2. 电磁屏蔽基础

电磁屏蔽功能涂层的所有设计决策，最终都要回到一个可量化的指标上：屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）。理解 SE 的定义方式、它由哪些物理机制贡献、以及近场与远场下这些机制的权重如何变化，是判断“该选什么涂层、该做多厚、该在什么频段用”的前提。

一、屏蔽效能的定义与分贝表达

屏蔽效能定义为同一测点处，无屏蔽体时接收到的场强与有屏蔽体时接收到的场强之比，取常用对数再乘以 20：

SE(dB) = 20·lg(E₀/E₁) = 20·lg(H₀/H₁) = 10·lg(P₀/P₁)

E₀、H₀、P₀：无屏蔽体时该点的电场、磁场、功率
E₁、H₁、P₁：加屏蔽体后同一点的电场、磁场、功率

电场、磁场用 20 倍对数，功率用 10 倍对数，这是由功率与场强的平方关系决定的。工程上常用经验换算：20 dB 对应场强衰减到 1/10，40 dB 对应 1/100，60 dB 对应 1/1000。一般把 30 dB 以下视为低效屏蔽，30～60 dB 为中等，60～90 dB 为良好，90 dB 以上为高要求屏蔽（如精密测量、医疗或军用场景）。

需要强调的是，SE 是“频率的函数”，也是“测点位置的函数”。同一块涂层在 100 MHz 可能给出 50 dB，在 1 GHz 可能降到 30 dB；同一频率下，靠近孔缝的测点与远离孔缝的测点结果也可能相差十几 dB。因此任何 SE 数据都必须标注频率范围、测试方法和测点布置，否则没有可比性。

二、反射、吸收与多次反射三种机制

电磁波入射到屏蔽体表面时，能量被分成三部分：一部分在界面处被反射回原空间，一部分在屏蔽体内部被吸收并转化为热，剩余部分透过屏蔽体到达另一侧。总屏蔽效能可写成三项之和：

SE = SE_R + SE_A + SE_M

SE_R：反射损耗（界面阻抗失配引起）
SE_A：吸收损耗（导体内部涡流与介质极化引起）
SE_M：多次反射修正项（薄屏蔽体、低频时不可忽略）

反射损耗来自屏蔽体与空气的波阻抗失配。金属类涂层电导率高、波阻抗远低于空气，入射波在界面处被强烈反射。反射损耗与电导率、频率有关，通常高频段反射贡献较大，且对厚度不敏感——这也是为什么很薄的导电涂层在微波段仍能提供可观 SE。

吸收损耗来自电磁波进入导体后的衰减，用趋肤深度 δ 描述：

δ = √(2 / (ω·μ·σ)) = √(1 / (π·f·μ·σ))

f：频率(Hz)  μ：磁导率(H/m)  σ：电导率(S/m)
吸收损耗近似：SE_A(dB) ≈ 8.686 · t / δ   （t 为屏蔽层厚度）

以铜为例，σ≈5.8×10⁷ S/m，μ≈μ₀=4π×10⁻⁷ H/m。在 100 MHz 时 δ≈6.6 μm，1 GHz 时 δ≈2.1 μm。若涂层厚度为 25 μm，则 1 GHz 下 t/δ≈12，SE_A 可达约 100 dB 量级——这说明在微波段，只要涂层连续、致密，吸收本身已足够强，实际 SE 往往被孔缝和搭接不良限制，而不是被材料本征吸收限制。

多次反射修正项 SE_M 在吸收损耗很大（SE_A>15 dB）时通常为负的小量，可忽略；但在低频、薄层、高反射材料情况下，屏蔽体两面之间的多次反射会形成干涉，使某些频点 SE 出现凹陷，必须计入。

三、近场与远场的屏蔽差异

近场与远场的分界通常取 λ/2π。以 100 MHz 为例，λ=3 m，λ/2π≈0.48 m；以 1 GHz 为例，λ=0.3 m，λ/2π≈4.8 cm。在分界以内为近场，以外为远场。

远场中电场与磁场同相、波阻抗恒为 377 Ω，电场屏蔽与磁场屏蔽效果基本一致，SE 主要由材料电导率和厚度决定。近场则完全不同：波阻抗随距离和源类型剧烈变化。高电压小电流源（如静电放电、开关电源变压器）近场以电场为主，波阻抗高，反射损耗大，薄导电涂层即可获得较好 SE；低电压大电流源（如电机、线圈、大电流母线）近场以磁场为主，波阻抗低，磁场几乎不反射，必须依靠高磁导率材料提供磁通分路，或依靠足够厚度产生吸收。

这解释了一个常见工程现象：同一款导电涂层在抑制电场辐射时表现良好，但在抑制低频磁场时几乎无效。若问题源是 50 Hz～100 kHz 的磁场，应优先考虑高磁导率合金涂层或金属屏蔽罩，而不是单纯提高电导率。

四、涂层与金属屏蔽体的对比

选择逻辑可以概括为：高频、复杂曲面、轻量化、批量生产优先考虑功能涂层；低频磁场、高 SE 要求、结构强度要求优先考虑金属屏蔽体。实际工程中两者常组合使用——塑料外壳喷涂导电涂层解决高频辐射，关键低频磁场区域再加装高磁导率金属罩。