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磁屏蔽理论和实践
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１ 引言
在低频（ＤＣ到１００ＫＨｚ）磁屏蔽中，设计低成本屏蔽体的最关键因素是对磁屏蔽的透彻理解。其目的是要达到减少所规定的磁场，这样使其对所屏蔽的器件或系统不形成威胁。一旦这一目标被确定，就应考虑会影响到屏蔽体的低成本设计的一些基本设计因素。这些包括：材料的选择、主要设计参数和加工工艺。
２ 材料的选择
对于屏蔽体来说，所选择的材料的类型对其性能和成本影响极大。在设计屏蔽体时有一点是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。对这些不同性能的理解就可使你选择合适的材料，去满足目标要求。
磁屏蔽材料要根据各自的特性进行选择，特别是磁导率和磁饱和性能。由于在变更低频磁场方向的效能，所以高磁导率材料（比如含８０％的镍合金Ｍumetal,这是一种高磁导率铁镍合金）是经常使用的屏蔽材料。这些合金可满足ＭＩＬ－Ｎ－１４４１１Ｃ部分１和ＡＳＴＭ Ａ７５３－９７样式４的要求。其可得到的相对较薄的厚度为０.002到0.125英寸，并极易被有经验的屏蔽加工者加工出来。
在需要于极小空间内降低磁场时，典型上使用这些合金。在需要提供比要求更高屏蔽时，或是磁场强度（在较高场强时更为典型）需要具有更高饱和值材料时，这些材料常被选中。
在屏蔽目标仅需要稍微减少场强时（减少１～１／４），或是当场强足以使高磁导率屏蔽体饱和时，超低碳钢（ＵＬＣＳ）可能是最佳的选择。这些较低成本材料的碳含量典型小于0.01％；与其它钢相比，其有较高的磁导率和极优的饱和性能。这些材料具有较小的柔韧性，并比硅钢较容易制造，这就允许在大面积屏蔽项目中容易安装和以同样的方式加工出小型组件。ＵＬＣＳ可与高磁导率材料一起使用，以为需要高饱和保护和高衰减等级建立最佳的屏蔽体。
对于低温用的屏蔽体，Ｃryoperm １０（为德国Vaccumschmelze GmbHg公司的注册商标）为一种最佳选择。与Ｍumetal一样，Ｃryoperm １０也是一种高磁导率镍铁合金，它是经特殊加工而成的，以提供在降低温度时磁导率增加。标准的屏蔽合金（比如Ｍumetal）在低温时就失去了其大部分磁导率。但是Cryoperm１０可在77.3到４.2°Ｋ时的磁导率却增加１０倍。表１示出了最常用的屏蔽材料的磁导率饱和值的比较。
| 饱和 | 磁导率 | ||
| 材料 | （高斯） | μ（最大） | μ（40） |
| Amumetal（80%镍） | 8，000 | 400，00 | 60，000 |
| Amunickel（48%镍） | 15，000 | 150，000 | 12，000 |
| Cryoperm10 | 9，000 | 250，000 | 65，000 |
| 超低碳钢 | 22，000 | 4，000 | 1，000 |
表1
由于材料的成本占屏蔽体价格的一半，所以使用较薄的尺寸能满足所要求的屏蔽特性和结构性能是最好了。厚度为0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的选择。这些箔材能以同等的化学组分和性能特性获得，并可作为标准的以镍为基础的和ＵＬＣＳ材料。
设计低成本屏蔽体的最重要的一步，就是对这些典型屏蔽材料特性及其对屏蔽性能影响的了解。一旦合适的材料被选中，其重点要集中于基本的设计考虑，以使其不但性能最佳，而且对成本的影响最小。
３ 设计考虑
大部分屏蔽体用的公式和模型的开发是基于圆形或无限长的圆柱体几何形状的。在实际应用中，所给定屏蔽体的实践形状由器件结构和屏蔽体自身的可利用空间所决定。在设计一屏蔽体时，要了解的重要的结构是，要使磁力线旋转９０°是困难的。但是，圆形屏蔽体，比如要改变圆柱体或是具有圆形角的盒体的磁力线的方向要比具有方形角的屏蔽体容易一些。类似地，对于包容已进入屏蔽材料的磁力线并改变其方向，圆角要比尖角好一些。保持可提供低磁阻路径的屏蔽体形状简单或磁场运动的“最低磁阻路径”是很重要的。
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