关于电磁屏蔽

1）静电感应；

2）静电场；

3）静电平衡；

4）法拉第笼：导体内部电场处处为0；

静电感应现象：如果将导体放在电场强度为E外的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E内。根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E外和E内的叠加。当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。

法拉第曾经冒着被电击的危险，做了一个闻名于世的实验——法拉第笼实验。法拉第把自己关在金属笼内，当笼外发生强大的静电放电时，他并未受到任何影响，在实验之前，他还为自己买了保险。

静电屏蔽^[1]:为了避免外界电场对仪器设备的影响，或

  静电屏蔽的应用

者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为内屏蔽。

空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感应电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地，内部带电体对外界的影响消除，所以这种屏蔽叫做内屏蔽。为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。

在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。

空腔屏蔽实验

——封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响

如壳内无带电体而壳外有电荷q，则静电感应使壳外壁带电（如图1）。静电平衡时壳内无电场。这不是说壳外电荷不在壳内产生电场，根本是q与外壁带电电场抵消。由于壳外壁感应出异号电荷，它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零。因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。壳外壁的感应电荷起了自动调节作用。

如果把上述空腔导体外壳接地（图2），大地的电子沿导线与导体外壳的正电荷中和。静电平衡后空腔导体与大地等势，空腔内场强仍然为零。

如果空腔内有电荷，则空腔导体仍与地等势，导体内无电场。这时因空腔内壁有异号感应电荷，因此空腔内有电场（图3）。此电场由壳内电荷产生，壳外电荷对壳内电场仍无影响。

由以上讨论可知，封闭导体壳不论接地与否，内部电场不受壳外电荷影响。

对比：接地实验

——接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响

如果壳内空腔有电荷q，因为静电感应，壳内壁带有等量异号电荷，壳外壁带有等量同号电荷，壳外空间有电场存在（图4），此电场可以说是由壳内电荷q间接产生。也可以说是由壳外感应电荷直接产生的。

但如果将外壳接地，则壳外电荷将消失，壳内电荷q与内壁感应电荷在壳外产生电场为零（图5）。可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响，必须将外壳接地。这与第一种情况不同。

这里还须注意：①我们说接地将消除壳外电荷，但并不是说在任何情况壳外壁都一定不带电。假如壳外有带电体，则壳外壁仍可能带电，而不论壳内是否有电荷（图6）。

②实际应用中金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金属壳体也可达到类似的静电屏蔽效果，虽然这种屏蔽并不是完全、彻底的。

③在静电平衡时，接地线中是无电荷流动的，但是如果被屏蔽的壳内的电荷随时间变化，或者是壳外附近带电体的电荷随时间而变化，就会使接地线中有电流。屏蔽罩也可能出现剩余电荷，这时屏蔽作用又将是不完全和不彻底的。

总之，封闭导体壳不论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场影响；接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响。这种现象，叫静电屏蔽。

(a) 耦合电容；(b)仍然存在；(3)不存在了

两种方式：屏蔽干扰源；屏蔽保护体；

屏蔽体可切断电力线，但切不断磁力线；

因为屏蔽层跟电缆一样长，如果没有接地会造成感应电压比较高的。所以必须接地。屏蔽电缆的屏蔽层应接地，防止感应高电压伤人。控制电缆和动力电缆长距离平铺在一起时，控制电缆上很容易感应电压，高的有100伏左右，在屏蔽层不接地的情况下，屏蔽电缆越长感应电压就越厉害。

屏蔽层也会耦合电磁噪声。比如电缆上的脉冲信号会在没有接地的屏蔽层上形成环形电流，并导致屏蔽层不同点电势差异，引起噪声传递。在比如外部的电磁波会在没有接地的屏蔽层上传播（就和天线一样）。所以一般都需要屏蔽层接地。
不接地的话，基本上起不到屏蔽作用，甚至因为屏蔽层吸收了周围电磁场的干扰起相反的作用。
对屏蔽导线（或屏蔽电缆）的屏蔽层接地有哪些要求？为什么？
答：屏蔽层应一端接地，另一端浮空，接地处可设在电子装置处或检测元件处，视具体抗干扰效果而定。
若两侧均接地，屏蔽层与大地形成回路，共模干扰信号将经导线与屏蔽层间的分布电容进入电子设备，引进干扰；而一端接地，仅与一侧保持同电位，而屏蔽层与大地间构成回路，就无干扰信号进入电子设备，从而避免大地共模干扰电压的侵入。

屏蔽接地处理通常采用两种方式来处理：屏蔽层单端接地和屏蔽层双端接地。

① 屏蔽层单端接地是在屏蔽电缆的一端将金属屏蔽层直接接地，另一端不接地或通过保护接地。

在屏蔽层单端接地情况下，非接地端的金属屏蔽层对地之间有感应电压存在，感应电压与电缆的长度成正比，但屏蔽层无电势环流通过。单端接地就是利用抑制电势电位差达到消除电磁干扰的目的。

这种接地方式适合长度较短的线路，电缆长度所对应的感应电压不能超过安全电压。静电感应电压的存在将影响电路信号的稳定，有时可能会形成天线效应。

② 双端接地是将屏蔽电缆的金属屏蔽层的两端均连接接地。

在屏蔽层双端接地情况下，金属屏蔽层不会产生感应电压，但金属屏蔽层受干扰磁通影响将产生屏蔽环流通过，如果地点A和地点B的电势不相等，将形成很大的电势环流，环流会对信号产生抵消衰减效果。

单端接地不存在接地电位差的问题，可减少接地干扰。
 屏蔽线的接地有三种情况，即：单端接地方式、两端接地方式、屏蔽层悬浮。（1）单端接地方式：假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。因为i1与i2大小相等方向相反，所以它们产生的磁场干扰相互抵消。这是一个很好的抑制磁场干扰的措施。同时它也是一个很好的抵制磁场耦合干扰的措施。（2）两端接地方式：由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的迭加，所以它不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。因此，它抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地方式差。单端接地方式与两端接地方式都有屏蔽电场耦合干扰作用。（3）屏蔽层悬浮：只有屏蔽电场耦合干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力。

 对于单端接地，是变送器端接地

比如，编码器的屏蔽线怎么接？这个在西门子的手册里已经明确的讲了呀。对于数字信号线的屏蔽就是双端接地。如果说按照此规范接地了，还有干扰编码器信号问题，那一定不是接屏蔽所能解决的，一定还有别的问题。比如，编码器的机械连接问题、编码器信号线与外壳有耦合问题（信号线碰壳或参考电位碰壳）等等问题。关于两端接地点有电位差的问题，那就是等电位没做好，也是EMC基本准则问题的处理不好。这些都应该在安装布线的时候认真做的工作。 
 我记得以前在与西门子的工程师交流使用西门子的传动控制器问题时，他们特别的强调现场安装的等电位问题。说这个等电位甚至比接地还重要（这对抗干扰而言）。何谓定电位？说白了，就是把现场与传动控制系统有关的一切装置的金属外壳，用导体大面积连接在一起。让所有的机柜、机箱、操作台、主机等等电位相等。然后在此基础上，找一个最大面积的导体，做接地点，将其接大地。我想这个做对了，做好了，再把信号线屏蔽按规则接地，应该就OK了。