Лекція 18

ЕЛЕКРОМАГНІТНЕ ЕКРАНУВАННЯ

Фізичні процеси при екрануванні. Основні формули екранного загасання.

Електромагнітні паразитні поля можуть створюватися як зовнішніми по відношенню до РЕЗ джерел випромінюваннями, так і внутрішніми. До числа внутрішніх ІП можна віднести гетеродини, трансформатори, дроселі, котушки індуктивності та ін..

Екрануються взагалі як пристрої що є джерелами перешкод, так і ланцюги чутливі до зовнішніх полів.

Розглянемо плоску електромагнітну хвилю, що падає нормально на металевий екран.

Рисю18.1

При цьому має місце два основних фізичних процеси - процес відображення і поглинання.

Поляризація падаючого поля така, що вектор Е паралельний осі Х. Падаюча хвиля частково відбивається від зовнішньої межі екрану, а частина її проходить в товщину металу. Метал володіє кінцевою провідністю, тому що наводимі в них потоки j викликають нагрів екрану і таким чином енергія проникаючої хвилі частково витрачається на джоулеві втрати. Внаслідок цього, щільність струму, що має максимальне значення на зовнішній поверхні екрану, в напрямку координати Z убуває. Причому за експоненціальним законом:

(18.1)

де j₀ - щільність струму наведеної падаючої хвилею на зовнішній поверхні (Z = 0), к - постійна поширення хвилі в металі або постійна вихрових струмів.

(18.2)

де w, m, s - параметри середовища і частота.

Від внутрішньої стінки екрану хвиля частково знову відбивається частина, що залишилася проникає в екрановані простір.

Таким чином, поле у внутрішній екранованої області ослаблене в порівнянні з тим, яким воно було б при відсутності екрану.

Екрануючої дію екрану кількісно оцінюється відношенням напруженості будь-якої компоненти поля при наявності екрану Н_Е або Е_Е в довільній точці екранованої області до відповідної напруженості поля Н або Е в тій же точці за відсутності екрану.

S < 1. (18.3)

Величина є комплексною і називається коефіцієнтом екранування. Цей коефіцієнт може бути представлений у вигляді двох співмножників:

= _отр * _погл× _{внутр. отр}, (18.4)

де _отр враховує ефект екранування, обумовлений багаторазовим відображенням енергії від зовнішньої і внутрішньої стінок екрана.

_погл - враховує ефект екранування, обумовлений поглинанням електромагнітної енергії в товщі металу.

Отже, модуль коефіцієнта екранування показує яку частину падаючого поля становить поле всередині екранованої області. Ефект екранування оцінюється і в інших одиницях. Так логарифм відношення напруженості поля падаючої хвилі у відсутності екрану до напруженості поля при його наявності в одній і тій же точці екранованої області називається екранним загасанням і виражається в Неперах.

(18.5)

1 Непер - це зменшення амплітуди поля в е раз.

Ефективність екранування визначається співвідношенням:

(18.6)

де Р - щільність потоку потужності падаючої хвилі у відсутності екрану в довільній точці простору, Ре - щільність потоку потужності хвилі при наявності екрану в тій же точці простору.

1 н = 20lg e» 8,67 дБ.

З формули випливає, що екранне загасання може бути виражене у вигляді двох доданків:

В_э = В_погл + В_отр. (18.7)

Це загальна і основна формула екранного загасання.

(18.8)

З теорії розповсюдження радіохвиль в поглинаючому (провідному) середовищі відомо, що загасання поглинання виражається формулою:

(18.9)

Враховуючи експонентний характер затухання поля в металі, можна для кожного металу знайти таке затухання його товщини Z = q при якому амплітуда хвилі проникаючи на глибину q зменшується в е раз. Це значення дорівнює глибині скін-шару.

(18.10)

Глибина проникнення залежить від частоти і від фізичних властивостей металу (провідності і магнітної проникності). Для ідеальних провідників s®¥ отже електромагнітне поле вглиб металу не проникає. Однак для реальних металів, наприклад на частоті 106 Гц глибина скін-шару для алюмінію - 0,086 мм, міді - 0,067 мм.

Залежність екранного загасання поглинання для сталевого та мідного екранів від частоти при товщині Z = 0,1 мм має вигляд:

Рис18.2

Як бачимо, поглинаючі і властивості мідного екрану нижче ніж сталевого. З ростом частоти В_погл зростає. Властивості екранів прийнято оцінювати значенням аргументу KZ. Якщо відношення екран вважається низькочастотним або «тонким».

В цьому випадку для заданих значень частот на фізичній товщині екрану укладається менше одного скін-шару і отже загасання поля буде слабким, менш ніж в е раз. Якщо загасання, екран вважається високочастотним або «товстим». В цьому випадку для заданих значень частот на товщині екрану укладається 5 шарів і більше та затухання буде більш ніж в е⁵ раз.

Область називається проміжною. Для значень товщини екрану до 1 мм «тонкі» екрани охоплюють діапазони частот 0 - 400 Гц.,

«Товсті» - 0,7 МГц і проміжна область - 400 Гц £ f £ 700 кГц. Для розрахунку екранного загасання поглинання на практиці використовують такі формули:

(18.11)

Дата добавления: 2014-01-07