基本介紹
- 中文名：主動場禁止
- 外文名：active field shield
- 性質：一種電磁禁止方式
- 所屬學科：物理
- 相關概念：電磁禁止，被動場禁止等
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基本介紹
主動場禁止是電磁禁止之一，利用禁止材料將某設備、某系統或其分系統產生的電磁能限制在規定的空間或使其對外界的泄露減小到允許程度。是防止電磁能對周圍環境造成有害影響的重要手段。其特點是，場源在禁止體內部，一般距禁止體較近，禁止體必須良好地接地；將干擾源禁止好後，就可防止該干擾源對眾多可能被干擾設備的影響。廣泛套用在電磁干擾控制、降低近場以保護操作者及重點污染源的治理等方面。
電磁禁止
所謂電磁禁止就是利用導電或導磁材料將電磁輻射限制在某一規定的空間範圍內，阻止電磁輻射向被保護區擴散的技術措施。方法是採用禁止體包圍電磁干擾源，抑制電磁干擾源對周圍空間的接受器的干擾，或者採用禁止體包圍接受器，以避免干擾源對其造成干擾。
電磁禁止工作原理
高頻電磁禁止裝置由銅、鋁或鋼製成。當電磁波進入金屬導體內部時，產生能量損耗，一部分電磁能轉變為熱能，隨著進人導體表面的深度增加，能量逐漸減小，電磁場逐漸減弱，導體表面場強最大，越深入內部，場強越小，這種現象就是電磁輻射的集膚效應，電磁禁止就是利用這一效應進行工作的。
對於一般導體，電磁波的衰減都比較快。對於平板或類似條件的禁止體，場強按指數規律衰減。其衰減係數為
為了衡量電磁波在導體中衰減的程度，指定電場強度和磁場強度衰減為原來的
(即36.8%)時的深度為透入深度。可以證明，透入深度與衰減係數互為倒數關係。不同頻率電磁波對於銅、鋁、鐵的透人深度如表1所示。對於理想導體，電磁波透人深度為零。對於一般導體，在深度等於波長的地方，電磁波實際上已衰減為零。
頻率/Hz | 50 | 105 | 106 | 107 | |
透人深度 /mm | 銅 | 9.35 | 0.21 | 0.066 | 0.021 |
鋁 | 11.70 | 0.26 | 0.083 | 0.026 | |
鐵 | 0.71 | 0.016 | 0.005 | 0.0016 | |
禁止效率
禁止效率是定量評價禁止裝置的基本指標之一。通常用禁止前後電場強度或磁場強度差的相對值來表示，即
應當指出，只有在最簡單的情況下，禁止效率才有單一數值。例如，用均勻無限大平面禁止裝置對平面電磁波的半空間禁止，用均勻球形禁止裝置對位於其中心點源的禁止，用均勻無限長圓筒形禁止裝置對位於其軸線上線源的禁止都是最簡單、最理想化的情況。一般電磁場都不是一維場，也不可能完全對稱。禁止裝置也不可能是完全對稱的，加之禁止裝置還在不同程度上改變原始場的分布，故使得禁止效率具有多值性的特點。
禁止的方式
(1)靜電禁止。靜電禁止的禁止體用良導體製作，並有良好的接地。這樣就把電場終止於導體表面，並通過接地線中和導體表面的感應電荷，防止由靜電耦合產生的互擾。
(2)磁禁止。磁禁止的禁止體用高磁導率構成低磁阻通路，把磁力線封閉在禁止體內，達到阻擋內部磁場向外擴散或外界磁場干擾的目的。
(3)電磁禁止。電磁禁止是利用電磁波在導體表面上的反射和在導體中傳播的急劇衰減來隔離時變電磁場的互耦，從而防止高頻電磁場的干擾。
