Экранирование - раздел Электротехника, Анализ электромагнитной совместимости Экранирование Является Средством Защиты От Помех Излучения. Оно Может Быть Ис...
Экранирование является средством защиты от помех излучения. Оно может быть использовано для снижения уровня помех, поступающих в окружающее пространство от источников помех, или для повышения помехоустойчивости к помехам излучения рецепторов электромагнитных колебаний.
Принцип действия экрана состоит в том, что он нарушает однородность пространства и создает скачок волнового сопротивления на пути распространения электромагнитной волны. Это приводит к отражению и/или поглощению энергии электромагнитной волны.
Электромагнитная волна является композицией двух составляющих – электрического поля Е и магнитного поля Н, векторы которых сдвинуты по фазе во времени и в пространстве на 90°.
Функциональные узлы и элементы радиоэлектронных средств, в которых имеются большие токи и малые напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля, в которых преобладает магнитная составляющая. Функциональные узлы и элементы радиоэлектронных средств, в которых имеются большие напряжения и малые токи, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием электрической составляющей. В дальней зоне преобладание какой-либо составляющей отсутствует и каждая составляющая переносит всю энергию электромагнитной волны.
В ближней зоне волновое сопротивление воздуха электрическому полю обычно большое, особенно на низких частотах, – оно обратно пропорционально расстоянию от источника поля и частоте. Характеристическое сопротивление воздуха магнитному полю в ближней зоне обычно мало – оно прямо пропорционально расстоянию от источника и частоте. В дальней зоне, где электромагнитная волна считается плоской, волновое сопротивление воздуха постоянно и составляет примерно 377 Ом.
Металлические экраны обладают высокой проводимостью и имеют низкое волновое сопротивление. Когда электромагнитная волна падает на экран, то часть электромагнитной волны отражается от границы воздух/металл, где имеет место скачок волнового сопротивления, но часть проникает в материал экрана и распространяется по нему до следующей границы металл/воздух. Здесь также имеет место скачок волнового сопротивления, и часть энергии электромагнитной волны отражается внутрь стенки экрана, а часть проходит наружу за стенку экрана. Электромагнитная волна в материале экрана испытывает многократные отражения от границ металл/воздух, частично переходя эту границу наружу и частично отражаясь внутрь экрана, и достаточно быстро затухает.
Процесс прохождения электромагнитной волной металлического экрана изображен на рис. 4.1. При попадании электромагнитной волны на поверхность экрана она вызывает на ней поверхностные токи, а при попадании вглубь материала экрана – вихревые токи. Так как экран обладает конечной проводимостью (имеет ненулевое активное сопротивление), то образующиеся токи теряют энергию на активном сопротивлении экрана, которая выделяется в форме тепла. Это явление известно как скин-эффект. Для характеристики этого эффекта используют такой параметр, как толщина скин-слоя. Для плоской синусоидальной волны амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей в металле убывают по экспоненциальному закону. Учитывая этот факт, за толщину скин-слоя принимают толщину металла, при прохождении которой поле убывает в е раз или примерно на 9 дБ. Толщина скин-слоя зависит от проводимости металла, его магнитной проницаемости и частоты поля. Таким образом, в экране наряду с отражением электромагнитной волны происходит ее поглощение.
Величина отраженного поля зависит от отношения волновых сопротивлений воздуха и материала экрана электромагнитному полю. Поскольку в области ближнего поля волновое сопротивление воздуха электрическому полю большое, а волновое сопротивление экрана низкое, то поле легко отражается очень тонкими металлическими экранами на самых высоких частотах, которые требуется экранировать. Иная ситуация имеет место для магнитного поля в ближней зоне. Так как волновое сопротивление магнитному полю в ближней зоне небольшое, то магнитные поля не испытывают большого отражения. Их экранирование больше зависит от поглощения волны в экране. Потери поглощения прямо пропорциональны толщине экрана и частоте электромагнитного поля. Они наивысшие на высоких частотах и быстро убывают с понижением частоты. Трудность экранирования магнитных полей на низких частотах связана с тем, что на этих частотах малы как потери отражения, так и потери поглощения. Чтобы получить хорошую эффективность экранирования, нужна соответствующая толщина металла.
В дальней зоне хорошая эффективность экранирования зависит как от проводимости экрана, так и от его толщины.
