Book6 (560508), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рис. 6.26. Зависимость эффек- Рис. 6.27. Зависимость эффективности

тивности электростатического электростатического экрана от частоты

экрана от толщины стенки

Обязательным условием такого экранирования является соединение
экрана с корпусом прибора или землей. Роль электростатического эк-
рана может выполнять металл с любым удельным сопротивлением. На-
пример, на частоте/= 10⁴ Гц эффективность экранирования для высо-
коомного титана ВТЗ и низкоомного АМц будет равна:
ρ(ВТЗ) = 1360 10^-6 Ом мм, K(E) = 180дБ,
ρ(АМц) = 30- 10 ^-6 Ом мм, K(E) = 210дБ.

Относительное изменение эффективности экранирования и удель-
ного сопротивления составит:

ΔК(Е)/К(Е) = (210-180)/210=14%,

ρ ( ВТЗ)/ρ( АМц)=1360·10^-6/30·10^-6 = 45,3%.
Нет особых требований и к толщине экрана. Из рис. 6.30 находим
К(Е)_А1=220_ДБ для t=10мм,

К(Е)_Аl=160дБ для t=1мкм.

272

Относительное изменение ΔК(Е) /K(E) = (220- 160) /220 = 27,2%

хотя толщина стенки изменилась в 10⁴ раз.

Отсюда следует, что при конструировании электростатических эк-
ранов марка материала и его толщина выбираются исходя из удобств
изготовления, коррозионной стойкости, механической прочности. В
табл. 6.2 приведены основные электрические характеристики конст-
рукционных материалов для РЭС и их металлические покрытия.

Таблица 6.2

Пример 6.1. Определить размеры электростатического экрана для
функционального узла на печатной плате с размерами 120x80x20 мм.
Ослабление помехи на частоте 100 кГц не менее 120 дБ.

Выберем зазоры между печатной платой и экраном согласно обозначе-
ниям рис. 6.21: XI = Х2 = Y2 = 5 мм , Y1 = 15 мм для установки разъема. Раз-
меры экрана составят: ХЕ - 120 + 5 + 5 = 130 мм , YE = 80 + 5 + 15 = 100 мм,
ZE = 20 + 5 + 5 = 30MM, откуда R = max {AE, YE, ZE}= 130мм.

Толщину экрана XT находим из формулы (6.13) после ее преобразо-
вания: t= 1,11•1O^-12-K(E)fρR.

В качестве материала выбираем латунь Л68:

XТ=1,11- 10^-12·10⁶·10⁵·72·10^-6·130=1,04·10^-3 мм≈1 мкм.

Из условий механической прочности, жесткости и технологии пла-
стической деформации толщину стенки выбираем равной 0,4...0,5 мм.

Рассмотрим расчет конструкций электромагнитных экранов. Как
следует из рассмотренных принципов конструирования электростати-
ческих и магнитных экранов, их работа основана на замыкании энергии
соответствующих полей в материале экрана вследствие лучшей элект-
ропроводности или магнитопроводности материала по сравнению с ок-
ружающей средой.

273

Такой способ экранирования пригоден и
оправдан в области только низких частот. С
ростом частоты растет величина вихревых то-
ков в материале, наведенных полем помехи.
Энергия помехи, достигая поверхности экра-
на, вызывает появление этих токов. Глубина
проникновения токов наводки в стенку экрана
зависит от частоты из-за явления поверхност-
ного эффекта. По этим причинам величина
высокочастотного тока изменяется по сече-
нию стенки по закону, который для однород-
ного материала можно считать экспоненци-
альным (рис. 6.28):

I(x)=I(0)∙ехр{-αx}, (6.15)

Рис. 6.28. Поглощение

электромагнитной помехи за счет скин-эффекта

где I(х) — амплитуда тока помехи на расстоянии x от поверхности экрана; 7(0) — амплитуда тока помехи на наружной поверхности экрана; а — коэффициент вихревых токов: α = [0,5ωμ_а/ρ]^1/2, где μ_а = μ₀μ.,

μ₀= 1,256- 10^-8 Гн/см — магнитная проницаемость вакуума; μ — относительная магнитная проницаемость.

Выполним преобразование: I (0) /I (х) = ехр {α х}.

