Расчёт электромагнитного экрана
Лекция 24. Расчёт электромагнитного экрана. Часть 2.
Поскольку, основной характеристикой экрана является его эффективность, методика инженерного расчета должна исходить из зависимостей этой характеристики от длины волны l, модуля волнового сопротивления диэлектрика Z относительно длины волны, материала экрана, от параметров, которые определяют геометрические размеры экрана и качество конструкции. Получить такие зависимости только теоретически очень сложно. Поэтому обычно прибегают к обработке экспериментальных данных и построению на этой основе формул для расчета эффективности экранирования в широком диапазоне частот. Наиболее удобным как для построения самой расчетной формулы, так и для её использования является выражение эффективности экранирования произведением ряда сомножителей, каждый из которых определяет влияние одного из факторов или одной группы близких факторов. В результате получим выражение
, (3.21)
где d - глубина проникновения, м; r - удельное сопротивление материала экрана, Ом×м; ZE(H) – волновое сопротивление электрического (магнитного) поля; RЭ – эквивалентный радиус экрана, м; a – расстояние между центрами отверстий и щелей в экране, возникших из-за несовершенства его конструкции и технологии изготовления, м; m – наибольший размер отверстия (щели) в экране, м; d – толщина материала экрана, м. 
.
Волновое сопротивление электрического и магнитного полей определяются по формулам 
Ом.
Очевидно, что m>0, a и m – случайные величины. Анализ показал, что среднее значение сомножителя 
для обычного техпроцесса и высокого качества монтажа близко к 0,024. Поэтому выражение (3.21) можно представить в виде:
. (3.22)
Эта формула является наиболее общей и полностью характеризует процесс электромагнитного экранирования реальных экранов.
Основным фактором экранирования в реальных конструкциях РЭА является отражение электромагнитной волны от поверхности экрана из-за различия его поверхностного сопротивления и волнового сопротивления поля, определяемого как 
.
Рекомендуемые материалы
Формула (3.22) применима для широкого диапазона длин волн, пока l>mp. При l®mp множитель 
резко уменьшается и эффективность экранирования становится незначительной. Этот множитель определяет эффективность экрана, обусловленную его геометричностью.
Для перфорированных материалов, когда размер а и диаметр отверстия являются параметрами перфорации, выражение (3.22) примет вид:
. (3.23)
Формула (3.23) применима при a>D и существовании щелей в экране с m<l/p, не связанных с размером отверстия перфорации. Множитель 
в зависимости от соотношения между a и D может изменяться в пределах от 1 до 0. Если параметры перфорации таковы, что диаметр D больше размера случайной щели, то в 
и 
вместо m подставляется D, т.е. эти множители записываются как 
и 
. В случае а>>D выражения (3.22) и (3.23) идентичны.
Для экранов изготовленных из сетчатых материалов за толщину экрана принимают эквивалентную толщину сетки 
. Формула (3.22) для таких экранов примет вид:
, (3.24)
где dЭ – эквивалентная толщина сетки, м; dS – диаметр провода сетки, мм; S – шаг сетки, мм.
Эффективность экранов, изготовленных из электрически тонких материалов, определяется выражением:
. (3.25)
За толщину экрана с металлизированными поверхностями принимают толщину нанесённого слоя металла d=Pрм/g , где Ррм – расход металла, кг/м2; g -плотность исходного материала, кг/м3.
Наконец, эффективность экранирования токопроводящей краски вычисляется по формуле:
, (3.26)
где Rð - сопротивление на квадрат площади поверхности экрана, Ом.
Таблица 3.1. Немагнитные материалы экранов.
| Материал | Плотность, кг/м3 | Удельное сопротивление r, Ом× м | Магнитная проницаемость m, Гн/м | Частота f, Гц | Глубина проникновения d, мм |
| Алюминий | 2700 | 2,8×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,64 0,20 0,064 0,20 |
| Латунь | 8700 | 6×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,9 0,285 0,09 0,285 |
| Медь | 8890 | 1,75×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,49 0,154 0,049 0,0154 |
| Магний | 1740 | 4,2×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,85 0,27 0,085 0,027 |
| Серебро | 10500 | 1,8×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,29 0,046 0,029 0,0046 |
| Цинк | 7140 | 5,9×10-8 | 1 | 105 106 107 108 | 0,36 0,084 0,036 0,0084 |
Таблица 3.2. Ферромагнитные материалы экранов.
| Материал | Плот-ность, кг/м3 | Удельное сопротивление, Ом×мм2/м | Магнитная проницаемость m, Гн/м | Индукция, Тл | Напря-женность магн. поля, А/м |
| Никель Железо Сталь Э310 Пермаллой 45Н 79НМ | 8900 7880 7750 8180 8750 | 0,1 0,098 0,5 0,55 0,50 | 20000 1000 1000 2000 10000 | 0,85 1,70 1,75 1,50 0,75 | 30 27 10 20 5 |
Пример 1. Экран – листовая сталь толщиной 1,5 мм. Листы прикреплены к металлическому каркасу болтами с шагом крепления 10 см. При таком креплении обшивки, как показывает практика, могут быть щели размером не более 10 мм. Удельное сопротивление стали r=10-7 Ом×м. Определим эффективность экранирования при длине волны l= 3×103 м. Размер экрана 2,0х1,5х1,0 м3.
Находим радиус экрана 
м.
Волновое сопротивление электрического и магнитного полей определяются по формулам 
Ом.
В лекции "87 Международное частное право" также много полезной информации.
Ом.
Глубина проникновения составляет 
м.
По формуле (3.22) находим эффективность экранирования электрического поля:
Соответственно для магнитного поля получим:
