电缆屏蔽的原理

发布时间：2023-04-05　点此：24次

电缆屏蔽的原理

在线缆和连接件外表包上一层金属材料屏蔽层，可以有效地滤除不必要的电磁波（这也是绝大多数屏蔽系统采用的方法），对于屏蔽系统而言，单单有了一层金属屏蔽层是不够的，更重要的是必须将屏蔽层完全良好地接地，这样才能把干扰电流有效地导入大地。
但是，实际施工时，屏蔽系统存在一些不可忽视的困难：由于屏蔽系统对接地的苛刻要求，极容易造成接地不良，比如接地电阻过大、接地电位不均衡等，这样在传输系统的某两点间便会产生电位差，进而产生金属屏蔽层上的电流，造成屏蔽层不连续，破坏其完整性
。

这时，屏蔽层本身已经成为一个最大的干扰源，因而导致其性能反而远不如非屏蔽系统。

屏蔽线在高频传输时，需要两端接地，这样更有可能在屏蔽层上产生电位差。
由此可见，屏蔽系统本身的要求，恰恰构成保证其性能的最大障碍.一个完整的屏蔽系统要求处处屏蔽，一旦有任何一点的屏蔽不能满足要求，都势必会影响到系统的整体传输性能。可是，市场上还很少有网络集线器或计算机本身拥有屏蔽支持，所以很难实现整个传输链路的屏蔽。

扩展资料
提高电缆屏蔽性能还可从以下三个方面考虑：
① 低频环境下，高磁导率材料的电磁屏蔽性能要优于高电导率材料，高频环境则相反，因此采用高电导率和高磁导率材料的组合可拓宽蔽采用的材电缆屏蔽层的屏蔽范围；
② 可增加屏蔽层的厚度来提高电缆屏蔽性能；
③ 可在电缆屏蔽结构上采用多层屏蔽，这是由于电磁波在层与层之间存在的反射，使得多层屏蔽效果比厚度相同的单层屏蔽效果更好。

电缆屏蔽的好处是

　工业应用现场的电磁噪声环境往往十分复杂，电磁噪声的辐射或传导（EMI）可能会严重干扰机电设备的正常工作。而在这个过程中，电磁噪声传播的一类重要载体，就是产线设备中使用的各种电缆。

它们中有些是噪声源，有些则是受扰对象。

作为噪声源，电缆会像无线电发射天线那样，将噪声传播到周边的线路和设备；作为受扰对象，电缆会像接收天线一样，吸收来自其他辐射源的噪声干扰。

有关各类不同等级的噪声源可能影响的应用区域，大致可以参照上图列表。需要注意的是，大型动力开关，感应加热器，大型变压器...等都有可能发出较高水平的传导噪声和辐射干扰；而将信号电缆放置在动力线附近也是会将噪声耦合到信号线路上的。

要对抗电气线路上的电磁噪声干扰，一种非常重要的方式，就是使用带有屏蔽的线缆。

屏蔽电缆是由公共导电层包裹着一根或多根（相互绝缘的）导线的电缆。这个公共导电层即是线缆的屏蔽层，它一般由铜（或其他金属，如铝）的编织股线、铜带的非编织螺旋绕线或导电聚合物层构成。屏蔽层内部可以包裹信号或动力导线，通过两种方式起到防止电磁噪声干扰的作用。

一方面，它能够单纯的作为隔离层反射噪声能量；

另一方面，它可以吸收噪声并将其传导到大地（Ground），成为噪声信号的返回路径。

并且在任何一种情况下，电磁噪声都不会直接传递到线路导体。尽管有时噪声能量仍然有可能穿过屏蔽层，但是通常已经有了很大程度的衰减，很难造成干扰影响。

因此，无论线缆本身是干扰源还是受扰对象，为其使用屏蔽都将是非常有效的。

电缆屏蔽会有不同的性能等级，提供不同程度的屏蔽效果。同时决定屏蔽需求量的因素也有很多，例如：电气应用环境、成本（即：为什么要为更多的屏蔽支付高额成本）、以及线缆直径，重量和灵活性...等问题。

一般电缆的屏蔽会有两种类型：金属箔和编织网。

金属箔屏蔽层通常使用一层薄薄的铝，附着在如聚酯材料的载体上，以增加强度使其更坚固。金属箔能够为导线提供 100％的包裹覆盖，有着比较好的屏蔽性能。但同时因为它很薄，使用起来比较困难，尤其是在将其接入连接器时。