Эффективность экранирования определяется ослаблением электрической или магнитной составляющей поля или ослаблением потока мощности поля. Числовое значение эффективности экранирования выражают в децибелах и получают как отношение напряженностей соответствующих полей или плотностей потока мощности в какой-либо точке пространства при отсутствии и при наличии экрана, т. е. KЕ = 20 lg (Е/Еэ), KН = 20 lg (Н/Нэ), KП = 10 lg (Е Н/ЕэНэ) = (KЕ + KН)/2, где KЕ, KН, KП – коэффициенты экранирования по электрическому полю, магнитному полю и потоку мощности соответственно, дБ; Е, Н – напряженности электрического и магнитного полей в отсутствие экрана; Еэ, Нэ – напряженности электрического и магнитного полей в той же точке пространства при наличии экрана.
Основными параметрами материала экрана являются его проводимость, магнитная проницаемость и толщина. Медь и алюминий имеют высокую проводимость. Она, например, в пять раз выше проводимости стали. Поэтому эти материалы очень хороши для экранирования электрических полей. Однако их относительная магнитная проницаемость равна 1, т. е. такая же, как у воздуха. Это не магнитные материалы и не подходят для экранирования магнитных полей на низких частотах, так как потребуется экран большой толщины. Типовые марки мягкой стали имеют на низких частотах относительную магнитную проницаемость около 300, которая убывает до 1, когда частота становиться больше 100 кГц. Высокая магнитная проницаемость снижает глубину скин-слоя на низких частотах, что позволяет на этих частотах сделать экран разумной толщины. Например, на частоте 50 Гц в меди толщина скин-слоя составляет 9.4 мм, а в стали 0.74 мм.
Экранирование в широком диапазоне частот может быть выполнено с использованием многослойных экранов. Например, экран из мягкой стали с напыленным на него чистым цинком слоем в 10 или более микрон может быть использован во многих приложениях. Чистый цинк имеет толщину скин-слоя близкую к алюминию.
На частотах выше 10 МГц теоретически легко получить эффективность экранирования более 100 дБ, используя достаточно тонкие экраны. Однако, на практике эффективность экранирования реальных экранов сильно снижается из-за просачивания полей через даже очень маленькие апертуры (щели) в швах, соединениях, дверях экранированных помещений, крышках и т. п., а также в местах проводки кабелей в экран. Контроль апертур и мест прокладки кабелей – ключ к достижению хороших значений эффективности экранирования. На частотах выше 100 кГц это более важно, чем даже тип или толщина материала, из которого сделан экран. Для повышения эффективности экранирования реальных экранов следует, где это возможно, необходимые или неизбежные апертуры делать как можно меньшего размера. Неизбежные длинные апертуры (крышки, двери и т. п.) следует снабжать проводящими прокладками или другими средствами поддержания непрерывности экрана.
При проектировании и выборе материала для корпуса экрана полезно руководствоваться следующими соображениями:
- эффективность экранирования определяется материалом на относительно низких частотах. На высоких частотах эффективность экранирования определяют апертуры экрана: наличие щелей, отверстий входа/выхода в корпусе экрана, пузыри, раковины в материале экрана и т. п.;
- корпуса, содержащие излучатели, должны обладать максимальными потерями поглощения излучаемых полей;
- корпуса, содержащие рецепторы, должны обладать максимальными потерями отражения падающих полей;
- все соединения в корпусе экрана следует рассматривать как нарушение его непрерывности и принимать меры для специальной обработки швов (стыков), чтобы сохранить целостность экранирования.
Различают три уровня экранирования: уровень компонента, уровень подсистемы и уровень системы в целом.
Если помеху создают только некоторые компоненты системы, то наиболее эффективным подходом является экранирование только тех компонентов или областей, которые создают помеху.
При экранировании подсистем и системы в целом могут быть использованы различные материалы – от проводящей окраски или электролитической металлизации контактных поверхностей до металлов. Общей проблемой экранирования на уровне корпуса являются большие отверстия для устройств индикации. Один из вариантов экранирования таких устройств состоит в использовании экранированного окна, выполненного в виде двух полосок из стекла или пластика, между которыми находится тонкая металлическая сетка. Другие решения включают отливку экрана непосредственно внутри листа из стеклопластика или использование стеклопластика с прозрачным проводящим покрытием.
