Диссертация (1137191), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Ослаблениеможно определить исходя из волнового сопротивления падающей волны иволнового сопротивления отверстия.Чтобы рассчитать потери на отражение для круглого отверстия,можно воспользоваться следующей формулой (40):_ = 102 − 20 () , дБ (40)(40)ГдеD – диаметр отверстия,f – частота.Также здесь учтён теневой эффект.43Потери на отражение для прямоугольного отверстия в общем случаеможно рассчитать по следующей формуле(41):_ = 100 − 20 () + 20 �1 + � �� , дБℎ(41)(41)ГдеW - ширина отверстия,f - частота,h - высота отверстия.Это выражение также учитывает теневой эффект. Он возникает приотражении электромагнитной волны, прошедшей в экранируемую область,от внутренних поверхностей электродинамического экрана.Зависимость поправочногокоэффициента = 20(1 − 10− ⁄10 )(42)поглощение определяется (42):от потерь на(42)ГдеAap – потери на поглощение одиночной апертуры.При создании экрана имеет место совокупность апертур.
Они могутбыть объединены в матрицу отверстий круглой или прямоугольнойформы.Этасовокупностьхарактеризуетсянекоторойрегулярнойструктурой, которая определяется как шаг размещения апертур. Такиерешения могут встречаться при создании вентиляционных панелей и т.п. Вданном случае группирование апертур вызывает определённые явления,которые влияют на эффективность экранирования.
В данном случаенеобходимо учитывать такие факторы, как число отверстий на единицуплощади, увеличение толщины скин-слоя при снижении частотывоздействующего поля, относительную близость отверстий. При расчёте44суммарнойэффективностиэкранированияониучитываютсявспомогательными коэффициентами 1, 2, 3 .Коэффициентом 1 учитывается влияние числа отверстий ирассчитывается по следующей формуле (43):1 = 10 () , дБ (43)(43)Гдеa – площадь одного отверстия,n – число отверстий на 1 квадратный сантиметр.Произведение an соответствует доле в относительных единицахплощади отверстий на единицу площади экрана.
Исходя из этого, значениекоэффициента 1 имеет отрицательный знак и an < 1. Это отражает егофизический смысл, а именно снижение эффективности экранирования приувеличениисуммарнойплощадиапертур.Коэффициентможноопределить, если выполнено следующее условие: расстояние от источникаэлектромагнитного возмущения существенно больше диаметра отверстияили его максимального размера. Как я уже говорил, мы рассматриваемтолько дальнюю зону.
И это высказывание справедливо только для неё.Если это условие не соблюдается, то 1 = 0.Глубина скин-слоя увеличивается на низких частотах. Коэффициент2 учитывает уменьшение эффективности экранирования при снижениичастоты и увеличении толщины скин-слоя относительно зазора междуапертурами. Этот коэффициент можно вычислить по следующей формуле(44):2 = −20 (1 + 35−2,3 ) , дБ(44)(44)45Где p – коэффициент, учитывающий относительный размер скинслоя в расстоянии между отверстиями. Этот коэффициент можнорассчитать по формуле (45):=(45)(45)Гдеcw – зазор проводящего материала между отверстиями (рис. 9),δ – толщина скин-слоя.рис. 9Зазор проводящего материала между отверстиямиТолщина скин-слоя рассчитывается следующим образом:=Где0,0066� , смf – частота,µr – относительная магнитная проницаемость материала,σr – относительная проводимость материала экрана.Такимобразом,значениекоэффициента,учитывающегоотносительный размер скин-слоя в расстоянии между отверстиями, можнозаписать следующим образом (46):=2 ∙∙ � 0,0066(46)(46)46Присближенииотверстий,уменьшаетсязазорпроводящегоматериала между отверстиями cw , и, следовательно, уменьшается значениекоэффициента p.
Поэтому, фактически, близко расположенные отверстияработают как одно большое отверстие (рис. 10).рис. 10Слияние близко расположенных отверстий в одноИсходя из рассмотренного, окончательный вид формулы для расчётакоэффициента K ap2 выглядит так (47):2 = −20 �1 + 35 ∙ �2 ∙∙ � 0,0066�−2,3(47)� , дБ(47)Гдеf - частота,µr - относительная магнитная проницаемость материала,σr - относительная проводимость материала экрана,cw - ширина проводящего материала между отверстиями.Если рассматривать малые потери на поглощение, то диаметротверстия становится больше толщины стенки экрана или больше длиныпатрубка.Исходяизэтого–эффективностьэкранирования47электродинамического экрана возрастает за счёт увеличения связи междуотверстиями на высоких частотах. Отсюда следует, что при вычисленииэффективность экранирования следует учесть сказанные мной вышевлияния и ввести поправочный коэффициент объединения близкорасположенных отверстий K ap3 :Где3 = 20 �ℎAap – потери на поглощение.� , дБ8,686В заключении следует заметить, что рассмотренные выше формулыдля расчёта эффективности экранирования электродинамических экрановверны, если расстояние от источника до экрана значительно большемаксимального размера отверстия.2.4.Алгоритмырасчётанеоднородногоэлектромагнитного экранаОбычно в инженерных расчётах все утечки складываются вместекогерентно.
Когерентно складывается сумма всех утечек с вычисленнойэффективностью экранирования. Данный случай является не самымлучшим, так как фазы полей утечек могут принимать как одинаковыезначения, так и отличаться совершенно случайным образом (в данномслучае когерентность на низких частотах и не когерентность на высокихсоответственно). В реальности преобладает один или несколько полейутечек, из-за этого правильно использовать наихудший когерентныйслучай. Расчет суммарной эффективности экранирования, учитывая утечкичерез отверстия, можно выполнить по представленной ниже формуле (48)[65]Σ = −20lg� + ∑=1 �(48)(48)48ГдеK – коэффициент экранирования сплошного экрана,Kapn – коэффициент экранирования в зоне n утечки,n – число зон апертур, вызывающих утечкиДанная формула соответствует самому худшему случаю, когдаскладываются значения коэффициентов экранирования отдельных путейпрохождения электромагнитной волны.
Коэффициент экранированияможно рассчитать по следующей формуле, если мы конечно знаемэффективность экранирования (49):=Представивэффективностивыше1(49)(49)процедуруэкранирования1020решенияперфорированногозадачпорасчётуэлектромагнитногоэкрана, я хотел бы предложить следующий алгоритм методики расчётанеоднородного электромагнитного экрана (рис. 11):49рис. 11Алгоритм методики расчёта неоднородного электромагнитного экранаДляпримера,яхотелбыпоказатьрасчётнеоднородногоэлектромагнитного экрана. Экран сконструирован из листового материалаи имеет четыре зоны (рис. 12):• Зона сплошного экрана,• Зона с прямоугольным волноводом,• Зона с круглыми отверстиями• Зона с прямоугольными щелями50рис.
12Неоднородный экран: 1 - зона сплошного листа, 2 - зона с круглыми отверстиями, 3 - зона спрямоугольными отверстиями, 4 - зона прямоугольного волноводаПримем следующие исходные данные:• материал экрана – алюминиевый сплав;• толщина листового материала 0,1 мм;• диаметр отверстий 7 мм;• расстояние между осями отверстий 5 мм;• число круглых отверстий 30;• ширина прямоугольного отверстия 10 мм;• высота прямоугольного отверстия 1 мм;• число прямоугольных отверстий 4;• ширина прямоугольного волновода 10 мм;• высота прямоугольного волновода 1 мм;• глубина прямоугольного волновода 35 мм.Результаты расчета сплошного экрана (зона 1) в диапазоне частот 501000 МГц приведены ниже (Таблица 2.4-1) (рис.
13). Здесь и далее всерезультаты округлены до десятых долей.Таблица 2.4-1Результаты расчёта сплошного экранаПараметрЧастота, МГц50150250500100051ЭффективностьS1 162,9 212,1 247,0 312,3 405,9экранирования, дБрис. 13Результаты расчёта сплошного экранаДля зоны экрана с круглыми отверстиями (область 2) итоги расчетаприведены ниже (Таблица 2.4-2) (рис. 14):Таблица 2.4-2Результаты расчета области с круглыми отверстиямиПараметр50Эффективность S1 экранирования, 54,5Частота, МГц150 250 50048,4 40,5 34,5дБрис. 14Результаты расчёта области с круглыми отверстиями100028,452Результаты вычислений для области с прямоугольными отверстиями(область 3) представлены следующим образом (Таблица 2.4-3) (рис.
