Проникновение магнитного поля

Is

i

Uj

lJ

W-h_eF₉<r_rQt₀(t) \R_f

* 2жаб„й

g a en

240 220

] o><\

Частотами,

Рис. 4.2. Эквивалентная схема для описания проникновения очень низкочастотного электрического поля внутрь сферы [1]

Рис. 4.3. Эффективность стационарного экранирования (алюминиевая сфера ра­диусом 46 см, толщина стенки 0,16 см) для однородного внешнего электрическо­го поля в воздухе [1]

При дальнейшем повышении частоты все большие и большие токи будут протекать на поверхности камеры, вызывая большее падение на­пряжения на поверхности, которое при очень низких частотах (благо­даря отсутствию скин-эффекта) равно падению напряжения внутри ка­меры. Однако когда частота увеличивается до некоторого значения, происходит поглощение из-за скин-эффекта, уменьшающее внутрен­нее электрическое поле относительно внешней стороны камеры. Из-за этого увеличивается эффективность экранирования электрического поля с ростом частоты.

Более точные соотношения между внешним и внутренним электри­ческими полями рассмотрены в работах [1—4] на примере сферической камеры. Соотношение между внутренним и внешним полями как функ­ция частоты для тонкой, силыюпроводящей сферической оболочки в области частот, где скин-эффект несуществен (d <^ б), имеет вид

Ei (©)/£„ (со) - [ (3/2) (сое₀ alo_ad); (4.7)

(4.8) радиус

6 = y2/<Bu._aa_a, где d — толщина оболочки; а_а — проводимость оболочки; а

оболочки; ц_а — проницаемость оболочки; е_п — проницаемость свобод­ного пространства.

Эквивалентная схема для этого случая показана на рис. 4.2.

Соотношение между внешним и внутренним полями, когда глубина скин-слоя меньше, чем толщина стенки сферической оболочки, имеет вид

Е_х (со)/£₀ (со) = /31/Т со8₀ о ехр (—d/S)/a_a 8. (4.9)

В качестве примера на рис. 4.3 показана стационарная эффектив­ность экрана, представляющего собой алюминиевую сферу р'адиусом 46 см с толщиной стенки 0,16 см для однородного падающего электри­ческого поля в воздухе. На частоте примерно 30 кГц начинает влиять

экранирование, связанное со скин-эффектом. Эффективность экрани­рования свыше 200 дБ очень труд­но измерить.

Рис. 4.4. Зависимость электрического поля от времени в центре алюминие­вой сферы; внутренний радиус 46 см, толщина стенки 0,16 см [1]. Импульс

£(/).=ехр[— (tV2t)], <, =48-Ю-" с. / — вычислено с использованием С—R-чри- ближення; 2 — точная теория рассеяния

На рис. 4.4. показана зависи­мость интенсивности электрическо­го поля в центре сферы от времени как отклик на импульс гауссовой формы. Кривая 2 представляет про­никающее поле, вычисленное из точной теории [3], кривая / пока­зывает поле, вычисленное с исполь­зованием эквивалентной схемы для низкочастотного электрического поля, показанной на рис. 4.2. Точ­ные соотношения теории рассеяния учитывают скин-эффект, который до некоторой степени интегрирует дифференцированный гауссов им­пульс в данном примере. Если оболочка сделана из ферромагнитного материала той же самой толщины, то увеличивается поглощение, об­условленное скин-эффектом. Это приведет к дальнейшему интегриро­ванию кривой /, так что исходная форма импульса, вероятно, будет искажена, но существенно меньше.