因此，通常情况下是不会将整个金属箔屏蔽层都接地的，而是会使用排扰线来连接屏蔽层。

编织网屏蔽通常由裸铜线或镀锡铜线编织而成。它为电磁噪声提供了一个低阻抗的接地路径，并且在使用连接器时可以通过压接或焊接的方式对接，十分方便。

编织网屏蔽并不能提供 100％的覆盖率，因为他们在导线表面的覆盖总会有些细小的缝隙。

根据编织的紧密程度，编织网通常能够提供 70％ ~ 95％的覆盖率。不过一般来说，对于固定敷设的电缆，70％的屏蔽覆盖就已经足够了。

事实上，尽管金属箔有着较高的屏蔽覆盖率，但这并不意味着它的屏蔽效果就更出色。原因在于，铜有着比铝更强的导电性，这使得编织网能够更好的传导电磁噪声。

因此作为屏蔽层，编织网往往有着更好的屏蔽效果。当然，不难看出，它也在一定程度上增加了电缆的尺寸和成本。

在噪声环境比较恶劣的应用场合，经常需要使用多层屏蔽。

最常见就是同时使用金属箔和编织网。例如：我们之前在「双绞线一文」中所说的，有时在多芯电缆中，每一对导线都会有金属箔屏蔽包裹，以防止对绞线之间的串扰，而同时整根电缆也会用金属箔或编织网或二者同时屏蔽。这种结合了金属箔和编织网的做法，可以让两种屏蔽技术相互支撑补偿，以一种技术的优势克服另一种的局限性，从而为电缆提供了超出任何单一技术所能提供的屏蔽性能。

在实际应用中，屏蔽的目的是为了将感应到的电磁噪声传导到大地（Ground），成为噪声信号的返回路径，这一点至关重要。不了解其含义可能意味着无效的屏蔽。电缆屏蔽及其端接必须能够为电磁噪声提供一条低阻抗的接地路径。未接地的屏蔽电缆将无法有效工作，而接地路径中的任何断点或过多的节点都会因为增加接地阻抗而降低线缆的屏蔽性能。

最后总结几点关于线缆屏蔽的实用建议：

1. 确保电缆具有足够的屏蔽以满足应用需求。在普通的电磁干扰环境中，单独使用金属箔应该就能够提供足够的噪声保护；而在比较恶劣的噪声环境中，就有必要考虑使用同时组合了编织网和金属箔的屏蔽电缆；

2. 基于特定的应用环境，使用合适的屏蔽电缆。例如：在使用过程中需要反复弯曲的电缆，通常会使用螺旋缠绕的屏蔽层而不光是编织网；同时，柔性电缆也往往会尽量避免仅使用金属箔屏蔽，因为电缆的连续弯曲有可能会撕裂箔层；

3. 确保电缆所连接设备的有效接地。

尽可能使用大地，并检查接地点与设备之间的连接；电磁噪声的消除取决于其接地路径的低阻抗；

4. 很多设备和连接器的设计允许 360° 全方位的屏蔽连接，须确保其与电缆屏蔽层之间可靠接合。例如：许多常见的连接器会配有金属涂层塑料、铸锌或铝制外壳；应尽量选择与线缆屏蔽性能相匹配的连接器，避免因低标准而影响屏蔽效果或过高的规格要求而带来的成本增加。

什么叫电缆屏蔽层

屏蔽层是为减少外电磁场对电源或通信线路的影响而专门采用的一种带金属编织物外壳的导线。这种屏蔽线也有防止线路向外辐射电磁能的作用。

屏蔽层需要接地，外来的干扰信号可被该层导入大地，避免干扰信号进入内层导体干扰同时降低传输信号的损耗。

屏蔽线的作用是将电磁场噪声源与敏感设备隔离，切断噪声源的传播路径。屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。

扩展资料：

屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽目的是为了防止噪声源向外辐射，是对噪声源的屏蔽；被动屏蔽目的是为了防止敏感设备遭到噪声源的干扰，是对敏感设备的屏蔽。
屏蔽布线系统源于欧洲，它是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层，利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能，屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用，因而具有非常好的电磁兼容（EMC）特性。

屏蔽线的屏蔽层不允许多点接地，因为不同的接地点总是不一样的，各点存在电位差。如多点接地，在屏蔽层形成电流，感应到导线上形成电流，感应到信号线上形成干扰，不但起不到屏蔽作用，反而引进干扰，尤其在变频器用的多的场合里，干扰中含有各种高次谐波分量，造成影响更大，应特别注意。