Екранування електромагнітних полів
Delphi site: daily Delphi-news, documentation, articles, review, interview, computer humor.
Для запобігання витоку інформації по радіоелектронних технічних каналах витоку інформації, викликаних ПЕМІН та радіозакладними пристроями, на небезпечних напрямках застосовують електромагнітні екрани. Фізичні процеси при екрануванні відрізняються залежно від виду поля та частоти його зміни.
Аналітичні залежності ефективності екранування визначені для ідеалізованих (гіпотетичних) моделей екранів у вигляді нескінченно плоскої однорідної струмопровідної поверхні, однорідної сферичної струмопровідної поверхні та однорідної нескінченно протяжної циліндричної струмопровідної поверхні. Для інших варіантів ефективність екранування визначається з похибкою, яка залежить від ступеня їхньої подібності гіпотетичним.
1. Під час екранування електричного поля електрони екрана під дією зовнішнього електричного поля перерозподіляються таким чином, що на поверхні екрану, зверненої до джерела поля, зосереджуються заряди, протилежні за знаком зарядам джерела, а на зовнішній (іншій) поверхні екрану концентруються однакові із зарядами джерела поля (Рис. 12.1).
Позитивні заряди на рис. 12.1 створюють вторинне електричне поле, близьке за напруженістю до первинного. З метою виключення вторинного поля, створюваного зарядами на зовнішній поверхні екрана, екран заземляється та його заряди компенсуються зарядами землі. Екран набуває потенціалу, близького потенціалу землі, а електричне поле за екраном істотно зменшується. Повністю усунути поле за екраном не вдається через неповну компенсацію зарядів на його зовнішній стороні внаслідок ненульових значень опору в екрані та ланцюгах заземлення, а такожчерез поширення силових ліній поза межами екрана.
Мал. 12.1. Екранування електричного поля
Ефективність екранування залежить від електропровідності екрана та опору заземлення. Чим вище провідність екрану та ланцюгів заземлення, тим вища ефективність електричного екранування. Товщина екрану та його магнітні властивості на ефективність екранування практично не впливають.
2. Екранування магнітного поля досягається внаслідок дії двох фізичних явищ:
• «втягування» (шунтування) магнітних силових ліній поля в екран із феромагнітних матеріалів (с ц » 1), обумовленого суттєво меншим магнітним опором матеріалу екрану, ніж навколишнього повітря;
• виникненням під дією змінного екранованого поля в струмопровідному середовищі екрану індукційних вихрових струмів, що створюють вторинне магнітне поле, силові лінії якого протилежні магнітним силовим первинного ПОЛЯ.
Магнітний опір пропорційно довжині магнітних силових ліній і обернено пропорційно площі поперечного перерізу ділянки і величині магнітної проникності середовища (матеріалу), в якій поширюються магнітні силові лінії. При втягуванні магнітних силових ліній в екран зменшується їхня напруженість за екраном. Внаслідок цього підвищується коефіцієнт екранування.
При вплив на екран змінного магнітного поля в матеріалі екрану виникають також ЕРС, що створюють в матеріалі екрану вихрові струми у вигляді безлічі замкнутих кілець. Кільцеві вихрові струми створюють вторинні магнітні поля, які витісняють основне та перешкоджають його проникненню вглиб металу екрану. Екрануючий ефект вихрових струмів тим вищий, що вища частота поля і більше сила вихрових струмів.
Коефіцієнт екранування магнітної складової поля є сумою коефіцієнтів екранування, обумовленого розглянутими фізичними явищами. Але частка доданків залежить від частоти коливань поля. При Р = 0 екранування забезпечується лише з допомогою шунтування магнітного поля середовищем екрана. Але з підвищенням частоти поля дедалі сильніше проявляється вплив на ефективність екранування вторинного поля, обумовленого вихровими струмами на поверхні екрана. Чим вище частота, тим більше впливає на ефективність екранування вихрових струмів.
Однак цей вираз може використовуватися для наближеної оцінки ефективності екранування за умови, що значення б порівняно зі ст. Якщо 10 МГц значний екрануючий ефект забезпечує мідний екран товщиною всього 0,1 мм. Для екранування магнітних полів високочастотних контурів! підсилювачів проміжної частоти побутових радіо- і телевізійних приймачів широко застосовують алюмінієві екрани, які незначно поступаються міді за питомим електричним опором, але істотно їх легше. Для високих частот товщина екрану визначається в основному вимогами до міцності! конструкції.
Крім того, на ефективність магнітних екранів впливає конструкція самого екрана. Вона не повинна містити ділянок з відверстиями, прорізами, швів на шляху магнітних силових ліній I вихрових струмів, що створюють їм додатковий опір.
Так як магнітне екранування забезпечується за рахунок струмів, а не зарядів, магнітні екрани не потребують заземлення.
3. Фізичні процеси при електромагнітному екрануванні розглядаються на моделі, представленій на рис. 12.2.
Як випливає з наведених формул, залежно від часто ти, показників магнітних та електричних властивостейматеріалу ек рана вплив відображення і поглинання на різних частотах істотно відрізняється. На низьких частотах найбільший внесок у ефективність екранування вносить відображення від екрану електромагнітної хвилі, на високих - її поглинання в екрані. Частка ці) складових у сумарній величині ефективності електромагнітного екранування однакова для немагнітних (ц
1) екранів на частотах у сотні кГц (для міді - 500 кГц), для магнітні? (ц » 1) - на частотах у частки та одиниці кГц, наприклад для пер маллоя - 200 Гц. Магнітні матеріали забезпечують краще екранування електромагнітної хвилі за рахунок поглинання, а не магнітні, але з малим значенням питомого опору - з; рахунок відбиття.
Крім того, враховуючи, що електромагнітна хвиля містить електричну та магнітну складові, то при електромагнітному екрануванні проявляються явища, характерні для довжини 100 шт. електричного та магнітного екранування.
Отже, на низьких частотах матеріал для екрану має бути товстим, мати високі значення магнітної проникності та електропровідності. На високих частотах екран повинен! мати малі значення електричного опору, а вимоги до його товщини та магнітної проникності матеріалу суттєво знижуються. Для забезпечення екранування електричної складової електромагнітний екран треба заземлювати.