Помещение сферы в сильнопроводящую среду значительно умень­шает кажущуюся эффективность экранирования электрического по­ля. Отношение внешнего и внутреннего электрических полей в слу­чае, когда сфера помещена в землю, равно

Е, (<о)/£₀ (о) «(3a/2c„d) (а_в 4-/V>), (4.10)

гдео_д — проводимость, ae._g — диэлектрическая проницаемость почвы. В области низких частот, где токи проводимости превышают токи смещения (о_я > е₀ со), эффективность экранирования уменьшается из-за проводимости почвы:

F (ослабление) = o_g/e₀(o. (4.11)

Обычная сильнопроводящая почва имеет проводимость 10~²; это приводит к уменьшению коэффициента ослабления экранирования при­мерно на 160 дБ в области инфразвуковых частот. В случае морской воды уменьшение эффективности экранирования будет порядка 200 дБ. Форма сигнала внутри та же, что и у приложенного сигнала, когда поглощение из-за скип-эффекта мало. Для подземных устройств особ-бенно важно, что внутреннее ноле зависит от радиуса сферы, а поэто­му большие устройства имеют меньшую эффективность экранирования в области низких частот по сравнению с меньшими устройствами.

Что касается дефектов в экране, то отверстия существенно умень­шают способность к экранированию электрического ноля. Для при­мерно круглого и малого по сравнению с длиной волны отверстия в пластине бесконечных размеров проникновение поля пропорциональ­но кубу радиуса отверстия и уменьшается как куб расстояния от стен­ки [2]. Эти соотношения выражены в сферических координатах

£, = (2£₀i?³/3n/-³)cosO, (4.12)

£_э = (£₀ /Р/Зяг*) sin 0, (4.13)

где г — радиус круглого отверстия; Е_п — внешнее поле, которое пер­пендикулярно стенке; Е_г и £п — компоненты вектора внешнего поля на расстоянии ^от отверстия; 0 — угол между данным направлением и перпендикуляром, проходящим через центр отверстия.

Другой дефект экранирования — несовершенства, связанные со швами. В идеальном случае электрические параметры материала шва должны быть теми же самыми, что и параметры экранирующего материала. Однако если конструкция тщательно не контролируется, часто материал шва имеет значительно большее сопротивление, чем соответствующее сопротивление материала стенки. В результате когда на внешней части экранирующей конструкции протекают токи, на швах происходит относительно высокое падение напряжения, которое создает относительно интенсивное поле вблизи шва внутри камеры. Падение напряжения на таких швах может быть важным источником проникновения напряжения, когда применяют многоточечную систе­му заземления, использующую экран как часть обратного провода за­земления.

Рассмотрим теперь влияние низкочастотного магнитного поля на прямоугольную тонкостенную камеру, сконструированную из сильно-проводящего материала (рис. 4.5). Токи текут по периметру камеры вблизи поверхности, так как соседние петли вихревых токов около центра стенки, перпендикулярной магнитному полю, стремятся ском-пенсироваться и токи с большей плотностью остаются только около краев. Это подтверждено расчетами по теории рассеяния 12], исследо­ванием и экспериментальными данными [1]. Так как наибольшие токи протекают ближе к поверхности по периметру внешней части камеры, конструкцию можно рассматривать как короткозамкнутый виток или

Поперечное

рамочную антенну с индуктивностью L и сопротивлением /?. Перемен­ное магнитное поле наводит напряжение в короткозамкнутом витке, которое пропорционально частоте приложенного магнитного поля. При очень низких частотах ток витка пропорционален наведенному па-пряжению, деленному только на сопротивление витка, так как реак­тивный член в этом случае мал. Поскольку это очень низкочастотный ток, а возбуждающее поле сдвинуто по фазе на 90°, то происходит не­большая компенсация или отражение приложенного поля. Когда час­тота или скорость изменения магнитного поля во времени увеличивает­ся, индуктивное сопротивление витка начинает доминировать и ток в петле постепенно совпадает по фазе с приложенным полем. С увеличе­нием магнитного поля на внешней части устройства внутри закорочен­ного витка должно происходить некоторое уменьшение поля.

Рис. 4.5. Токи, наведенные на пря- -щ моугольном кожухе перемеппым маг­нитным полем [1]

H;(tH№

Рис. 4.6. Эквивалентная схема, харак­теризующая эффективность экраниро­вания магнитного поля сферой [1J

,/

При дальнейшем росте частоты магнитного поля основным механиз­мом экранирования становится скин-эффект, и проникающее поле сно­ва уменьшается.

