Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Испарительное охлаждение обладает существенными преимущества- ми, к ноторым можно отнести: 1) возможность " отвода высоких мощностей рассеивания (до 400 Вт/см'), 2) значительно меньшие габариты системы охлаждения и количе- ство циркулирующего теплоносителя, чем при других видах охлаж- дения, 3) постоянство рабочей температуры в широкбм интервале отводимых мощностей и иеаависимосгв ее от температуры окружающего воа. духа.
Глава 7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ РЭА ПРИ МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ Уен УЧЕТ ЭКРАНИРОВАНИЯ ПРИ КОМПОНОВКЕ Решение задачи экранирования в ближней зоне и в дальней зоне. При компоновке аппаратуры высшихструктурных уровней приходится решать вопросы обеспечения электромагнитной совместимости как отдельных частей конструкции, так и всей конструкции РЭА с внешними устройствами.
Причинами помех выступают протекающие по проводам токи и наведенные ими на соседние проводники паразитные сигналы, электромагнитные поля от внешних и внутренних источников излучения и возникающие в связи с этими полями блуждающие токи в несущих конструкциях. Уменьшение питающих напряжений, а в связи с этим и полезных сигналов приводит к меньшей помехозащищенности микроэлектронной аппаратуры от внешних источников излучения. Еще большую актуальность приобретают вопросы электромагнитной совместимости при размещении разных видов РЭА на носителях ограниченного объема и площади. На корабле размещается большое число различных радиосистем. Рядом с мощными передатчиками располагаются блоки с малыми полезными сигналами.
В этих условиях задача защиты аппаратуры от внешних источников помех приобретает особую актуальность. При компоновке элементов высших структурных уровней одновременно должна решаться задача экранирования от внутренних и внешних источников помех. Вблизи источника излучения электромагнитной энергии, на расстоянии, меньшем длины волны, электромагнитное поле имеет одну преобладающую составляющую — магнитную или электрическую. Принимая во внимание, что расстояния внутри РЭА между элементами, Которые могут быть связаны электромагнитным полем, измеряются сантиметрами и долями сантиметра, для частот ниже СВЧ-ди.
370 апазона задача экранирования от внутренних источников помех сводится к экранированию или по магнитной, или по электрической составляющей. Защита РЭА от внешних полей состоит в решении задачи экранирования от плоской волны, так как источник излучения может находиться на значительном удалении (более пяти длин волн). При этом удалении поле можно рассматривать как сформировавшееся и распространяющееся в виде плоской волны, в которой энергия распределена равномерно между магнитной и электрической составляющими.
Эффективность работы экрана в сильной степени зависит от типа поля, однако существуют общие понятия поглощения и отражения, Действительно, когда энергия поля падает на экран, часть ее отражается от внешней поверхности, часть поглощается материалом экрана, а остальная часть проходит сквозь экран. Кроме того, затухание поля в экране зависит от частоты поля и материала экрана. На рис. 7-1 представлены характеристики затухания магнитного А", и электрического Аа полей. На этих характеристиках можно выделить три области частот: 7 ()'=0 —:10з Гц)— низкочастотную область, соответствующую электростатическому и магнитостатическому режиму работы экрана; П (1=10з-*-5 10з Гц)' — высокочастотную область, отвечающую электромагнитному режиму работы экрана; 1И (7= =5.10з —:10и Гц) — сверхвысокочастотную область, соответствующую волновому режиму работы экрана.
Определение коэффициента экранирования. Определим коэффициент экранирования, используя волновой метод решения задачи. На рис. 7-2 представлен экран, на который падает электромагнитная энергия источника излучения Е под некоторым углом. Можно выделить три области: 1— воздушную среду до экрана, 2 — экран, 8 — среду за акра. ном. Обозначим толщину экрана Е Волновой метод основан на рассмотрении явления экранирования с помощью падающих, отраженных и преломленных волн на границах электрического несоответствия диэлектрик — металл— диэлектрик, Экранирующее свойство выразим через водно.
вые характеристики металла и диэлектрика. Коэффициент вихревых токов ь )/.„ю где гэ — частота поля, р— магнитная проницаемость материала, о — удельная электрическая проводимость материала. На границе раздела 1 — 2 (воздух — экран) часть энергии отразится в область 1, а часть пройдет в толщу экрана.
Отраженную энергию Ез можно выразить через падаю- 24~ 371 10 10з 1зз 1йг 1Р г 1аа ГЧ Рис. 7-1. Характеристика затухания магнитного А и злектрического э А н полей щую энергию Е и коэффициент отражения р а как Еа= =ргаЕ. Энергия, прошедшая в экран, может быть представлена через коэффициент преломления на границе 1 — 2 (г7~з) н хаРактеРистикУ затУханиЯ. ПРошедшаЯ энеРгиЯ пРетерпевает затухание по закону е "', тогда поле в области 2 Рис. 7-2. К расчету зффектияности акранироаания 372 определится как Е! — — Ч„Ее-з'. На границе раздела 2 — 8 эта волна частично отразится с коэффициентом отраженпя ргз. Энергия, отраженная от границы 2 — 8, будет Ез= Чггрме-г"! Е.