15):Таблица 2.4-3Результаты расчета для области с прямоугольными отверстиямиПараметр50Эффективность S1 экранирования, 70,7Частота, МГц150 250 50061,2 56,7 50,7100044,7дБрис. 15Результат расчёта для области с прямоугольными отверстиямиРезультаты вычислений для области прямоугольного волновода(область 4) представлены в таблице (Таблица 2.4-4) и на графике (рис.
16):Таблица 2.4-4Результаты расчетов для области прямоугольного волноводаПараметр50Эффективность S1 экранирования, 92,0дБЧастота, МГц150 250 50082,5 78,0 72,0100066,053рис. 16Результаты расчёта эффективности экранирования для области прямоугольноговолноводаДлярасчётаэлектромагнитногоэкранированияэффективностиэкрана,переводятсявэкранированияперфорированногосоответствующиеэффективностикоэффициентыэкранированияпоформуле(48). Затем проводится расчет по (49).Результаты проведенных расчетов по измерению эффективностиэкранирования на частотах в диапазоне 50 МГц до 1000 МГц приведеныниже (Таблица 2.4-5) и представлены на график (рис. 17).Таблица 2.4-5Расчет эффективности экранирования неоднородного экранаПараметрЧастота, МГц50150250500 1000Эффективность S1 экранирования 162,9 212,1 247,0 312,3 405,9зоны 1, дБЭффективность S2 экранирования54,548,440,534,528,470,761,256,750,744,792,082,578,072,066,043,834,229,823,817,8зоны 2, дБЭффективность S3 экранированиязоны 3, дБЭффективность S4 экранированиязоны 4, дБСуммарнаяэффективностьSΣ54экранирования зоны 4, дБрис.
17Эффективность экранирования неоднородного экранаИз таблицы (Таблица 2.4-5) и графика (рис. 17) видно, чтоэффективность экранирования сплошного экрана имеет очень высокиепоказателии они намного больше, чем суммарная эффективностьэкранирования.Следуетособенноуделитьвниманиетому,чтосуммарнаяэффективность всех четырёх зон перфорированного электромагнитногоэкрана меньше, чем зона с наименьшей эффективностью экранирования.Представленныйрасчетэффективностиэкранированиянеоднородного электромагнитного экрана позволяет сделать следующиерекомендации:• Нужно ответственно отнестись к выбору материала экрана, так как вреальных условиях чаще всего в корпусе экрана присутствуютотверстия для различных целей, который значительно снижаютпоказатели эффективности экранирования.• Следует учесть, что энергия, которая попадает в область экраначерезапертуры,определяетэффективностьэкранированияэлектромагнитного экрана на большом диапазоне частот.• Конструктору нужно тщательно относиться к областям экрана,содержащим апертуры, так как любая, даже малейшая ошибка грозит55значительномуснижениюпоказателейэффективностиэкранирования электромагнитного экрана.2.5.Выводы1.
Выполнил анализ аналитических методов расчёта электромагнитныхэкранов с апертурами. Показал, что наиболее эффективным методомв инженерной практике с целью проведения оперативных расчётовявляется коэффициентный метод. Он позволяет для типовых апертур(круглые отверстия и прямоугольные щели) учесть ослаблениеэффективности экранирования за счёт введения поправочныхкоэффициентов.2. Разработалалгоритмрасчётаэффективностиэкранированияперфорированного электромагнитного экрана, который основан напредставлении конструкции экрана в виде трёх типовых зон:•Зоны с круглыми отверстиями•Зоны с прямоугольными отверстиями•Зоны сплошного экранаПоказал, что суммарная эффективность экранирования подобногоэлектромагнитногоэкранабудетнижеэффективностиэкранирования худшей зоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