Так как концентрация токов до некоторой степени локализована, проблему магнитного экранирования можно упростить, если предпо­ложить однородиое распределение тока по внешней части камеры. При таком допущении для вычисления эффективности экранирования в низ­кочастотной области можно применить приближение однородности то­ка [I]. Кроме того, это приближение применимо не только для камер ^со сплошными стенками, но также и для камер сетчатого типа.

Путем строгого анализа [1,3] можно показать, что схему, представ­ленную на рис. 4.6, можно использовать для аппроксимации свойств магнитного экранирования типичных экранов в низкочастотной обла­сти. Эффективность экранирования на низких частотах для сферичес­кой камеры есть

т («)/#„ и=*,/(*. и- м.). (⁴- ^{1 4}>

где 8 > d. Для одновитковой катушки последовательное сопротивле­ние будет

R_a = 2n!Ma_a, (4.15)

„,пая индуктивность
а последователе*,

(4.16)

L_s = 2яЦо а/9.

v частот надо рассмотреть скип-эффект, и соотношение Для болыцИ*_поИВеденное ниже, имеет место, когда глубина скин-экранирования, '.Г _{но с} толщиной стенки: слоя мала сравн^и

ff_t (©)/Я₀ (о) = 3 J/2 fa ехр (- did)! а, (4.17)

%о материала стенки. qieppoMarHHTHOii^ _{[х цилИН}др_Ических экранов формулы экранирова-Для бесконе _кн jgj q_{hh П}р_ивед_{ены в} табл. 4.1 как для случая Таблица 4.1

l/2/couo; Иг—относительная магнитная проницаемость где d > б; б«V.;_лт^р_Иала стенки.

ния очень по?

к цилиндрических а _х0жи [51. Они приведены

Н;(Ю)///«(0))

tt-Л для бесконечных тонкостенных цилиндрических
Значения Я$(а>)/#о1⁰''
экранов [5] __________ -

Напраяление ноля относительно ocii цилиндра

Частота

/Vou-flo-a a d

Продольное

1-

Низкая (S~pd)

2> 2 jx_re exp (—d/6> 1

¹ + V [(Иг—l)*<*/M-l-i (<m₀aad/2) iVl ц,6 ехр (— а/д)/а

Высокая {d"pS) Низкая (6>d)

Высокая (d3>8)

с толщиной стенки, скин-слоя мала сравни-

те глубина скин-слоя сравнима
низких частот, ^Г/"_{ыС0КИХ ча}стот, где глубина ски
так и для случая _стенки. Магнитное поле направлено вдоль или по-
тельно с толщин эффективности высокочастотного экранирования
перек оси цилийДР^ за исключением небольшого множителя, почти
в этих ^{соотношеН} _вн'_ости> полученной для сферического экрана. Но
идентичны эффек _тного' экранирования, где используют ферромаг-
в случае низкочя^ дополнительное экранирование получается из-
нитные стенки ^ка'_аения /дивертировапия), экранирующая стенка стре-
за механизма ⁰¹* _оТОрую часть внешнего магнитного потока от внут-
мится отвести ^неД_{анаК0 П}ока не используются материалы с очень вы-
реннеи области. '_{ью для} достаточно толстой стенки, пет какого-либо
соком проницаемо _{аниИ оТ} эффекта отведения. Этого эффекта нет

выигрыша в экра _{да маг}нитное поле параллельно оси цилиндра.
и в том случае, _магнитного экранирования 46-см алюминиевой обо-
Эффективность „_трнки п. 16 см существенно отличается от экрани-
лочкой с толщиной стьнлп з 1

