5.6.8. Перфорированные экраны
Эффективность экранирования замкнутого металлического экрана может быть получена сколь угодно высокой при соответствующем подборе материала и его толщины. Однако, реальные конструкции экранов РЭС имеют щели, швы, отверстия для соединительных входных и выходных проводов, кабелей, разъемов, вводов питания, переключателей и измерительных приборов, а также вентиляции, люков, механических и шарнирных соединений и т.д., что приводит к проникновению электромагнитного поля внутрь экранируемого пространства, т.е. нарушается электрогерметичность экрана и снижается ЭЭ.
В соответствии с уравнениями Максвелла электрическая и магнитная поляризуемость щелевого отверстия зависят от его формы и размеров и в общем случае определяются выражениями /20, 21/:
;
(5.95)
,
(5.96)
где a и b - длина и ширина щели соответственно;
S = ab - площадь отверстия;
Ф(b/a) = 1 для b/a < 1; Ф(b/a) = 2,23 для b/a = 5;
Ф(b/a) = b/[2aln(0,628b/a)] для b/a >> 5.
В соответствии с (5.95) и (5.96) электрическая и магнитная поляризуемости круглого и квадратного отверстий одинаковой площади равны, а сами поля через узкую длинную щель проникают слабее, чем через круглое или квадратное отверстие той же площади. При этом вихревые токи, определяющие ЭЭ магнитного поля, должны быть параллельны длинной стороне щели (а >> b). При произвольном ориентировании щели относительно вектора напряженности магнитного поля проникающее результирующее поле в экранируемой области будет пропорционально углу ориентации длинной стороны щели относительно вектора напряженности.
В случае, если экран содержит N отверстий, система отверстий может быть заменена эквивалентным отверстием, поляризуемость которого PΣ в N раз больше поляризуемости Р одного отверстия, т.е. РΣ = NP. Так как, согласно (5.95) и (5.96), поляризуемость Р одного отверстия пропорциональна площади в степени три вторых, а поляризуемость РΣ пропорциональна числу отверстий, то при одной и той же площади перфорации ЭЭ будет выше у экрана с большим числом отверстий. В результате сравнительная ЭЭ определяется как
(S1 /S2)1/2 = (N /N)1/2.
Эффективным средством ослабления СВЧ энергии, проникающей через отверстия в экране, является увеличение их глубины и конструктивное выполнение в виде запредельного волновода (рисунок 5.13).
2R
h
Рисунок 5.13. Повышение ЭЭ за счет вытяжки отверстия
ЭЭ подобных волноводов зависит от их геометрических размеров и формы и определяется:
для круглого отверстия:
Ээ = 20,8h/R - для электрического поля; (5.97)
Эм = 16h/R - для магнитного поля;
для прямоугольного отверстия:
Ээ = 27,2h
-
для электрического поля; (5.98)
Эм = 27,2h/b - для магнитного поля.
Таким образом, для повышения ЭЭ перфорированных экранов рекомендуется:
располагать отверстия в зонах со слабыми электромагнитными полями;
при заданной площади перфорации, исходя из конструктивных соображений, уменьшать диаметр отверстий, увеличевая их количество;
выполнять отверстия в виде прямоугольных щелей, располагая их длинные стороны вдоль линии токов, наведенных в стенках экрана (перпендикулярно силовым линиям магнитного поля);
в диапазоне СВЧ конструктивно выполнять отверстия в виде запредельных волноводов.