Book6 (Конструирование РЭС (архив книг)), страница 2

С_св = С_иС_р/4π ε₀1, (6.5)

где ε ₀ — диэлектрическая проницаемость среды.

Емкость связи с учетом влияния металлического экрана (см. рис.

б.2,а)

(6,6)

Для ослабления влияния связи по электрическому полю в РЭС с
учетом формул (6.5) и (6.6) необходимо:

максимально разносить цепи рецепторов и источника помех, что
уменьшает С _св;

компоновать цепи рецептора и источника помех так, чтобы емкость
связи С _св между ними была минимальной;

уменьшать размеры цепей ИП и РП, что приводит к снижению С _св ;

251

применять дифференциальное
включение РП, что практически позво-
ляет значительно ослабить влияние ем-
костных синфазных помех (рис. 6.4).

Основные требования, которые
предъявляются к электрическим экра-
нам, можно сформулировать следую-
щим образом:

Рис. 6.4. Ослабление емкостной

связи путем дифференциального

включения рецептора помех

конструкция экрана должна выби-
раться такой, чтобы силовые линии
электрического поля в основном замы-
кались на стенке экрана, не выходя за
его пределы;

в области низких частот эффектив-
ность электростатического экраниро-
вания практически определяется качеством заземления экрана на кор-
пус изделия и мало зависит от материала экрана и его толщины;

в области высоких частот эффективность экрана, работающего в
электромагнитном режиме, наряду с качеством заземления определя-
ется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью эк-
рана.

Экранирование магнитного поля. Магнитная связь двух электри-
ческих цепей определяется их взаимной индуктивностью М, зависящей

от индуктивностей источника L_И и ре-
цептора L_p, помех, представленных на
рис. 6.5 в виде сосредоточенных элемен-
тов, и коэффициента связи k_L , т.е.
. Если в цепи ИП протека-
ет синусоидальный ток I_и с угловой час-
тотой со, то в цепи рецептора изведется

эдс

e_и = -MdI_a/dt = -jώMI_и.

Индуцированная ЭДС вызывает в це-
пи РП ток, который определяется как

Рис. 6.5. Эквивалентная схема

индуктивной связи между

электрическими цепями

источника и рецептора помех

252

I_p = -jώMI_и/(jώL_p+Z_p+Z_нp),

где Z_р , Z_H — внутреннее сопротивле-
ние соответственно рецептора и источ-

ника помех; Z _нр , Z _ни— сопротивление нагрузки цепи соответствен-
но рецептора и источника помех.

В результате наведенное напряжение помех на сопротивлении на-
грузки рецептора

Ú_п = -jώMI_иZ_нp/(jώL_p + Z_p + Z_нр). (6.7)

В области низких частот при ώL_р << Z_p + Z_нр напряжение помех
Ú_п ≈ -jώMI_иZ_нp/(Z_{p +} Z_нp). (6.8)

Таким образом, согласно (6.8) в области низких частот напряжение по-
мех, наводимое в цепи рецептора, увеличивается пропорционально ча-
стоте и индуктивности связи между ИП и РП. Если | Z_р | << | Z_нр| , то

напряжение помех

Ú_п ≈-jώМI_и,

т.е. цепь переноса помех является дифференцирующей.

В области достаточно высоких частот (при ώL _p>> |Z_p +Z_нр|)

рост напряжения помех в соответствии с выражением (6.8) ограничива-
ется самоиндукцией:

Ú_n≈-MZ_нрI_u/L_р=-kLZнрI_и√L_и/L_p (6.9)

На фиксированной частоте при действии нескольких ИП на один РП
согласно принципу суперпозиции и (6.9)

где п — число источников помех, I_Иi- ток j-го источника помех, М_i

индуктивность связи i-ro источника с
рецептором.

Рис. 6.6. Образование индуктивной

связи между проводом и

замкнутым контуром проводников

на печатной плате

253

Для определения влияния конструкторских параметров на магнитную связь рассмотрим широко распространенный случай воздействия ИП в виде достаточно протяженного провода с током I_и на РП, образующий замкнутый контур цепи длиной l, шириной h и
находящийся на расстоянии d от ИП в
плоскости, перпендикулярной помсхо-
несущему магнитному полю (рис. 6.6).

Амплитуда наведенной ЭДС [30]

ė_M = μlfI_Мln[(d + h)/d]cosΘ

в рецепторной цепи при заданной компоновке прямо пропорциональна
магнитной проницаемости среды (μ длине контура рецептора l, амп-
литуде I_m , его частоте f и зависит от взаимного расположения цепей ИП и РП, определяемых углом Θ .

Взаимная индуктивность цепей ИП и РП [29]

M = μ l ln[(d + h)/d]cosΘ/2π.

Для ослабления влияния магнитной связи в аппаратуре необходимо:

максимально разносить цепи рецепторов и источников помех;

по возможности компоновать цепи РП в плоскости, параллельной
направлению воздействующего на них помехонесущего магнитного потока;

уменьшать площадь петли, образованной цепью РП, сокращая длинуlи расстояние между проводами h , что снизит магнитный поток,пронизывающий петлю (рис. 6.7,а).

