Магнитной связи в аппаратуре

1) максимально разносить цепи ИН и ПН;

2) компоновать по возможности цепи ПН в плоскости, параллельной направлению воздействующего на них помехонесущего магнитного потока.

3) Уменьшать площадь петли между проводами от источника наводки к приемнику наводки.

Конструктивно это выполняется следующим образом:

1 – укладкой изолированного провода на корпус или шасси изделия:

2 – применением отдельного обратного земляного провода (устраняется кондуктивная связь через общий участок);

– скручиванием прямого и обратного проводов – происходит взаимная компенсация магнитных полей;

– малая магнитная связь обеспечивается и применением коаксиального кабеля – провод расположен концентрично внутри оплетки, чем и обеспечивается малое h.

Отметим, что наиболее чувствительны и соответственно к ним предъявляются жесткие требования по искажению передаваемых сигналов, цепи цифровой обработки сигналов. Дело в том, что информация может быть заложена как в кодовую последовательность передаваемых импульсов, так и параметры отдельного импульса.

Кроме приведенных мер по ослаблению влияния магнитной связи применяют экранирование.

Экранирование заключается в локализации электромагнитной энергии в определенном пространстве.

Виды экранирования:

- электростатическое – для подавления электрической составляющей поля помехи;

- магнитное – для подавления магнитной составляющей;

- электромагнитное – для подавления обоих оставляющих.

Электростатическое экранирование – основано на замыкании электрического экрана (паразитной емкости) на шину с нулевым потенциалом (корпус, “землю”).

Помещение экрана между точками А и В приводит к замыканию емкостей С1 и С2 на “землю”, а емкость Спар уменьшается до С′пар за счет увеличения длины силовых линий между точками А и В.

.

Эффективность экранирования ЭСП не зависит от толщины и металла экрана, т.к. токи весьма малы. Марку металла и толщину выбирают исходя из удобства изготовления (δ=0,4…0,5 мм). Часто экраны выполняются в виде тонкого слоя металлизированного диэлектрика, каркаса катушек индуктивностей. В трансформаторах межобмоточный экран соединяется с землей – обычно материал латунь Л70, Л80, Al+АМЦ.

Эффективность экранирования:

, где

U, I, E, H – напряжение, ток, напряжение электрического поля и магнитного поля в экранируемой области до введения экрана.

В технике проводной связи в неперах: В=lnЭ=0,115 А.

В радиотехнике (экранное затухание) в децибелах: А=20lgЭ=8,7 В.

Магнитное экранирование – для защиты от постоянных и медленно меняющихся магнитных полей частотой 0…3 кГц. Экраны изготавливают из ферромагнитных материалов (пермолой, сталь, ферриты). Толщина экрана 0,5…1,5 мм.

Силовые линии магнитного поля помехи Н замыкаются в основном в толще экрана, который должен обладать малым магнитным сопротивлением и лишь частично попадают внутрь экрана. Этот вид экранирования называется магнитным шунтированием. Эффективен на низких частотах и постоянном магнитном поле.

Основные требования:

▪ магнитная проницаемость материала должна быть высокой (например, применение пермолоя с μ=5000 вместо стали (Fe, Ni) повышает эффективность экранирования в 3…5 раз);

▪ стыки, швы в экране должны размещаться параллельно силовым линиям магнитной индукции;

▪ заземление экрана не влияет на эффективность магнитного экранирования;

▪ увеличение толщины стенки повышает эффективность экранирования, но это увеличивает массогабаритные характеристики.

Электромагнитное экранирование применяют на частотах f>3 кГц. Экраны изготавливают как из ферромагнитных, так и немагнитных материалов.

Рассмотрим одну из особенностей этого вида экранирования. С ростом частоты растет величина вихревых токов в материале экрана и наблюдается вытеснение внешнего поля помехи полями вихревых токов.

Глубина проникновения токов наводки в стенку экрана зависит от частоты и определяется поверхностным эффектом (скин-эффектом).

Величина тока наводки изменяется по сечению стенки в соответствии с экспоненциальным законом:

, где (1)

– амплитуда тока помехи на расстоянии х от нагруженной стенки;

– то же на поверхности экрана.