С учетом коэффициента преломления на границе 2 — 8 энергия, которая пройдет за экран, будет Е4= =Ч!гЧгз Ее-л!. Волна Е, частично пРойдет за экРан в область 1 (эта часть Е,=Ч„Чг!Рм е '"'), а частично отразится от границы 2 — 1 и вернется в экран: Ез=Чгг рггргз( '"'Е. Для первой области, где действует отражение волн, по- лучим Ео — — Ез+ '», Еел-~-г Ез + ~еЧззЧззргз(рззЧгз) 'Е " л=! л=г Просуммировав этот ряд, получим е еззеезрлз †! — Рззрзз е Коэффициент отражения Е о + Чззчззрзз е — гы Р— ' = — Рте+ 1 р!.ргз е В области 8 будут действовать волны, прошедшие сквозь экран: Ю Е,„„= '~' Е,„=- ~~» Ч„Ч„(р„р„)л ' е ' 'з'Е. л=! л — ! Коэффициент экранирования.
Еело дзен е (7-)) -гз! рм резо Коэффициенты преломления и отражения. Выразимкоэффнциент преломления Ч и коэффициент отражения р через волновые характеристики среды г„, и ее: 2гл г ! — гв Ч Р-- ел+ ге гл+ ге В нашем случае перед экраном н за экраном находится воздушная среда, следовательно, г! =гз. При этом 2г, 2гд Чм= ' Чи= ' Чзз=Чм г! ге г,+г, гг — г, г, — гг . гз — г! г! — г, Рм = ' Рзз =- ~ Рзз =- гз+г, ' г, +гз ' гз+г, гз+г, здесь а, — волновое сопротивление диэлектрика (воздуха)'1 аг — волновое сопротивление металла (экрана). Подставив значения р и д в (7-1), получим 2г, 2г, 1 гг+ г, ге гг еы 1 — е гг+ гг вли (гг + гг)г е~ (гг — гг) е е 4гггг 4гггг Преобразовывая, получаем 5 1 ег~ е — и ем г~+г~ е""' ге+ге 2 2 4 г,г, 4 г,г, Переходя к гиперболическим функциям, имеем 1 1 1 3-- ге+ге сьев 1 / гг гг ся и+ гь ег 1 г 1+ — ~ — + — ') (ьы 2гггг г Затухание, вносимое экраном, с учетом того, что з~= =а (волновое сопротивление диэлектрика — воздух), а ад=а„ (волновое сопротивление экрана — металл), определяется формулой А, =-А +А,=-!п)сййм((+!п(1+ — ( г" ! гм ~(йй„(! 2 1гм гд/ (7-2) Здесь первый член описывает эффект поглощения электромагнитной волны экраном, т.
е.Ае=-!п(сйй ~~, а второй член — отражение электромагнитного поля от экрана: А 1 ~1+ 1 (л~ + ~м)1 )) Если экран имеет достаточну1о толщину (т. е. его затухание мм1)1,5 Нп), второй границей отражения (2 — 3 на рис. 7-2) можно пренебречь; при этом Ае= )п~(+ (ммм(!- 2 гм Расчетные выражения для магнитного, электрического и электромагнитного поля. Рассмотрим эффект экранирова- 274 ния для различных диапазонов частот.
В области частот до 10з — 10э Гц справедливы уравнения Максвелла для квази- стационарного режима (без учета токов смешения)' го1 Н =- оЕ; го1 Е =- — /ырН. Расчет волновых сопротивлений диэлектрика (среды) можно проводить по упрощенным выражениям. Волновое сопротивление диэлектрика в магнитном поле ян -- /дарг, где р — магнитная проницаемость экрана; г, — внутренний радиус экрана Волновое сопротивление диэлектрика в электрическом поле зе ! / з где в — диэлектрическая проницаемость. Волновое сопротивление материала экрана г„= /вр/й„=- 3 7ьр7о; здесь й„=)/'/,,„,о., а — электрическая проводимость экрана.
Для плоской волны (при удалении от источника помех более чем на пять длин волн) волновое сопротивление среды гд.— - гз)/рФ -=!20п 376,7 Ом. Магнитостатический и электростатический режим экранирования охватывает частоты до 4 кГц. В этом интервале частот необходимо учитывать две границы отражения полн: диэлектрик — экран (а,/г„) и экран — диэлектрик (» /з ). Для частот приблизительно до 10з Гц затухание поля в толще экрана весьма мало. При этом й,,/(0,25," сЬ й / — 1 и А О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
