屏蔽电缆背后的理念

1. 为什么要用屏蔽电缆？

在电气和电子系统中，电缆不仅传输信号，还可能成为“天线”，接收或辐射电磁波，从而造成 电磁干扰（EMI） 或 射频干扰（RFI）。

• 干扰的来源：
  • 电机、继电器、开关等产生的电磁噪声
  • 高频数字电路的开关信号
  • 无线电发射器、手机、Wi-Fi 等外部射频信号
• 干扰的后果：
  • 模拟信号中出现噪声（音频杂音、图像雪花）
  • 数字通信出错、丢包
  • 控制系统误动作、传感器测量不准

屏蔽电缆的目的就是阻断干扰的传播路径，保护信号的完整性和设备的稳定性。

2. 屏蔽的基本原理

屏蔽的本质是 电磁场隔离，依赖以下物理效应：

1. 法拉第笼效应一个导电的屏蔽层能将外部电磁场引导到地，从而让内部导体“躲在笼子里”免受干扰。
2. 镜像电流与反射当电磁波撞击屏蔽层，导体中会感应出镜像电流，产生与入射场相反的场，部分抵消干扰。
3. 吸收衰减电磁波在导体内传播时，会因集肤效应产生能量损耗（转化为热），削弱干扰强度。

最终效果取决于：

• 屏蔽材料的导电率、磁导率
• 屏蔽层厚度
• 编织密度或覆盖率
• 接地方式是否正确

3. 屏蔽电缆的结构

典型屏蔽电缆由以下部分组成（从里到外）：

1. 导体：传输信号或电源的金属线芯
2. 绝缘层：保证相邻导体之间电气隔离
3. 屏蔽层（关键）：常见形式有
   • 编织屏蔽：铜丝网编织，机械强度好，柔软
   • 箔式屏蔽：铝箔+排流线，覆盖率高，高频屏蔽好
   • 双层屏蔽：箔+编织，兼顾高频和低频干扰
4. 护套：外层绝缘保护，抵抗机械磨损、化学腐蚀

4. 屏蔽的效果与指标

屏蔽性能常用 屏蔽效能（Shielding Effectiveness, SE） 表示，单位 dB，数值越大屏蔽越好。

公式：

SE=20log₁₀E/E

举例：

• SE = 20 dB → 干扰减小 10 倍
• SE = 60 dB → 干扰减小 1000 倍

5. 屏蔽接地的关键

⚠️ 屏蔽电缆如果接地不当，屏蔽层可能反而变成“天线”，引入更多噪声。

常见接地方式：

• 单端接地：低频信号优先，避免地环路
• 双端接地：高频信号优先，提供更完整的屏蔽路径
• 360°接地：推荐在工业现场，保证屏蔽层连续性

6. 应用场景举例

• 工业自动化：PLC、传感器、变频器信号线
• 音视频传输：麦克风线、HDMI、SDI
• 高速数据通信：USB、以太网（STP、FTP）
• 医疗设备：心电图、超声波探头线
• 航空航天与军工：抗强电磁脉冲干扰

✅ 总结：

屏蔽电缆的核心理念是用导电层隔离和耗散电磁干扰，通过合理的结构设计和接地方式，保护信号质量和系统可靠性。选用合适的屏蔽类型、材料和接地策略，是电磁兼容（EMC）设计的重要组成部分。