, где (2)

– коэффициент вихревых токов;

– абсолютная магнитная проницаемость, где

– относительная магнитная проницаемость ( – величина безразмерная, характеризует магнитные свойства среды);

– магнитная постоянная;

– круговая частота, 1/с;

– удельное объемное сопротивление, .

Толщина стенки, в которой ток наводки ослабляется, в е раз (е =2,72), т.е. в 1/l ≈0,37 раз толщиной скин-слоя.

Толщина скин-слоя находится по формуле:

, (3)

(вывод из формулы (1)):

.

Если материалы экрана магнитные (сталь, пермолой, ферриты), то при μ>>1, ω=2πf (f – в МГц), то формула (3) примет вид:

, мм.

Для немагнитных материалов: μ=1 (Al, Cu, Mg, Ti) – формула (3) примет вид:

, мм.

По величине скин-слоя можно определить минимальную толщину t стенки экрана, задаваясь величиной ослабления помехи Кэ (Кэ – коэффициент электромагнитного экранирования).

, мм.

Коэффициент электромагнитного экранирования представляют в виде суммы 2-х составляющих: Кэ =Ко + КП, где

Ко – коэффициент отражения помехи;

КП – коэффициент поглощения помехи.

Анализ вклада каждой составляющей в суммарный коэффициент выносим на основании графика:

1. На частотах до 1 МГц преобладает экранирование за счет отражения, и ↑ 1 МГц резко увеличивается вклад поглощения помехи за счет скин-эффекта.

2. Тонкие проводящие пленки толщиной до 0,1 мм обеспечивают высокое ослабление помехи в диапазоне частот до 100 МГц (Кэ = 100…200 дБ). Толщина экрана выбирается из условия обеспечения механической прочности конструкции.

3. наибольший коэффициент электромагнитного экранирования достигается на материалах с малым волновым сопротивлением (Al, Cu, Au, Ag, бериллий, марганец и т.д.).

Экранирование корпусов из пластмасс обеспечивается:

- наклеиванием фольги из металла на боковые поверхности;

- нанесением тонких проводящих пленок (4 – 5 мкм) на поверхность корпусов РЭС термовакуумным напылением или химическим осаждением меди.

Фильтрация

Фильтрация – основное средство ослабления кондуктивных помех, создаваемых в цепях питания и коммутации постоянного и переменного токов РЭС.

Фильтр электрический – устройство, предназначенное для разделения электрических колебаний различных частот.

Помехоподавляющий фильтр из спектра поданных на вход электрических колебаний выделяет (пропускает на выход) колебания в заданной области частот (полоса пропускания) и подавляет (ослабляет) все остальные составляющие.

Сглаживающие фильтры – для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

Фильтры нижних частот – пропускают колебания с частотой не выше некоторого граничного значения; фильтры верхних частот – пропускают колебания с частотой выше некоторого граничного значения.

Полосовые фильтры – пропускают колебания в конечном интервале частот.

Применяются фильтры в РЭС, работающих в условиях “полезный сигнал – помеха” на частотах от долей Гц до сотен МГц.

Эффективность фильтрации определяется вносимым затуханием фильтра:

где и – напряжение и ток нагрузки в исходном состоянии;

и – напряжение и ток помех на нагрузке в цепи с фильтром.

Помехоподавляющие элементы и фильтры РЭС

▪ Конденсаторы – типа К73-21; К53-1А; К10-44 и т.д. – применяют как самостоятельные помехоподавляющие элементы и как параллельные звенья фильтров. Их основная характеристика – зависимость индекса конденсатора от частоты. Частотный рабочий диапазон – до 1000 МГц.

▪ Индуктивные элементы – конструктивно это дроссели витковые на ферромагнитном сердечнике и безвитковые. Применяются как самостоятельные элементы подавления помех, так и последовательные звенья фильтров помехоподавления.

▪ Фильтры – керамические проходные – построены на основе дисковых многослойных керамических конденсаторов и безвитковых ферромагнитных дросселей. Рабочий частотный диапазон – до 10 ГГц. Габариты: диаметр – 20 мм, длина l – 30 мм.