5.6.6. Многослойное экранирование

Многослойные комбинированные экраны, состоящие из последовательно чередующихся немагнитных (медь, алюминий, латунь) и магнитных (сталь, пермаллой) слоев, применяются для получения высокой ЭЭ в широком частотном диапазоне, включая область низких частот, особенно при экранировании магнитных полей большой напряженности.

В этих случаях хорошие результаты дает использование многослойных экранов (2-х, 3-х и более). Чтобы исключить насыщение, слой составного двухслойного экрана, обращенный к источнику магнитного поля, выполняется из материала с низкой магнитной проницаемостью (он имеет высокий уровень насыщения) или немагнитного металла, а второй слой - из материала с высокой магнитной проницаемостью, имеющий низкий уровень насыщения.

В основе работы многослойного экрана лежит принцип многократного отражения от слоев крана, имеющих различные значения характеристических сопротивлений. В результате экран, состоящий из нескольких тонких слоев различных металлов, обладает большей эффективностью экранирования (особенно в низкочастотной области), чем однородный экран той же толщины. Коэффициент экранирования (подавления) двухслойного экрана определяется выражением /22/

К_э12 = К_1под К_2под /(1- К_1отр К_2отр), (5.84)

где К_1под, К_2под - коэффициенты подавления при прохождении электромагнитного поля через стенки 1 и 2 экрана соответственно;

К_1отр, К_2отр - коэффициенты отражения электромагнитной волны от границы разделов 1 и 2 экранов соответственно.

Для трехслойного экрана выражение для определения коэффициента экранирования имеет вид

К_э123 = К_1под К_2под К_3под /[(1- К_1отр К_2отр)( 1- К_2отр К_3отр) - К_1отр К_3отр К² _2под].

(5.85)

На основании анализа расчетов и практических результатов можно сформулировать следующие рекомендации по конструированию многослойных экранов:

• слои многослойного экрана, обращенные к источнику магнитного поля следует выполнять из немагнитных материалов. Наилучшие результаты дает экран с сочетанием слоев из немагнитных и магнитных материалов (медь-сталь, медь-сталь-медь и т.д.);

• применение диэлектрических прокладок (пластмасса, картон, бумага) или воздушных зазоров между металлическими слоями экрана может приводить к повышению ЭЭ, если их толщина значительно превышает толщину металлических слоев;

• при выборе оптимального соотношения толщин слоев в экране медь-сталь необходимо рассматривать следующие характерные области (рисунок 5.12):

а) частоты от 0 до 0,5 кГц - наибольшая эффективность экранирования обеспечивается однородным стальным экраном, т.к. стальной слой работает в магнитостатическом режиме;

б) частоты от 0,5 до 10 кГц - наибольшая эффективность экранирования обеспечивается при равной толщине медного и стального слоев.

В этом случае медный слой переходит в электромагнитный режим работы, а стальной продолжает работать в магнитостатическом режиме;

в) частоты от 10 до 1000 кГц - медный и стальной слои работают в электромагнитном режиме, поскольку с возрастанием частоты оптимальная толщина медного слоя уменьшается, а стального увеличивается за счет большого влияния поглощения;

г) частоты свыше 1000 кГц - составной экран нецелесообразен, т.к. ЭЭ обеспечивается однородным стальным экраном.

1

0,8 I II III

0,7 - Сталь

0,6

- Медь

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 2 10 20 35 55 110 140 f, кГц

Рисунок 5.12. Оптимальные соотношения толщин слоев двухслойного

экрана медь-сталь