Поскольку наводки между кабелями и проводами являются одним из путей, по которым помехи влияют на качество работы технических средств, то экранирование проводов и кабелей служит способом снижения помех и улучшения ЭМС технических средств. Имеет значение и то, как производится прокладка проводов и кабелей. В частности, рекомендуется:
- использовать провода с экранированием комбинированным экраном;
- соединять экраны проводов и кабелей с корпусом. Кабель, входящий в корпус заземляется на корпус блока снаружи блока, выходящий – изнутри;
- для снижения уровней помех, обусловленных магнитной связью, использовать скрученные пары проводов. Скручивание уменьшает площадь контура, пронизываемого внешним магнитным полем, и, следовательно, уровень наведенных помех. Скручивание приводит также к тому, что магнитные поля, создаваемые токами, текущими по паре проводов, гасят друг друга (токи текут в противоположные стороны). В результате снижается уровень помех, наведенный от этой пары в другие провода;
- разносить в разные жгуты (или кабелепроводы) провода (кабели) источников постоянного и переменного токов, кабели аналоговых сигналов малых уровней, кабели цифровых и высокочастотных сигналов, кабели сверхчувствительных цепей и кабели, подходящие к пиротехническим цепям.
Правильное использование экранирования на этапах разработки, изготовления и размещения РЭС на объектах позволяет существенно улучшить характеристики ЭМС радиоаппаратуры и возможности совместной работы в условиях непреднамеренных помех.
Санкт Петербургский государственный... электротехнический университет ЛЭТИ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Экранирование
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Радиоэлектронных средств
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизац
Список использованных сокращений
АМ – амплитудная модуляция;
АРУ – автоматическая регулировка усиления;
АС – абонентская станция;
АФТ – антенно-фидерный тракт;
БЛ – боковой лепесток (диаграммы н
Причины появления проблемы ЭМС
Можно указать несколько факторов, которые приводят к появлению проблемы ЭМС РЭС.
1. Основной причиной, порождающей проблему электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, являетс
Источники и рецепторы электромагнитных помех (ЭМП)
2.1 Классификация ЭМП по связям с источником помехи и некоторые их характеристики
Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств определяется качеством работы
Естественные ЭМП.
· Земные ЭМП:
Атмосферная помеха – естественная помеха, источником которой являются электрические разряды в атмосфере. Частоты, на которых атмосферная помеха ока
К электростатическому разряду
№ п/п
Полупроводниковый прибор
Чувствительность к ЭСР, В
Полевые транзисторы (МОП-структуры)
1
Искусственные ЭМП
Станционная помеха – это непреднамеренная электромагнитная помеха, создаваемая излучениями выходных каскадов радиопередатчиков через антенну.
Индустриальная помеха – это элек
Рецепторы ЭМП. Внутрисистемная и межсистемная ЭМС
Рецептором называют техническое средство, которое реагирует на электромагнитный сигнал или электромагнитную помеху. По аналогии с источниками помех рецепторы делят на естественные и искусств
Измерение кондуктивных помех и восприимчивости к ним
Измерение помех, распространяющихся по проводам, должно происходить без разрыва цепей, в которых измеряют эти помехи. Основным прибором, который используется в качестве датчика при измерениях помех
Измерение помех излучения и восприимчивости к ним
Эталонная методика измерения напряженности электромагнитного поля в диапазоне частот 30….1000 МГц предписывает использование открытой измерительной площадки с идеальным проводящим покрытием,
Фильтрация
Фильтры используют для борьбы с кондуктивными помехами. Фильтрация помех в каскадах радиоэлектронной аппаратуры препятствует передаче помех в другие узлы и устройства по проводам, соединяющим эти у
Заземление
Заземление выполняет важную функцию в электротехнических и радиоэлектронных устройствах, на промышленных предприятиях. Системы заземления несут обратные токи сигналов и питания, образуют опорные ур
Радиочастотный спектр и диапазоны частот
Рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ) V.431-7 [58] разбивает спектр электромагнитных колебаний, частоты которых лежат в пределах от 0,03 Гц до 3000 ТГц, на диапазоны частот. Каждый д
Стандартизация и международная кооперация в области ЭМС
Электромагнитные волны не признают административных границ и могут создавать помехи радиоэлектронным средствам другой страны. Одним из путей смягчения проблемы ЭМС является стандартизация параметро
Требования к методам анализа ЭМС
Анализ ЭМС должен проводиться на всех этапах жизненного цикла РЭС, начиная с этапа разработки РЭС, ввода РЭС в эксплуатацию и в процессе функционирования РЭС. На этапе разработки изделие должно быт
Анализ параметров ЭМС систем на стадии разработки
Для анализа параметров ЭМС системы на стадии разработки может быть использован модульный подход, который дополняет существующие методологии конструирования электронных систем. Для этого разрабатыва
Анализ внутрисистемной и межсистемной ЭМС РЭС
Проблема ЭМС возникает тогда и только тогда, когда есть источник помехи, есть рецептор помехи и есть путь, по которому помеха поступает
Основные направления по решению проблемы ЭМС
К основным направлениям, по которым идет решение проблемы ЭМС, можно отнести:
1. Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры.