роваиия этой оболочкой электрического поля (рис. 4.7). При очень
низких частотах экранирование внешнего магнитного поля не умень­
шается. Низкочастотная эквивалентная схема моделирует свойства
экрана до тех пор, покг частота не достигнет примерно 100 кГц. От­
клонение возникает из-за дополнительного экранирования, обуслов­
ленного скии-эффсктом.
120\ ------------ Так как интересно проникно-

Частота, Гц

вение переходного поля, то про­следим временную зависимость магнитного поля, проникающего в центр сферы. Значительное упрощение с малой потерей точ­ности можно реализовать для широкого класса форм импуль­сов, если применить эквивалент­ную схему, показанную на рис. 4.6. Сравнение приближенной характеристики, полученной из упрощенной эквивалентной схе­мы, с характеристикой, основан­ной на точной теории рассеяния, показано на рис. 4.8.

Рис. 4.7. Эффективность экранирования магнитного поля для алюминиепой сфе­ры при действии синусоидального сиг­нала: -------- — основано на результатах теории рассеяния;--- О---- — вычислено по методу короткого замыкания;--- <— — форма, приня­ тая для упрощенного анализа переходного процесса

Проникшее магнитное поле имеет форму экспоненциально нарастающего и спадающего по­ля. Временное зависимости внут­ренних полей, вычисленные из приближенной схемы с сосредо­точенными параметрами [1] или из точной теории рассеяния [3], фактически совпадают (рис. 4.9), за исключением начальной части времени нарастания. Максимальная амплитуда проникшего поля пропорциональна интегралу от прило­женного магнитного поля по времени или длительности импульса.

Основываясь на характере изменения проникшего магнитного поля, легко вывести некоторые упрощенные соотношения, которые приближенно описывают переходные характеристики реакции идеаль­ной совершенной экранирующей камеры на нестационарное облуче­ние. Если экран достаточно хорошо сконструирован, длительность внешнего магнитного поля должна быть короткой по сравнению с постоянной времени экрана L/R. В этом случае, если пренебречь скин-эффектом, можно показать, что максимальная напряженность внут­реннего магнитного ноля будет

Время нарастания t_r при б > а равно длительности импульса Г, — 7\. Спад после максимума поля определяется экспоненциальной функцией

(4.19)

Н_и (О dt exp

-г*-«

L,

H_i(Ot_y)=-

Время,

т,

Рис. 4.8. Интенсивность магнитного поля при больших временах в центре алюминиевой сферы радиусом 46 см и толщиной стенки 0,16 см [1], где //₀(0=ехр — (г/2г0²/(120я.):

I — ii=48 мке, L— «-приближение; 2 — /.—48 мке, точная теория рассеяния:
3 — /, = 12 мке. /.—«-приближение: 4 — <i=12 мке, точная теория рассеяния.
------- — / и 2 или 3 и 4; —----- только 1 или только 3

2,5-

< ■о -	2,0
	1,5
	1,0

3,0

ехр-Гг/л/ - ^Н°^Ю 120я
1 j	42
/ /	3
\^Л	F	I

100 150 200

1-150 -100 -50 0 50 Время, мке

(4.18)

Тг

R»

^ (макс)—тЧ "Af)dt,

Г,

где Т₂ — 7\ — примерная длительность действия приложенного поля. 108

Рис. 4.9. Увеличенное изображение рассмотренной- ранее временной зависимости напряженности магнитного поля в центре алюминиевой сферы радиусом 4G см и толщиной стенки 0,16 см для малых времен при действии гауссова импульса [1]:

/ _ /, = 48 мке, L—«-приближение; 2 — t, =48 икс, точная теория рассеяния; 3 — /, = 12 мке, /-—«-приближение; 4 — /,-12 мке, точная теория рассеяния

Рассмотрим влияние скин-эффекта на время нарастания. Для очень короткого импульса время нарастания определяется как

4 = (Л/2,7)² яац, (4.20)

где ц. и б — проницаемость и проводимость материала стенки. Поэтому приближенно время нарастания определяется наибольшим из значе­ний t_s или 7_а — Т\.