Рис. 6.7. Конструктивные способы уменьшения магнитной связи в цепях:

а — исходная цепь; б — укладка изолированного провода на шасси;

в — применение отдельного обратного корпусного провода;

г — скрутка прямого и обратного проводов

Укладка изолированного прямого провода непосредственно на кор-
пус или шасси изделия существенно снижает h (рис. 6.7, б). Примене-
ние отдельного обратного провода в качестве земляного позволяет ус-
транить также кондуктивную связь через общий участок корпуса или
шасси (рис. 6.7, в). При скручивании прямого и обратного проводов на-
пряжения на соседних участках линии примерно одинаковы по уровню,
но противоположны по знаку (рис. 6.7, г). Малая магнитная связь обес-

254

печивается и при использовании коаксиального кабеля, так как его оп₇
летка, являющаяся обратным проводом, расположена концентрично от-
носительно внутреннего провода, чем обеспечивается малое h .

Если применение указанных мер при проектировании РЭС ограни-
чено, то для обеспечения трудоемкого ослабления помех необходимо
прибегнуть к магнитному экранированию.

Основные методы экранирования магнитных полей основаны на
шунтировании магнитного поля ферромагнитными материалами и вы-
теснении помехонесущего магнитного поля полем вихревых токов в эк-
ране.

Основные требования, которые предъявляются к магнитностатиче-
ским экранам, можно сформулировать следующим образом:

магнитная проницаемость материалов экрана должна быть возмож-
но более высокой;

увеличение толщины сеток экрана приводит к повышению эффек-
тивности экранирования, однако при этом следует принимать во внима-
ние возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам;

стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно
линиям магнитной индукции;

заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатическо-
го экранирования.

Экранирование электромагнитного поля. Целью экранирования
является ослабление электромагнитного поля в ограниченной части
пространства или в окружающем пространстве, если ИП находится
внутри экрана. Электромагнитное экранирование охватывает диапазон

частот 10 ³ ... 10 ⁹ Гц.

Эффективность электромагнитного экранирования можно выразить
в виде [30]

К(э)=К(о)+К(п)+К(п)_В дБ, (6.10)

где К(о)- затухание за счет отражения электромагнитной энергии от
границ раздела «диэлектрик—экран» и «экран—диэлектрик»: для ос-
новной волны К(о) = 201g | (Z_Д + Z_M)²/4Z_ДZ_M |; К(п) — затухание
за счет поглощения: К(п) = 8,69 | К_М | t / , где t — толщина стенки
экрана; К(п)_В — затухание за счет многократных затухающих внутрен-
них переотражений в стенке экрана для остальных составляющих волн:
К(п)_В = 201g| l-[(Z_Д-Z_M)/(Z_Д+Z_M)]²exp(-2k_Mt| -

При расчетах электромагнитного экранирования обычно пользуют-
ся модулями комплексных параметров: величиной, обратной эквива-

255

лентной глубине проникновения тока в металл | К_м | = и моду-
лем волнового сопротивления металла | Z _u | = . В зависимости

от вида источника помехонесущего поля в расчетную формулу (6.10)
подставляются следующие выражения:

— волновое сопротивление воздуха электромагнитно-
му полю;

| Z^Н_д | = ωμ₀d — модуль волнового сопротивления воздуха магнит-
ному полю;

|Z^E_Д| = l/ωμ₀d — модуль волнового сопротивления воздуха элект-
рическому полю;

d— расстояние от источника помехонесущего поля до экрана
(ближняя зона).

Эффективность экранирования К( э ) зависит от электрических па-
раметров материалов, размеров и формы экрана, наличия отверстий и
т.д. Для обеспечения ЭМС существенно то, что любой реальный экран
обладает конечной эффективностью. Рассмотрим некоторые физиче-
ские факторы, определяющие свойства электромагнитных экранов.

На частотах, при которых размеры экрана значительно меньше дли-
ны волны, характерно заметное различие в ослаблении экраном элект-
рического и магнитного полей. Причины типичной зависимости К(э)
от частоты (1 и 2 на рис. 6.8) состоят в следующем. В электростатиче-
ском поле из-за концентрации зарядов на внешней стороне проводника
поле внутри экрана отсутствует иК(э)=∞. В переменном электриче-
ском поле по мере повышения частоты в стенках экрана увеличивается
ток, обусловленный сменой знаков индуцированных зарядов. Этот ток
сопровождается появлением электрического поля внутри экрана
вследствие его конечной проводимости, и К( э ) при этом уменьшается.
При дальнейшем росте частоты сказывается поверхностный эффект;
токи концентрируются у поверхности, и поле внутри экрана вновь ос-
лабляется. На низких частотах К(э) тем больше, чем толще экран и
выше проводимость материала.

Характер ослабления магнитного поля на низких частотах оказыва-
ется иным. В постоянном магнитном поле действенны только экраны с
относительной магнитной проницаемостью, большей единицы. Эф-
фект экранирования обусловлен преимущественным замыканием сило-
вых линий магнитного поля в толще экрана. В переменном поле по мере
роста частоты К( э ) возрастает вследствие появления вихревых токов.
При дальнейшем увеличении частоты за счет поверхностного эффекта
экранирующие свойства резко увеличиваются, а К(э) тем выше, чем
больше толщина стенок и магнитная проницаемость материала. Эф-

256