Улучшение параметров ЭМС радиоаппаратуры может быть дост
Виды излучений радиопередатчиков
Если изобразить спектр излучений передатчика, то в общем случае он будет иметь вид похожий на вид, представленный на рис. 7.1.
Параметры и модели основного и внеполосных излучений
Основное излучение решает задачи функционального назначения РЭС. Однако при этом оно может создавать непреднамеренные помехи другим РЭС. Учитывая, что основное излучение является наиболее мощным из
Параметры модели (7.1)
Вид модуляции
Номер участка маски спектра, i
Граница участка, Dfi
M(Dfi),
дБ
Побочные излучения радиопередатчиков
В этом разделе рассмотрим способы описания побочных излучений радиопередатчиков на гармониках, субгармониках и комбинационные излучения. Интермодуляционные излучения рассматриваются при изучении не
Параметры модели (7.9)
Рабочая частота передатчика, f0T
Коэффициенты и СКО модели (7.9)
f < f0
Шумовые излучения передатчика
Шумовые излучения передатчиков находятся за пределами необходимой полосы частот передатчика и непосредственно примыкают к ней. Уровень мощности шумовых излучений значительно меньше уровня мощности
Основной канал приема радиоприемника и его описание
К параметрам ОКП, которые используются при анализе ЭМС, относятся частота основного канала приема и чувствительность РПУ. Кроме того, для оценки степени подавления помехи в радиоприемном устройстве
Побочные каналы приема и их описание
Побочные каналы приема (ПКП) образуются в смесителях приемника. ПКП можно разделить на:
- комбинационные побочные каналы приема;
- субгармонические побочные каналы приема;
Параметры модели (8.9)
Рабочая частота приемника, f0R
Коэффициенты и СКО модели (8.9)
f < f0
Оценка коэффициента частотной коррекции
При анализе ЭМС РЭС помеху, поступающую в приемник по основному или побочному каналам приема, обычно заменяют эквивалентной помехой, лежащей в полосе пропускания ОКП приемника на частоте его настро
Анализ нелинейных явлений в каскадах радиоаппаратуры
Нелинейные явления, которые влияют на качество работы РЭС и их электромагнитную совместимость (ЭМС), могут иметь место как в радиоприемных устройствах (РПУ), так и в радиопередатчиках (РПД).
Фазовый шум генератора
Фазовый шум является мерой кратковременной стабильности генератора в частотной области. На сигнал генератора гармонических колебаний влияют шумы различного происхождения. Сюда входят, прежде всего,
Интермодуляция
9.5.1. Порядок интермодуляции. Наиболее опасные порядки интермодуляции
Интермодуляция – самый общий случай нелинейного преобразования электромагнитных колебаний. Инте
Интермодуляция в радиопередатчиках
Рекомендация МСЭ-Р SM.1146 [22] выделяет пять типов интермодуляции, которые могут возникать в радиопередатчиках.
Тип 1. Интермодуляция в одиночном передатчике. Интермодуляцио
Измерение и расчет точек пересечения
Точка пересечения является удобным параметром для оценки уровней интермодуляционных продуктов, возникающих в радиотехнических устройствах. Недостаток точки пересечения состоит в невозможности ее пр
Перекрестные искажения
Перекрестные искажения в РПУ – это изменение спектрального состава полезного сигнала на выходе радиоприемного устройства при наличии на его входе модулированной радиопомехи, частота которой не лежи
Оценка эффекта блокирования РПУ
Один из подходов к оценке эффекта блокирования радиоприемного устройства состоит в количественной оценке снижения отношения сигнал/шум на выходе приемника. Предполагается, что отношение сигнал/шум,
Оценка интермодуляции в радиоприемниках
Интермодуляционные продукты в РПУ могут быть образованы очень большим числом частот, которые присутствуют в эфире. В связи с этим возникает вопрос, в какой полосе частот относительно частоты настро
Оценка перекрестных искажений
Перекрестные искажения от модулированных мешающих сигналов проявляются в форме перекрестной амплитудной модуляции, амплитудно-фазовой конверсии или комбинации указанных видов искажений.