Используя приведенные соотношения, можно приближенно вычис­лить скорости нарастания проникающего магнитного поля в зависи­мости от формы импульса магнитного поля вне камеры. С помощью этих соотношений скорссть изменения магнитного поля во времени внутри идеальной камеры можно использовать для оценки наводки на различные цепи внутри камеры. Размещение под землей не очень силь­но влияет на проникновение магнитного поля и поэтому не рассматри­вается. Единственное исключе­ние — это случай, когда земля содержит магнитные компонен­ты, например магнитные руды. Однако увеличение проницаемо­сти в наиболее типичных ру­дах таково, что этот эффект несуществен.

Рис. 4.10. Количественное сравнение эф­фективности экранирования камер со сплошными и ячеистыми стенками, имею­щих одинаковую эффективность низко­частотного экранирования [Г

Для анализа поведения ка­мер сетчатого типа сначала по­лучили эквивалентную схему. Было найдено, что такие каме­ры можно сконструировать пу­тем сварки стержней в виде больших витков. Очевидно, что камера, созданная из очень боль­ших витков, но электрически изолированных друг от друга в точках пересечения, имеет высо­кую эффективность экранирования только на низких частотах. Если длина окружности витка сравнима с длиной волны, то структура пол­ностью неэффективна для экранирования. В случае экранов или камер из стержней, сваренных г> точках пересечения, аппроксимацию экрана эквивалентной схемой можно использовать для точного предсказания свойств камеры в низкочастотной области. На рис. 4.10 показано ка­чественное сравнение характеристик камер со сплошными и ячеистыми стенками, имеющих одну и ту же низкочастотную эффективность экра­нирования. В низкочастотном диапазоне, где глубина скин-слоя зна­чительно больше, чем толщина стенки, их поведение весьма анало­гично. Однако на высоких частотах, где толщина стенки больше глу­бины скин-слоя, экспоненциальное ослабление, обусловленное скин-эффектом для камеры со сплошными стенками, быстро улучшает ее свойства до той частоты, где камера, сваренная в точках пересечения стержней, неэффективна.

В случае малых отверстий в экране со сплошными стенками маг­нитное поле проникает так же, как проникает электрическое поле че­рез электрически малые отверстия (т. е. их размеры малы по сравне­нию с длиной волны) [2]. Если отверстие примерно круглое и имеет средний радиус /?, а камера велика, то поля в непосредственной бли­зости от отверстий можно рассчитать так:

И_т = 4tf³ Я₀ sin Ф sin е/Здг³; (4.21)

Я_ф = 2Й³/Зяг³, (4.22)

Н_в = (2R²/3nr³) Но sin ф cos 0, (4.23)

где Но — касательное магнитное поле вне камеры; г — расстояние от центра отверстия до рассматриваемой точки измерения; _Ф и 0—соот­ветственно азимутальный угол относительно И₀ и полярный угол от­носительно нормали к отверстию.

Область частичного насыщения

I

Ослабление

ненасыщенным

материалом

Материал полностью насыщен

[да> —

Возбуждение

Рис. 4.11. Влияние отверстий в экра­не на экранирование: ' — идеальный экран; 2 — малое отиерстне; 3 — большое отиерстис; 4 — резонансное отверстие

Рис. 4.12. Ослабление, вызванное скин-эффектом, в зависимости от уровня возбуждения

Для камеры со сплошными стенками влияние небольшого отверс­тия в стенке уравновешивает рост эффективности экранирования с частотой. Для большего отверстия это уравновешивание происходит при меньшей частоте. Форма проникающего поля аналогична форме внешнего поля при условии, что отверстие электрически мало. С ростом частоты отверстие становится резонансным образом согласованным с внешним полем обычно для СВЧ И.™ в микроволновой области, и по­этому проникновение увеличивается. Такое резонансное проникнове­ние и поведение камеры при внутреннем резонансе, а также качествен­ное поведение большой и малой дырок в стенке экрана показаны на

рис. 4.11.

