金屬網可以阻擋電磁波傳播的原理是什麼?

衍射?還是因為電場磁場?
那至少要多大的孔徑才可以產生「集膚效應」,與電磁波的波長有關么?
在網上看到這麼一句話」金屬網孔徑小於電磁波波長的1/4時,則電磁波不能透過金屬網「,不知道靠不靠譜


用頻率選擇表面來解釋應該比較妥當。這個答案存疑,您也不妨一看。


首先,不是衍射。
我們都做過直流電路實驗,導線就是金屬,也就談不上屏蔽(靜電屏蔽是指接地金屬罩,屏蔽靜電場)。電磁波輻射,是關於時變電磁場的問題,導體對其影響大不相同。


如果利用趨膚效應,解釋的實際上是金屬板屏蔽電磁場原理。

  • 對於一個金屬板(良導體),電磁波從一面輻射而來,大部分能量被反射,小部分能量進入金屬,該電磁波會隨進入金屬的深度成e指數衰減(能量轉化為表面電流),當金屬層過薄時,電磁波就會穿透金屬層繼續傳播。對於同一頻率電磁波,電導率越高,衰減越快。對於相同金屬材料,電磁波頻率越高,衰減越快。
  • 定義:趨膚深度,電磁波傳輸一個趨膚深度的距離後,振幅衰減到原來的36.8%,能量衰減到13.5%。對於相同金屬材料,電磁波頻率越高,趨膚深度越小。
  • 例:10GHz電磁波。銀,電導率6.173e7(S/m),趨膚深度6.4e-7(m),即0.64微米;1GHz電磁波,趨膚深度20.24e-7(m),即2.24微米。【1】

那麼,同材料的金屬板,頻率越高,趨膚深度越小,對輻射防禦能力是越強


回歸正題,金屬網屏蔽電磁場原理,(趨膚效應解釋波導也有用到,不是重點)。

  • 先說矩形波導,四壁是金屬,電磁波在波導中的介質中傳播。金屬網實際上就是下圖中許許多多的矩形波導疊放組合在一起,z方向長度再縮短些就是了。
  • 為何電磁波不會從金屬網的窟窿中穿透呢?對於金屬網,每一個網孔都是一個波導。借用光的粒子說,電磁波像彈球一樣,進入網孔波導後,來回在金屬壁上反彈,曲折前進。【2】
  • 為滿足金屬壁這一邊界條件下的Maxwell方程,對於相同規格的矩形波導,頻率越低(波長越大),theta越大;當波長大於等於截止波長時,theta=90°,電磁波只上下彈跳,不前進了
  • 截止波長=2a(a為上上圖中的矩形波導長邊),若孔徑指半徑,孔徑=a/2,則波長大於4倍孔徑的電磁波就會被屏蔽。「金屬網孔形式若為矩形整齊排列,金屬網孔徑小於電磁波波長的1/4時,則電磁波不能透過金屬網」有相當大的參考意義。儘管考慮到網孔的密集大量排布,不一定是1/4,但也差不多少。

兩種手段——金屬板、金屬網都可屏蔽電磁波,一個直接利用趨膚效應,一個利用波導的高通濾波作用。
對於實際工程應用,設計網孔大小合適的金屬網,就能夠在達到屏蔽指標要求的情況下,最大限度地節約材料,降低成本;戶外應用中,可以減低重量,便於移動,而且受風荷較小,不易形變。

參考文獻:

[1] D.M.Pozar, Microwave Engineering. 4th ed. John Wiley Sons, Inc. ,New York , 2012.

[2] 梁昌洪. 簡明微波. 北京:高等教育出版社, 2006.


2樓從工程的角度給出了合理解釋。實際上從物理上說,周期性結構存在光子波帶(想像下光子晶體),波帶可能存在禁帶stop band。所謂波導的cut off frequency其實就是一種stop band。金屬網也有stop band。因此,在這個stop band 之內的電磁波無法被結構中的任何一種模式所支持,只能被反射。但實際上我覺得用靜電屏蔽也可以解釋。因為尺度小于波長1/4的時候就可以用quasi field approximation來計算,簡而言之,和靜電場一樣,只是換上AC 的介電係數即可。


2L的波導那個想法讓我眼前一亮啊!以前從來都認為是skin depth的原因


反對高票答案。反對理由很簡單,波導中場的衰減需要一定的距離,不可能在金屬半徑內衰減很多。題主的問題在費曼物理學講義第二卷中有講到,講的例子是為什麼反射面拋物面天線可以用金屬網構造就可以反射。


今天測試了一下iphone6,發現無論把它放到微波爐、洗碗機、冰箱,甚至高壓鍋里,都無法屏蔽信號,撥打依舊可以振鈴,誰知道這是什麼道理?


無線產品,如路由器上的屏蔽罩就開了很多孔,就是這個原理吧,開孔散熱的同時又不影響屏蔽


低頻輻射基本上來自於開關穩壓電源而不是電器本身。換成線性穩壓電源輻射基本上都會消失。我舉個簡單的例子,把led檯燈換成電池或者移動電源供電,(發光處)輻射從100v/m直接降到2v/m。


電場傳遞到金屬網後被導向大地,電場消失後,沒有交變的電場與磁場,電磁波就無法傳遞了。---百度


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