Ам
ДНА в области рабочих частот.
В этой области форма ДНА изменяется в допустимых пределах, и при расчетах эти изменения не учитывают, считая, что форма ДНА в рабочей полосе частот антенны не изменяется.
ДНА на нерабочих частотах
В диапазоне частот, который для антенны рассматривается как диапазон ее рабочих частот, максимальное значение коэффициента усиления антенны считают постоянным. Его значение всегда указывают в специ
Статистическое описание диаграмм направленности антенн
Детерминированное описание ДНА не может учесть влияния всех факторов на параметры и форму диаграммы направленности, особенно в области боковых и задних лепестков. Изменчивость характеристик антенны
Потери в антенно-фидерном тракте и потери рассогласования
Потери при передаче сигнала от передатчика к антенне или от антенны к входу радиоприемного устройства (РПУ) складываются из потерь непосредственно в антенно-фидерном тракте (АФТ) и потерь рассоглас
Учет поляризационных характеристик антенн и сигналов
В дальней зоне излучения фронт электромагнитной волны становится плоским, а плоская волна является поляризованной. Поляризация электромагнитной волны определяется траекторией и направлением движени
Ближняя зона
Оценка взаимодействия антенн, размещаемых на одном объекте, носит специфический характер, поскольку ситуация требует расчета взаимодействия между близко расположенными антеннами, в том числе между
Общие положения
Модели, описывающие ослабление радиоволн на трассах распространения, находят применение при решении широкого круга задач: расчетах радиолиний, частотно- территориальном планировании РЭС, оценке ЭМС
Графические модели
Как отмечено выше, графические модели могут иметь разный вид. Рассмотрим в общих чертах две графические модели, которые рекомендованы Международным союзом электросвязи (МСЭ) для оценки напряженност
Аналитические модели
Как уже отмечалось, уровень сигнала в точке приема является случайной величиной, испытывающей медленные и быстрые флюктуации, величина которых зависит от ситуации. Аналитические модели, оценивают м
Оценка потерь на дифракцию
Как отмечалось раннее, явление дифракции состоит в огибании радиоволнами препятствий, встречающихся на пути их распространения. При этом потери сигнала на трассе распространения возрастают. Обычно
Зоны Френеля.
При распространении радиоволн над неровной поверхностью на величину потерь на трассе распространения влияют:
1) величина просвета между прямым лучом и неровностями поверхности или величина
Дифракция на клине
Первоначально в прямоугольной системе координат с помощью картографической базы данных строят топографический профиль трассы, используя инфо
Дифракция на цилиндре
В большинстве ситуаций препятствия, встречающиеся на местности, не похожи на простой клин и аппроксимация их клином недооценивает потери на дифракцию. Существуют различные способы решения этой зада
Рабочие характеристики и оценка качества работы РЭС
Решение о совместимости радиоэлектронных средств, входящих в некоторую совокупность РЭС, принимают на основе анализа качества работы каждого РЭС совокупности в электромагнитной обстановке, формируе
Системы радиосвязи.
Радиовещание и телефония. Качество работы аналоговой системы, используемой для приема речевой информации, оценивают показателем разборчивости (AS) и/или индексом артикуляции (AI
Цифровые системы.
В современных цифровых системах связи передача информации производится с помощью символов, каждый из которых может передавать несколько бит информации. Число символов М, используемых для пер
Критерии ЭМС
Критерий ЭМС определяет правило, согласно которому выносят решение о наличии или отсутствии электромагнитной совместимости в анализируемой совокупности РЭС. Критерии ЭМС обычно носят пороговый хара
Частотно-территориальное планирование
Электромагнитную совместимость РЭС обеспечивают, используя территориальный разнос их антенных систем и/или разнос их рабочих частот. Выбор необходимых частотно-территориальных разносов осуществляют
Управление параметрами радиосигналов
С целью обеспечения возможно большего числа пользователей качественной радиосвязью в мобильных сетях связи используют управление параметрами радиосигналов. Управление на системном уровне позволяет
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов