Диссертация (1137191), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В ряде случаев следуетэкранировать заведомо мощный источник, что улучшит электромагнитнуюобстановку и снизит затраты на разработку системы [28].Зоны действия источников электромагнитных помех15Существуют 3 зоны действия источников электромагнитных помех(рис. 2): ближняя, переходная и дальняя. Граница между ближней идальней зоны определяется следующим образом (1):=2(1)(1)• Ближняя зона – зона, в которой расстояние до источникаменьше r• Дальняя зона – зона, в которой расстояние до источникабольше r• Переходная зона – это зона, в которой формируется плоскаяволнарис.
2Зоны действия источников помехНа рисунке (рис. 2) относительные значения Z являются вернымидля области, располагающейся в непосредственной близости от излучателяэлектромагнитных помех. Если взять большие расстояния, то основнойсоставляющей поля будет являться составляющая, которая имеет большеезначение и которая быстрее убывает, чем дополнительная составляющая.И в результате волновое сопротивление Z принимает значение 377 Ом, аименно волновому сопротивлению свободного пространства.Следует особенно отметить, что в данной работе рассматриваетсяэлектродинамическоеэкранирование,поэтомурасчёты,которые16представлены ниже, справедливы только для дальней зоны действияисточников электромагнитных помех.1.2.Аналитические методы расчёта электромагнитныхэкрановДавайте рассмотрим эффективность экранирования бесконечнопротяжённого экрана, толщиной t, причём учтём нормальное падение наэтот экран плоской электромагнитной волны.
Рассматривается бесконечнопротяжённый экран для того, чтобы исключить влияние краевого эффекта.Также учтём, что экран является линейной системой.Я хотел бы учесть, что случай нормального падения на экранплоской волны является одним из самых неблагоприятных. Просто, есливзять падение плоской электромагнитной волны под наклоном, то оначастично отражается от стенки экрана, частично попадает в областьэкрана, продолжая распространяться в перпендикулярном направлении(рис.
3) [10].рис. 3Схема распространения волны через экран17Аналитический метод расчета эффективности электромагнитногоэкранирования основывается на решении уравнений Максвелла длягармонических колебаний [18, 19, 15]: = ( + )(2)(2) = −(3)(3)Аналитическое вычисление сводится к определению составляющихэлектромагнитного поля, таких как• проникшего в экранированную область, пространства (y>>t)• известных параметров воздействующего поля (E, H),• электрофизических и геометрических параметров экрана (μ, σ, t)• электрофизических параметров среды (μ0, ε0).Уравнения для расчета электромагнитного поля для различных зон имеютследующий вид:а) для зоны падания электромагнитной волны во внешней среде(Z≤0)пад = �пад −0 , отр = �отр +0(4)(4) = �пад0 −0 , = �(5)отр0 −0 (5)б) для экранированной зоны поглощения проводящим материалом(0≤Z≤t)1 = �1 − , 2 = �2 −(6)(6)1 = �1 − , 2 = −�(7)2 −(7)в) Для проникшей электромагнитной волны во внутрь корпуса (Z≥t)18пр = �пр −0(8) −0(9)(8)пр = �пр0(9)где0 = �0 0 , 0 = � 0, = 2, = + = �( + ),0=�+Чтобы найти аналитическое выражение расчёта эффективностиэкранирования электромагнитного экрана нужно знать напряженностьэлектромагнитнойволны,котораяпроходитчерезэкранирующийматериал.
Чтобы найти аналитическое выражение также нужно определитьграничные условия z=0 и z=t к уравнениям (4) - (9).Исходя их этого, можно получить уравнения с неизвестными:пад + отр = 1 + 2 (10)(10)1 −γ + 2 −γ = пр −0 (11)(11)пад01− − −отр02=1−(12) − =(13)2пр0(12) −β0 (13)Из (10) - (13) можно определить следующее выражение:падпр=(0 +)240 − 2�1 − �0 +� −2γ � −β00(14)(14)Комплексная постоянная распространения заменяется следующимобразом:19γ = γ + β ≅1+(15)δ(15)Используя (15) и учитывая, что Z0 >>Z получаем:Исходя2пад0 − −≅ � � δ �1 − δ δ �пр4изэтогоможнополучитьвыражениедлярасчетаэффективности экранирования сплошного экрана:0−/δ −2/δ = 20log���� + ���������20log10 � /δ � + 20log�10�10 �1 − �����������������������4(16)(16)Если провести анализ полученного уравнения (16), то видно, чтоэффективность экранирования зависит от трех составляющих:S= R+A+B, дБ,(17)(17)гдеА – показывает эффективность экранирования за счет поглощенияэнергии электромагнитной волны в толще экрана, дБ;R – составляющая, определяющая отражение энергии от границыраздела при входе волны в экран, дБ;B – характеризует потери за счет многократных отражений в толщеэкрана, дБ.Теперь можно рассмотреть эти переменные более подробнымобразом.Потери на отражение энергии от границы раздела при входеволны в экранПотери на отражение энергии от границы раздела при входе волны вэкран зависит от зоны действия источника электромагнитных помех.Также, рассчитывая потери необходимо рассмотреть формулы для дальнейзоны и ближней зоны магнитного и электрического поля.20Дальняя зонаПредположим волновое сопротивление среды Z0 равно 377 Ом, то изуравнения (16) следует выражение потерь на отражение в дальней зоне: = 20log94,25||, дБ(18)(18)Можно сделать вывод, чем меньше сопротивление материала экрана,тем выше потери на отражение.
= 168 + 10log �(19) �, дБ(19)Ближняя зона электрического поляВолновое сопротивление от точечного источника электрическогополя может быть заменено уравнением, когда < λ/2:|| =1(20)2πε(20)гдеr- дистанция до источника, м; – диэлектрическая постоянная.Исходя из уравнения (20), можно получить: = 20log18πε||, дБ (21)(21)Подставим значение диэлектрической постоянной в уравнение (21): = 20log4,5×109||, дБ (22)(22)Тогда, исходя из уравнения для Z, получаем выражение потерь наотражение в ближней зоне электрического поля: = 322 + 10log(23)µ 3 2, дБ (23)21Ближняя зона магнитного поляВолновое сопротивление от точечного источника магнитного поляможет быть заменено уравнением, когда < /2 [8]:| | = 2πµ(24)(24)Гдеr- дистанция до источника, м;μ – магнитная проницаемостьПодставив уравнение (24) в (16) получаем: = 20log2πµ(25)(25)4||Подставив значение магнитной постоянной, получаем выражение: = 20log1,97×10−6 (26)(26)||Выражение потерь на отражение в ближней зоне магнитного поляможно получить следующем образом: 2 σ = 14,6 + 10log �(27)µ�(27)Обобщенное выражение для определения потерь на отражениеВыражение потерь на отражении может быть представлено в общемвиде, как:σ1 = + 10log � � � � µ(28)(28)где значения констант С, n, m берутся из таблицы (Таблица 1.2-1)Таблица 1.2-1Тип воздействияСnmПлоская волна1681022Электрическое3223214,6-1-2полеМагнитное полеПотери на поглощениеПотери за счет поглощения электромагнитной волны в самой стенкиэкрана зависят от снижения амплитуды поля в е (2,71828) раз нарасстоянии, равном толщине δ скин-слоя (рис.
4) [10].рис. 4Ослабление поля в толще экранаУменьшение амплитуды в 2,7 раз на каждом скин слое соответствуетослаблению в 20lge≈8,686 дБ. При толщине t экрана в нем «укладывается»t/δ скин слоев. Отсюда следует, что суммарное ослабление за счетпоглощения энергии электромагнитной волны, прошедшей через стенкуэкрана, будет определяться, как: = 8,686 = 8,686�πσ, дБδВинженернойпрактике(29)(29)удобноиспользоватьформулусотносительными (относительно меди) величинами. Тогда выражение (16)преобразуется к виду: = 131,4�µ , дБ, (30)(30)гдеt –толщина стенки экрана, мм;23µ и σ - соотвественно магнитная проницаемость и удельнаяпроводимость относительно меди;f – частота, МГц.Потери при переотраженииЧасть энергии электромагнитной волны распространяется в стенкеэкрана, многократно отражаясь от границ раздела сред (рис.
3). Потери напереотражении определяются показателем B (17).При учете фактора B значение эффективности экранированияопределяется более точно, но его вклад в общую эффективностьэкранирования незначителен. Поэтому в большинстве случаев фактором Bпренебрегают, и учет потерь только на отражения и поглощение дастминимальное значение эффективности экранирования, соответствующеехудшему случаю.При учете фактора B выражение для его определения выражается,как: = 20 �1 − −2�µσ −2�πµσ �,(31)(31)гдеt- толщина экрана; м;f – частота, Гц; - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м;σ – проводимость материала экрана, См/м.1.3.Численные методы расчёта экрановРассматривая только аналитические формулы, мы можем говоритьтолько о приблизительных значениях эффективности экранирования. Этопригоднотольконаначальныхстадияхпроектированияэлектродинамического экрана.
Но если речь заходит о более точныхзначениях,топриходитсяприбегатькдругимметодамрасчёта24эффективности экранирования, а именно к численным методам. Разницазаключается в том, что численный метод расчёта, куда более громоздок исложен, по сравнению с аналитическим методом, но и результаты гораздолучше.Самый распространённый метод из всех численных методов, этометод конечных элементов.
С помощью метода конечных элементовможнополучитьдостаточноточныезначенияэффективностиэкранирования в решении задач в квазистатическом приближении и длястатических полей. Так как этот метод универсален, то его можноиспользовать, как для экранов сплошных, так и для экранов с отверстиями,как круглыми, так и щелевыми.Методконечныхэлементовэточисленныйметодрешениядифференциальных уравнений, который можно встретить как в физике таки в технике. Основная идея метода конечных элементов заключается в том,что любую непрерывную величину (ей может быть индукция илинапряженность магнитного поля) можно аппроксимировать моделью,состоящий из отдельных элементов (участков). На каждом из этихучастков исследуемая непрерывная величина аппроксимируется кусочнонепрерывной функцией, которая строится на значениях исследуемойвеличины в некоторых точках области («узлы»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
