我們可以這樣說，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，盡量實現(xiàn)“零電流”。 低頻電磁場往往是工頻電流所產(chǎn)生的，我們要盡最大努力避免產(chǎn)生那些本來可以沒有的電流。 　　所以，屏蔽體與被屏蔽設(shè)備共地也是有害無益的。 　　4． 附近沒有電源線或用電設(shè)備就不可能有低頻電磁場。 　　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，也會產(chǎn)生電磁場，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，用梯度法推算，該電流達(dá)8～10A。 　　5． 設(shè)備關(guān)閉后就不會產(chǎn)生低頻電磁干擾了。 　　許多設(shè)備和儀器，在執(zhí)行了關(guān)閉操作后并沒有完全斷開自身的電源。就像家庭中使用的錄音機(jī)和空調(diào)，只要還與電源相連，就不一定完全沒有電流。 　　另一種情況是，設(shè)備自身配有變壓器，而設(shè)備開關(guān)是設(shè)在變壓器副邊的。筆直多次見到，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（有時在距離1米處場強(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），隨時可能會自動進(jìn)入某種工作狀態(tài)，切勿輕率斷定它們是否會產(chǎn)生磁場。 　　6． 在干擾源的來向設(shè)一面厚鋼板墻就可以解決低頻電磁干擾問題。 　　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，這樣做基本是無效的。 　　在干擾源距離墻面很近（幾厘米到幾十厘米）時，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，測試點的干擾磁場往往由幾個相位、強(qiáng)度、波形、頻率特征等都不相同的磁場迭加而成。所以，除了極個別的特例以外，這個方法是不能夠可靠地解決問題的。 　　7． 銅的導(dǎo)電性比鋼好，用銅板來屏蔽工頻電磁場效果更好，只不過銅板太貴了所以一般才不用。 　　曾經(jīng)見到某專業(yè)文章中的計算：“當(dāng)我們要屏蔽的對象是電源變壓器時，工作頻率是50Hz，此時的銅材料：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。 原文說明X 0.1及X 0.01是達(dá)到原有場強(qiáng)的1/10及1/100時屏蔽材料的厚度）。 　　有實踐經(jīng)驗的人都知道，用不導(dǎo)磁的銅板來屏蔽工頻電源變壓器是毫無用處的，更不可能比鐵材料的屏蔽效果好。一次筆者在湖北某處實測，6mm厚的銅板屏蔽工頻電磁干擾毫無效果。 www.hnhuibao.com