Из-за нелинейного поведения большинства ферромагнитных мате­риалов существуют особые проблемы для ферромагнитных экранов. Нелинейность возникает вследствие зависимости проницаемости стали от намагничивания, а во многих случаях и от предыстории материала. Типичные проницаемости находятся в пределах от ~- 100 для холод­нокатаной стали до ~ 10* для более экзотических материалов, таких,

Ш

как хайперном, Ослабление магнитного поля есть экспоненциальная функция корня квадратного от проницаемости:

Hi (<о)/Я₀ (со) = 3 УЪ\м ехр (— d/Щ/а, (4.24)

где d > 6; 6 - УЩщЬ.

Таблица 4.2 Свойства материалов с высокой проницаемостью

	По	гок пасы-	Проводимость.
Материал	щения, Вб/м^2		* мОм/м
Отожженная сталь		2,1		10,0
«Хайперном» (гипергюм—магнитный материал)		0,75		1,6
«Хайперник» (железо-никелевый магнитный сплав)		1,6		2,0
(гиперник, гайперник)
«Хайперко» (гайперко, гимерно-магнитный сплав)		2 42		4,0
45 Пермаллой*		1,6		2,2
78 Пермаллой		1,07		6,3
4—79 Пермаллои		0,87		1,8
Супермаллой		0,8		1,7

* Аналогичные свойства имеют Никалой, 4750 сплав, Карпенгср 49 и Армко 48.

Из характерной зависимости проницаемости от степени намагни­чивания видно, что проницаемость увеличивается от исходного значе­ния до максимального, а затем, когда материал становится насыщен­ным, снижается до очень малого значения (рис. 4.12).

Было показано, что характер экранирования тонкостенных мате­риалов с высокой проницаемостью зависит от интеграла приложенного магнитного ноля по времени [6—9]. Если этот интеграл превышает не­которое значение, то может произойти «прокол», внезапное уменьше­ние экранирования, вызванное насыщением. Этого можно избежать, взяв достаточно толстый материал, чтобы предотвратить насыщение экрана. Для материалов с высокой проницаемостью, возбуждаемых синусоидальным током, глубину проникновения насыщения можно приближенно выразить формулой

p = (l/a)VA/oBJa, (4.25)

где р — глубина проникновения насыщения, м; А — амплитуда пико­вого тока, А;<т — проводимость, 1/(Ом-м); B_s — плотность потока на­сыщения, Вб/м²; / — частота, Гц; а — внешний радиус экрана, м. Аналогичное приближение можно использовать для импульсов

р - (Q/naBsd)¹'², (4.26)

где Q — интеграл по времени от поля, созданного током; J / (/) dt, ко­торый представляет собей ток на поверхности экрана; р характеризует минимальную толщину стенки.

В табл. 4.2 показаны типичные плотности потока насыщения и про­водимость материалов с высокой магнитной проницаемостью. 112

Из-за швов (трещин) в стенке камеры уменьшается эффективность магнитного экранирования, подобно уменьшению эффективности экра­нирования электрического поля. Идеально швы должны обладать теми же самыми электрическими параметрами, что и остальная сплошная экранирующая стенка. Если имеются высокоомпые швы, но нет отвер­стий, то суммарный эффект сводится к увеличению последовательного сопротивления, приведенного в уравнении (4.14). Это ведет к смеще­нию точки, где эффективность экранирования начинает увеличиваться со скоростью 6 дБ на октаву. Если внутри экрана применена многото­чечная система заземления и точка заземления для одного оборудова­ния находится на одной стороне шва, а для другого оборудования — на другой, то сопротивление шва может определять введение нежела-. тельных напряжений в это оборудование. В таком случае нельзя при­менять обычные формулы экранирования. Например, очень высокий внешний ток может создавать очень большое падение напряжения на высокоомном шве. Однако из-за присутствия аппаратуры в простран­стве электрическое поле внутри экрана можно измерить лишь на неко­тором расстоянии от шва и неточно отразить падение напряжения на самом шве.

