Электронной аппаратуры

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

ПРИМЕНЕНИЕ ЭКРАНОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ

Задача экранирования – ослабление электрических, магнитных и электромагнитных полей в тех областях пространства, где их появление может иметь нежелательные последствия. Для аппаратуры автоматики, обработки информации и связи актуальной задачей является экранирование ее электрических схем от внешних электромагнитных полей, возникающих при работе электроэнергетических установок, радиопередающих устройств или при грозовых разрядах.

Экран в простейшем виде представляет собой металлический лист, устанавливаемый между источником поля и защищаемым устройством. Электрическая компонента поля наводит на поверхности экрана заряды, поле которых компенсирует за экраном внешнее поле, а магнитная составляющая индуцирует в теле экрана токи, магнитное поле которых также направлено навстречу внешнему полю. На эффективность экранирования влияют: конфигурация и размеры экрана, его электропроводность и магнитная проницаемость, а также частота или скорость изменения поля.

Количественно эффективность экрана оценивается коэффициентом экранирования S. Это отношение амплитуды напряженности поля в определенной точке защищаемого пространства при наличии экрана к амплитуде этого поля в той же точке при отсутствии экрана. Для электростатического экрана, в частности,, а для магнитного, где Е ₁ и Н ₁ – напряженности электрического и магнитного полей при отсутствии экрана, а Е ₃ и Н ₃ – при его наличии.

Часто коэффициент экранирования выражается в децибелах. В этом случае

. (6.1)

Расчет коэффициентов экранирования даже для простейшей конфигурации экрана – плоской поверхности в общем случае требует рассмотрения процессов отражения электромагнитных волн от внешней поверхности экрана, преломления волны в экран, затухания волны при прохождении сквозь экран и преломления волны на внутренней поверхности экрана.

Величина, обратная коэффициенту экранирования, называется затуханием поля:

(6.2)

С увеличением скорости изменения внешнего электрического поля растет скорость перемещения наведенных на экран зарядов, а следовательно, возрастает и ток в экране, что увеличивает проникновение поля внутрь экрана. Однако с ростом частоты изменения внешнего поля ω начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что ток в стенках экрана вытесняется на его наружную поверхность, а поле внутри экрана ослабляется. Величина глубины проникновения (скин-слоя) в стенках экрана определяется выражением. (6.3)

Пока толщина стенки экрана меньше толщины скин-слоя, зависимость отношения внутреннего поля к внешнему от частоты имеет вид

(6.4)

При d > δ эта зависимость имеет вид

. (6.5)

Эти формулы показывают, что эффективность экранирования от внешнего электрического поля уменьшается по мере роста частоты до тех пор, пока толщина скин-слоя не станет во много раз меньше толщины стенки экрана. В реальных конструкциях экранов дополнительное снижение качества экранирования с ростом частоты наблюдается из-за наличия различных отверстий и полей на его поверхности. Если экран сделан из магнитного материала, то скин-эффект усиливается, и это улучшает эффективность экранирования. Однако электропроводность этих материалов обычно ниже электропроводности алюминия и меди, что делает последние более подходящими для изготовления электростатических экранов. В ответственных конструкциях поверхность экрана из этих же соображений покрывают тонким слоем золота.