Если I(0)/I(x) = е, то

х =1/α. (6.16)

Толщина стенки экрана х, на которой ток наводки ослабляется в е
раз, носит название скин-слоя, где е — основание натурального лога-
рифма. Толщина скин-слоя находится по формуле

δ=x[I(0)/I(x) = e] =1/a Ом·м²/м. (6.17)

Если выбрать единицы измерения f— в МГц, ρ — в Ом • мм² /м , то
для магнитных материалов (μ>>1), таких как сталь, пермаллои, фер-
риты, формула приобретает вид

δ ≈ 0,5 [ρ/(fμ)]^1/2 мм. (6.18)

Для немагнитных материалов (Al, Cu, Mg) μ= 1, и

δ ≈ 0,5 [ρ/f]^1/2 мм. (6.19)

274

Задаваясь величиной ослабления помехи К(э), можно по величине
скин-слоя определить минимальную толщину стенки электромагнит-
ного экрана:

t = lnK[э]/δ (6.20)

В соответствии с энергетическими прин-
ципами [32, 33] коэффициент электромаг-
нитного экранирования К(э) можно предста-
вить в виде совокупности двух составляю-
щих: составляющей коэффициента экрани-
рования за счет коэффициента отражение
К(о) и составляющей экранирования за счет
поглощения в материале экрана К(п). Анализ
вклада каждой составляющей в суммарный
коэффициент можно сделать на основании
графиков рис. 6.29:

Рис. 6.29. Эффективность
медного и алюминиевого
покрытий при экранирова-
нии в зависимости
от частоты

1. Наибольший коэффициент электро-
   магнитного экранирования достигается для
   материалов с волновым сопротивлением ми-
   нимальной величины Z _м . Поэтому при выбо-
   ре материала следует соблюдать условие
   Z_д>>Z_M,где Z_д = 377 Ом.

2. На частотах больше 1 МГц резко увели-
   чивается вклад поглощения помехи за счет скин-эффекта, который, в
   свою очередь, для материалов с меньшим удельным сопротивлением
   усиливается.

3. Тонкие проводящие пленки толщиной до 0,1 мм обеспечивают до-
   статочно высокое и постоянное ослабление помехи в широком диапазо-
   не частот f< 100МГц.

Низкий уровень Z _м обеспечивается материалами, имеющими в

своем составе высокое содержание алюминия, меди, серебра, золота,
бериллия, марганца, т.е. металлов с удельным сопротивлением

ρ ≤50 • 10^-6 Ом • мм. В общем случае толщина стенки экрана, обеспе-
чивающая необходимую механическую прочность и жесткость конст-
рукции, вполне достаточна для значительного подавления помехи от
электромагнитной волны для К(э) = 100...200 дБ. Нетрудно видеть из
графиков на рис. 6.30—6.32, что обычная алюминиевая, медная, латунная фольга толщиной 20...30 мкм обеспечивает высокую степень экранирования уже на частоте 100 кГц. В случае применения литых пластмассовых корпусов такую фольгу можно наклеивать на стенки специ-

275

Рис. 6.30. Эффектив- Рис. 6.31. Эффективность Рис. 6.32. Эффектив-
ность алюминиевых эк- экранов из АРМКО ность экранов из латуни
ранов в зависимости от в зависимости от частоты ЛЖС58-1-1 в зависимости
частоты от частоты

альными клеями: фенольными (БФ, ВК), эпоксидными (ЭД, ВК-7, Л-4),
полиамидными (МПФ-1), перхлорвиниловыми (ХВС22А, Д10, М-10).
Другой способ экранирования пластмассовых корпусов РЭС заклю-
чается в нанесении на них тонких проводящих пленок. Так, с по-
мощью вакуумного напыления можно нанести слой меди или алюми-
ния до 4...5 мкм. Можно также использовать химическое осаждение меди.
Реальный экран нельзя сделать абсолютно замкнутой металличе-
ской оболочкой. Так, для соединения с внешними цепями необходимы
отверстия, чтобы вывести проводники. Для размещения электронного
устройства экран необходимо делать разъемным. При соединении разъ-
емных частей возможно появление щелей. Щели также могут появить-
ся при неудачной пайке, сварке. Для отвода тепла с помощью естест-
венной и принудительной конвекции конструктор вынужден предус-
мотреть отверстия. В результате на поверхности экрана неизбежно на-
личие отверстий различных форм и
размеров, которые, естественно, вызо-
вут снижение экранирующих свойств
конструкции. Необходимо свести к
минимуму эти нежелателпные явле-
ния.

Рис. 6.33. Типичные отверстия

в экране: а — круглое отверстие;

б — прямоугольная щель

276

Типичными формами отверстий в
экране можно считать прямоугольную щель с размерами X и Y (рис. 6.33, б)
и круглое отверстие диаметром D (рис. 6.33, а). При наличии прямо-

Характеристики

Список файлов книги