Конструкция экрана

Общая часть. Выше были обсуждены идеализированные характе­ристики экрана. В некоторых примерах были рассмотрены модели различных несовершенств и их влияние на общую эффективность экра­нирования. Одлако на практике всегда нужно учитывать влияние сле­дующих факторов: узлов (сварных или соединенных болтами), дверей, прокладок, отверстий и экранов, кабельных вводов и, если требуется, возможных механических воздействий на оболочку.

В прошлом возникали разногласия при выборе вида конструкцион­ного материала для стенок экрана. Использовали сплошной или яче­истый материал. Однако следует иметь в виду что стоимость материа­ла стенки является неосновным фактором в общей стоимости сравни­ваемых камер. Наибольшие затраты связаны с контролем различных несовершенств, вводов или конструкционных деталей, относящихся к оболочке. Для заготовок или готовых камер большая часть цены опре­деляется спросом и предложением на эти изделия.

Исследования показали, что когда масса не является определяю­щей в стоимости, наиболее дешевый экранирующий материал — холод­нокатаные стальные листы. Заготовки камер имеются как в виде ре­шеток (сеток), так и в виде сплошных стенок. Хотя стоимость камер со сплошными стенками несколько больше, но их экранирующие свой­ства в принципе лучше.

Сборка и изготовление. Часто начинающие специалисты хотятскон-струировать свои собственные экранирующие камеры. Это может быть успешно осуществлено при умеренных требованиях к экранированию: порядка 30—50 дБ. Довольно часто для таких камер используют либо медные экраны, либо гальванически покрытые (после оборачивания вокруг арматуры) ткани, либо металлическую фольгу. В самых деше-

вых видах конструкций широко используют некоторые типы прижим­ных контактов в местах соединений, созданные обычно путем сгиба и соединения внахлест экранирующих сеток или фолы и прибивания сгибов к деревянному каркасу.

Однако со временем свойства такого шва ухудшаются, возникают продукты коррозии, которые очень сильно увеличивают его сопротив­ление. Если нет вибрации и шов не напряжен, эту проблему можно решить, спаяв шов, в других случаях требуется сварка.

Когда необходима более высокая надежность, следует приобретать полуфабрикаты в виде панелей. Их можно получить на многих пред­приятиях и соединить болтами. В зависимости от числа и степени на­тяжения болтов при сборке экранирующие свойства таких камер по­рядка 60—80 дБ. Они сохраняются в течение длительного времени с учетом влияния продуктов коррозии на швы.

Наиболее надежный метод конструирования камеры с высокими га­рантированными свойствами — сварка. Для экранов с очень хороши­ми свойствами характеристики шва должны быть аналогичны харак­теристикам стенки. Наилучшие результаты дает сварка в инертном газе. Типичное экранирование хорошо изготовленной полностью свар­ной камеры превышает 100 дБ.

Сталь, обычно используемая для экранов больших строений, по­ставляют в виде рулонов или больших панелей. Удовлетворительные свойства камер из соединенных болтами заготовок можно получить при толщине листов, не превышающей 25-й калибр*. Листы толщиной от 10-го до 12-го калибра применяют для экранирования больших строе­ний. Хотя такое дополнительное увеличение толщины не обязатель­но для большинства требований, выдвигаемых воздействием ЭМИ, оно позволяет удешевить конструкцию в целом, так как более толстую сталь значительно легче сваривать и соединять.

Большинство свойств камеры определяется дефектами, которые часто возникают при сборке. Поэтому, безусловно, важно обеспечить тщательный контроль процесса сборки. Если защищаемые строения содержат очень чувствительное оборудование, нужно применять спе­циальные методы проверки швов, включая обработку флюсом и ультра­звуковой контроль. После сборки можно использовать различные электромагнитные методы проверки. Наиболее удобен, особенно сразу после изготовления, метод «обнаружения трещин». Используя ме­тоды кратных частот, приведенные в стандарте N° 299 IEEE [10], можно установить, удовлетворяет ли камера общепринятым техниче­ским условиям.

