Расчёт электромагнитного экрана
Лекция 23. Расчёт электромагнитного экрана. Часть 1.
Помеха – непредусмотренный при проектировании ЭА сигнал, способный вызвать нежелательное воздействие, выраженное в виде нарушения функционирования, искажения передаваемой или хранимой информации. Помехами могут быть напряжения, токи, электрические заряды, напряженность поля и т.д. Все источники помех делятся на внешние и внутренние.
Внутренние помехи возникают внутри работающей аппаратуры. Источниками электрических помех могут быть блоки питания, цепи распределения электроэнергии, термопары, потенциалы, возникающие при трении. Источниками магнитных помех являются трансформаторы и дроссели. При наличии пульсации выходного напряжения вторичных источников электропитания цепи распределения электроэнергии, тактирующие и синхронизирующие цепи следует рассматривать как источники электромагнитных помех. Значительные помехи создают электромагниты, электродвигатели, реле и электромеханические исполнительные механизмы устройств ввода и вывода информации. Внутренними помехами являются также помехи от рассогласования волновых сопротивлений линий связи с входными и выходными сопротивлениями модулей, которые эти линии соединяют, а также помехи, возникающие по земле.
Под внешними помехами понимают помехи сети электропитания, сварочных аппаратов, щеточных двигателей, передающей радиоэлектронной аппаратурой, а также помехи вызванные разрядами статического электричества, атмосферными и космическими явлениями, ядерными взрывами. Действие на аппаратуру внешних помех по физической природе аналогично действию внутренних помех.
Приемниками помех являются высокочувствительные усилители, линии связи, магнитные элементы, характеристики которых изменяются под воздействием полей рассеивания источников помех. Помехи проникают в аппаратуру непосредственно по проводам или проводникам (гальваническая помеха), через электрическое (емкостная помеха), магнитное (индуктивная помеха) или электромагнитное поле. Многочисленные проводники, входящие в состав любой аппаратуры, можно рассматривать как приемопередающие антенные устройства, принимающие или излучающие электромагнитные поля.
а) б)
Рис.3.14 Экранирование ферромагнитными (а) и немагнитными (б) материалами
Электромагнитные экраны предназначаются для локализации в некотором объёме пространства полей, создаваемых излучателями электромагнитной энергии с целью ослабления или исключения воздействия излучателей на чувствительные элементы РЭА и аппаратуры в целом. В зависимости от назначения различают экраны с внутренним возбуждением электромагнитного поля, в которые обычно помещается источник помех, и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства. В первом случае экран предназначен для локализации поля в некотором объёме, во втором – для защиты от воздействия внешнего поля.
Электромагнитное экранирование охватывает диапазон от частот от 1 кГц до 1 ГГц. Действие электромагнитного экрана основано на отражении электромагнитной энергии и ее затухании в толще экрана. Как видно из рисунка 3.15, электромагнитная энергия W отражается на границах диэлектрик-экран Wдэ и экран-диэлектрик Wэд, затухает в толще экрана Wэ и частично проникает в экранируемое пространство.
Рекомендуемые материалы
 |
Рис. 3.15. Электромагнитный экран
Экранирование поглощением объясняется тепловыми потерями на вихревые токи в материале экрана, экранирование отражением – несоответствием волновых параметров материала экрана и окружающей среды. Для нижней границы частотного диапазона первостепенное значение приобретает отражение , для верхней границы – поглощение электромагнитной энергии. Электромагнитное экранирование выполняется как немагнитными, так и магнитными металлами. Немагнитные металлы высокой проводимости можно эффективно использовать в низкочастотной части спектра, ферромагнитные материалы высокой магнитной проницаемости и электрической проводимости – во всем частотном диапазоне электромагнитного поля.
Для оценки функциональных качеств экрана могут быть использованы различные характеристики. Наиболее обобщенной является эффективность экранирования. Под этим понимают отношение действующих значений напряженности электрического поля Е1 (магнитного поля Н1) в данной точке при отсутствии экрана и напряженности электрического поля Е2 (магнитного поля Н2) в той же точке при наличии экрана
. (3.16)
Здесь эффективность выражается в относительных единицах (разах). На практике её обычно представляют в логарифмических единицах – децибелах (дБ)
. (3.17)
Кроме этого существует коэффициент экранирования 
, который изменяется от 1 до 0, показывая максимальный эффект экранирования.
При необходимости оценить общую эффективность экранирования исходя из допустимой величины ЭДС помехи, наводимой в цепях РЭА, пользуются эквивалентной действующей высотой устройства:
, (3.18)
Рекомендация для Вас - Лекция 11.
где Uн – действующее значение ЭДС помехи, наводимой на элементы, расположенные внутри экрана, В; Е1 – действующее значение напряженности внешнего поля, В/м.
Учитывая, что ЭДС помехи пропорциональна напряженности поля внутри экрана, находим:
. (3.19)
Второй характеристикой качества экрана является мера его воздействия на параметры экранируемых элементов, определяемая количественно коэффициентами реакции экрана. Относительные изменения параметров экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов:
, (3.20)
где АЭij – значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана; А0ij – значение первичного i-го параметра j-го элемента при отсутствии экрана. Каждый из коэффициентов Pij является коэффициентом реакции экрана на i-й параметр j-го элемента.