禁止設計要求
根據高頻電磁場場源的輻射功率、頻率、工作性質等條件，確定禁止方式、選擇禁止材料、設計禁止結構，並予以合理安裝。
(1)禁止性質。按照場源的工作性質，可採用主動場禁止或被動場禁止。
1)主動場禁止。是指將場源置於禁止體之內，將電磁場限制在某一範圍內，使其不對禁止體以外的工作人員或儀器設備產生影響的禁止方式。主動場禁止適用於輻射源比較集中、輻射功率較大、工作人員作業位置不固定且周圍不需要接收輻射能量的場合，高頻加熱設備的高頻發生器、高頻變壓器、耦合電容器等器件均可採用主動場禁止。主動場禁止的特點是場源與禁止體之間的距離小，禁止體必須接地，否則禁止效率大大降低。
2)被動場禁止。是指禁止室、個人防護等禁止方式。這種禁止是將場源置於禁止體外，使禁止體內不受電磁場的干擾或污染。被動場禁止適用於輻射體比較分散、工作人員作業位置固定的場合。無線電通信和廣播、電視等發射電磁波的場合均宜採用被動場禁止。被動場禁止的特點是場源與禁止體之間的距離大，禁止體可以不接地。
(2)禁止體。禁止體是禁止裝置的本體，也是禁止裝置的主體，其材料選擇、結構設計是提高禁止效率的關鍵。
1)禁止材料。用於高頻防護的板狀禁止和網狀禁止均可用銅、鋁或鋼(鐵)製成，必要時可考慮雙層禁止。
電磁波進入禁止體後衰減很快。隨著禁止厚度增加，禁止效率提高，一般情況下，禁止體厚1mm即可滿足要求。對於網狀禁止，網材目數越大、網絲越粗，則禁止效果越好。對於波長較大的高頻和超高頻電磁場，對網材目數的大小沒有嚴格要求，取材可視材料來源而定；對於特高頻電磁場，則要求較大的目數和較小的網眼。
2)距離的影響。距離對禁止效率有直接影響。禁止體與場源之間的距離過小時，禁止體將承受很強的輻射，可能產生較強的反射場，改變高頻設備的工作參數，直接影響高頻設備的正常運行。同時，二者之間過小的距離，還會因電磁感應在禁止體內產生較大的電流，使禁止體嚴重發熱，甚至引起燃燒。而且，還會消耗過多的場能，加重輻射源的負擔。隨著二者之間距離的增加，禁止體承受的輻射將大大減弱，禁止效果將大大提高。因此，在生產工藝允許的情況下，應加大禁止體與場源之問距離，以免影響高頻設備的工作，並提高禁止的效率。
3)孔洞和縫隙的影響。當工作需要，不得不在禁止體上開孔、開縫時，由於增加了電磁場泄漏的附加渠道，禁止的效率有所降低。
如果禁止板很薄，孔洞和縫隙不大也不多，則禁止板外的場主要是透過禁止板的殘餘場。這時，改變材料或增加板厚可以提高禁止效能。如果禁止板較厚，孔洞和縫隙又比較大和比較多，則禁止板外的場主要是通過這些孔洞和縫隙泄漏的。這時，增加板厚的效果不大。
透過禁止板的場與透過孔洞和縫隙的場分布是不同的。為了簡化問題，可以假定透過禁止板的場與透過孔洞和縫隙的場是不相關的，分別當作由該種材料製成的同樣厚度的完全封閉的禁止和由理想導電材料製成的帶有孔洞和縫隙的禁止來考慮。如果兩種情況的效率分別為
和
，則禁止體的禁止效率為
經驗證明，禁止上孔洞直徑尺寸不宜超過電磁波波長的1/5；縫隙寬度不宜超過電磁波波長的1/10。否則，應採取附加防護措施。
此外，禁止體邊角要圓滑，避免尖端效應。
在某些實施禁止有困難的場合，可以考慮工作人員穿特製的金屬服裝、戴特製的金屬頭盔和戴特製的金屬眼鏡等個人防護措施。