Двери. Основное ухудшение экранирующих свойств идеализиро­ванной камеры происходит вблизи двери. "Поэтому необходимо обеспе­чить электрическую непрерывность между дверью и остальной частью камеры. Подходящим решением для дверей и люков, которые часто открываются и закрываются, является присоединение к двери упругих «пальцеобразных» контактов (штифтов), сделанных из гибких латун­ных стержней, которые соприкасаются с фиксированным выступом на

* По сортаменту стальных листов, используемому в США. — Прим. пер. 114

оболочке. Контакт должен быть установлен так, чтобы соприкосно­вение происходило при открывании и закрывании двери или люка. Поверхность, которой касается штифт, лудят или покрывают соот­ветствующим веществом для уменьшения коррозии, а также для обес­печения высокой электропроводности. Для большей надежности часто используют несколько рядов таких контактов. Однако часто контакты не защищены от механических воздействий и их трудно установить так, чтобы не повредить при транспортировке грузов через дверь; кроме того, возможно их загрязнение пылью и изнашивание. Чтобы избе­жать этого, следует поместить штифт в скрытый паз. Можно заказать патентованные двери, конструкция которых является собственно­стью изготовителей, где такие контакты не используют. В них высокая проводимость соединений достигается с помощью пневматических средств или гидравлически созданного давления.

В некоторых случаях, когда проникновение высоких частот не является определяющим, для эффективной защиты от низких частот можно использовать волновод (длинную трубу) па частотах ниже гра­ницы пропускания по частоте (частоты отсечки). Дверь заменяется длинной металлической трубой с отношением длины к диаметру поряд­ка трех и более. Когда диаметр больше половины длины волны или равен ей, волновод пропускает энергию более коротких длин волн. Когда полуволна превышает диаметр, волновод значительно ос­лабляет проникающие поля. Если рассматривать двери, через ко­торые относительно свободно может проходить человек, как волновод на частотах ниже границы пропускания, то экран будет обычно про­пускать частоты свыше 50 МГц. Этот специфический подход также полезен для механических вводов, где не требуются отверстия диа­метром значительно больше 5 см. Надо учесть, что внутри волновода не должно быть других металлических проводников, включая воздухо­проводы, водопроводные трубы или цепи сигнализации и освещения. Прокладки (уплотнения) и швы. Возможное окисление между про­водящими металлическими листами, использованными при изготов­лении экранов, уменьшает эффективность экранирования. Поэтому если швы созданы путем соединения голых металлов, необходимо обес­печить чистоту поверхности на этом участке. Наиболее удобны мате­риалы, которые могут несколько деформироваться и не корродировать. К ним относят чистое олово, золото, палладий, платину и серебро. Часто можно использовать цинк и обычный кадмий или другие мате­риалы с очень тонким золотым покрытием. Легко окисляемые металлы, такие, как алюминий и железо, непригодны; очевидно, что анодирован­ный алюминий полностью исключает электропроводность при прижим­ном контакте. Почти не существует проводящих смазок. При создании контакта между голыми металлами соприкасающиеся поверхности должны находиться под одинаковым давлением. Часто это делается с помощью рядов болтов. Типичное давление ~ 16 г на см длины. Как отмечалось ранее, давление, созданное болтами, уменьшается со временем. Эпизодически необходимо подтягивать болты, и через не­которое время может потребоваться разборка экрана, чтобы удалить продукты коррозии.

№

Часто, чтобы улучшить ситуацию, применяют электромагнитные уплотнения. Они представляют собой куски гибкого проводящего ма­териала, который прилегает к неоднородностям, связанным со швами, петлями или деталями соединений. Л1атериал прокладок и смежные соединяемые поверхности не должны корродировать.

Дальнейшую информацию, относящуюся к прокладкам и методам их испытания, можно найти в библиографии к гл. 5.

Дата добавления: 2015-05-07