Экранирование как средство защиты от электромагнитных помех. Принцип действия экранов, материалы и конструкция

Экранирование служит для ослабления электрических, маг­нитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на эле­менты, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и элект­ронных промышленных средств и устройств помехи, обуслов­ленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е₀, Н₀ воздейст­вующего поля до значений Е₁, Н₁ за экраном (рис. 5.34). Физи­чески экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, после которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источ­ника.

Рис. 5.34. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и маг­нитных полей:

а —принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б — граница меж­ду условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей.

На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная прони­цаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания α_SA обусловленный поглощением), а частично - отражением па­дающей волны (коэффициент затухания α_SR, обусловленный отражением). Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как

α_S=20lg (E₀/E₁)

или же

α_S=20lg (H₀/H₁)

т.е. α_S состоит из двух компонентов:

α_S= α_SA+ α_SR

При этом не учитываются многократные отражения от стенок экрана и помещения.

Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и свойствами его материала: удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной линии.

Зависимость результирующего коэффициента α_S от частоты при наличии магнитного поля для ближней зоны представлена на рис. 5.35. Эта зависимость получается суммированием α_SA и α_SR в соответствии.

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно мо­жет быть оценена следующим образом. Если α_S не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < α_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Рис. 5.35. Принципиальные зависимости коэффициентов:

α_S = α_SA + α_SR (1), α_SA (2) и α_SR (3) от частоты для магнитного поля в ближней зоне

Рис. 5.36. Принципиальные зависимости коэффициентов затухания от частоты для электромагнитного поля в дальней зоне и для электрического в ближней ионе:

1 — α_S = α_SAα_SR ; 2 — α_SA; 3 — α_SR для электромагнитного поля в дальней зоне; 4 -α_SR для электрического поля в ближней зоне.

Для многих случаев достаточно, если 30 < α_S < 60 дБ. Ели 60 < α_S < а₅ < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < α_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранировании.

Принципиально следует иметь в виду, что эффективность экранирования зависит от наличия дефектов и отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и оконных проемов, кабельных вводов и отверстий для элементов обслужи­вания и сигнализации), а также то, что внутри экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты, так как любой корпус прибора с проводящими стенками можно рассматривать как объемный резонатор.

Материалы для изготовления экранов.

Для экранирования используют как немагнитные металлы, чаще всего медь, так и ферромагнитные материалы. Экраниру­ющее действие известных немагнитных материалов (μ_r = 1, ε_r = = 0,6-1) происходит из-за магнитных полей, созданных вихре­выми токами. При этом постоянное магнитное поле совсем не экранируется, а низкочастотное переменное ослабляется не­значительно. Напротив электрические поля такими экранами демпфируются очень хо­рошо. Экраны из ферромагнитных материалов (μ_r» 1, ε_r <.1) ослаб­ляют электрические поля в области низких частот хуже, чем экраны из немагнитных, однако, в отличие от последних, они вызывают определенное ослабление постоянных магнитных по­лей. С повышением частоты демпфирующее действие в отноше­нии и электрических, и магнитных полей возрастает.

Имеются различные экранирующие материалы и устройства, поставляемые в различных формах, в зависимости от решаемых задач. Это:

прикрепляемые болтами пластины и привариваемые тонкие стальные и медные листы для изготовления экранированных корпусов и для покрытия стен помещений;

тонкая легкоразрезаемая и деформируемая фольга из мягко-магнитных сплавов с высокой магнитной проницаемостью для изготовления образцов и серийных приборов; -|

металлические ленты и оплетки для кабелей; |

металлические плетеные шланги для дополнительного экранирования кабелей и кабельных жгутов;

металлические сотовые структуры для воздухопроницаемых экранирующих элементов (например, для экранированных ка­бин);

металлические сетки, проводящая прозрачная фольга и стек­ла с напыленным металлом для окон при комплексном высоко­частотном экранировании;

наносимые на пластмассовые корпусы распылением серебря­ные, никелевые или медные покрытия;

пластмассовые комбинированные материалы с проводящими добавками (металлическим порошком, нитями, например, из углерода и т.п.) для изготовления экранированных корпусов.

Здания, массивные строительные сооружения без особых мер защиты ослабляют внешние поля на 6-10 дБ, железобетонные со сваренной стальной арматурой - до 25-30 дБ.

Для обеспечения экранирующих свойств корпусов, кабин и по­мещений часто неизбежные вводы, щели, стыки стен, дверные проемы и другие элементы, прозрачные для высокочастотного излучения, уплотняются. Соответствующие уплотнения долж­ны гарантировать непрерывность вихревых токов, индуктиро­ванных полем. Поэтому они должны быть изготовлены из хоро­шо проводящих и механически формируемых материалов, до­статочно устойчивых к функционально обусловленным воздей­ствиям и окружающим условиям, обладать по возможности ма­лым контактным сопротивлением с соприкасающимися метал­лическими конструктивными элементами.

Находят применение и другие уплотняющие материалы и из­делия:

эластомеры с добавками, обеспечивающими достаточную элек­тропроводность, на основе силанового каучука в виде пластин, кольцевых шнуров, трубок. В качестве наполнителей использу­ют углерод, никелевые или серебряные частицы, посеребрен­ный медный, никелевый или стеклянный порошок, посеребрен­ную алюминиевую пудру;

полностью металлические плетеные изделия в форме чулка, круглых или прямоугольных прокладок, двойных прокладок с эластомерным сердечником или без него для уплотнения, например, прикрепляемых болтами крышек, стенок корпуса;

проволочные оплетки, пропитанные эластомером, например, для уплотнений электрических соединений;

пластины из силиконового каучука, содержащие перпендикулярно расположенные к поверхности металлические нити;

пружинящие устройства из бериллиевой бронзы для уплотнения дверей;

Дата добавления: 2014-01-06