2. Механизм влияния электромагнитных воздействий на оборудования

Повреждение технических средств или нарушение их функционирования от ЭМВ вызвано токами и напряжениями, наведенными в проводниках, подвергнутых непосредственному воздействию или частично ослабленному экранами. Внешние проводники, металлические элементы конструкции и внутренние проводники действуют как случайные антенны.

На рис. 12.5 схематическое продвижение ЭМВ к деградации оборудования.

Рис. 12.5. Схематическое представление прохождения ЭМВ к деградации аппаратуры

ЭМВ вызывает две основные реакции оборудования: нарушение функционирования и повреждение. Нарушение функционирования  непостоянное изменение в действии системы, которое самоустраняется или устраняется автоматическими или ручными средствами. Повреждение  недопустимое постоянное изменение в одном или большее количество частей системы. Наиболее восприимчивы к ЭМВ микросхемы и полупроводниковые компоненты.

В большинстве случаев в сложном оборудовании нет возможности локализовать и идентифицировать цепи для определения наведенных токов и напряжений. Поэтому, при оценке реакции системы, часто более реалистично иметь дело с порогами восприимчивости оборудования, установленными на компонентом уровне. Это требует предварительного теоретического анализа или экспериментального исследования по определению пороговых уровней.

Самостоятельная работа

Раздел 7.4.

Раздел 5.1, 5.2.

Раздел 8.3

Контрольные вопросы

1. Поражающее действие внешних электромагнитных полей.

2. Экранирование как метод защиты от внешних электромагнитных помех.

3. Основные топологические понятия в системе экранирования.

Лекция 13. Механизмы работы экрана при различных видах излучения, ближняя и дальняя зона

Ряд важных вопросов проектирования системы экранирования базируется на знаниях структуры электромагнитного поля. Электродинамическое рассмотрение решаемой задачи дает её решение во всей полноте. Но для многих практических вопросов решения могут быть достаточно сложны или вообще не могут быть получены. Определенные обоснованные упрощения, которые дают вполне приемлемый результат для инженерной практики, могут существенно облегчить решение поставленной задачи. При разработке систем экранирования вводятся подобные упрощения. Для их обоснования необходимо рассмотреть элементы теории распространения электромагнитных волн.

Распространяющиеся электромагнитные волны имеют две компоненты в виде вектора E напряженности электрического поля (В/м) и вектора H напряженности магнитного поля (А/м). Они ортогональны и находятся в одной плоскости, нормаль к которой определяет направление распространения электромагнитной волны (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Структура электромагнитной волны

Параметры электромагнитного поля определяются свойствами источника излучения, средой, окружающей источник и на пути распространения волны, а также расстоянием между источником и точкой наблюдения волны. Соотношение между вектором E электрического поля и вектором H магнитного поля определяется волновым сопротивлением Z среды распространения электромагнитной волны.

, Ом.

В непосредственной близости от источника электромагнитное поле определяется внутренними свойствами источника. Источники с высоким волновым сопротивлением могут быть представлена в виде электрического диполя (антенна-штырь). В окрестности этого диполя формируется относительно интенсивное электрическое поле и слабое магнитное поле. Это определяет, весьма высокое (приблизительно 3000 Ом) волновое сопротивление среды в непосредственной близости от диполя.

Источники помех, модель которых может быть представлена в виде токовой петли, формируют интенсивное магнитное поле и слабое электрическое в непосредственной близости от источника. Эти определяет, достаточно малое волновое сопротивление среды в окрестностях источника (приблизительно 30 Ом).

Высокое и низкое волновое сопротивление среды характерно только в непосредственной близости от источника помех. По мере удаление от источника волновое сопротивление Z среды стремиться к волновому сопротивлению свободного пространства 377 Ом, что соответствует режиму распространения плоской электромагнитной волны. Принято считать, что при расстоянии равном /2, где   длина волны синусоидального колебания, плоская электромагнитная волна полностью сформирована и волновое сопротивление для нее составляет 377 Ом. На рис. 13.2 показана граница, после которой можно говорить о формировании плоской электромагнитной волны.

Рис. 13.2. Изменение волнового сопротивления среды при удалении от источника излучения

Наличие этой границы позволяет разделить всю область распространения электромагнитных волн на две зоны:

• ближняя зона, охватывающая область от источника до границы, расположенной на расстоянии /2,

• дальняя зона, простирающаяся от границы /2 до бесконечности.

Например, для частоты 100 МГц длина волны составляет 3 м, и граница между ближней и дальней зоной будет расположена на расстоянии примерно 0,5 м. На очень высоких частотах практически все пространство будет соответствовать дальней зоне. Очевидно, что никакого резкого перехода между этими зонами не может быть. Поэтому всегда имеет место некоторая переходная зона формирования плоской электромагнитной волны.

В ближней зоне преимущественно действует механизм индукции с достаточно чётким разделением на магнитную и электрическую составляющие, что требует отдельного рассмотрения электрического и магнитного экранирования. При наличии индукции источник и рецептор связаны силовыми линиями, и задача экранирования состоит в перехвате этих линий и замыкании на заземленные элементы конструкции (для электрического поля) или в направлении их в сторону от источника (магнитное поле).

Переходная зона – зона формирования плоской электромагнитной волны.

В дальней зоне распространяется плоская электромагнитная волна (Т-волна). Электромагнитное поле отрывается от источника и распространяется в пространстве с постоянным волновым сопротивлением. Поэтому в дальней зоне поле будет абсолютно одинаково по своей структуре (соотношение между E и H) для любого источника. Это, кстати, придает однозначность результатам измерений на помехоэмиссию, которые проводятся при расположении антенн в дальней зоне.

Таким образом, при анализе экранирования необходимо разделять задачи локализации электрического, магнитного и электромагнитного полей. Решение этих задач в каждом случае имеет свои особенности и практические приемы реализации, что будет показано в дальнейших разделах. К сожалению, тип источника известен только в частных случаях, например, трансформатор как источник магнитного поля. Поэтому экранирование в ближней зоне требует априорных знаний свойств источника. Очевидно, что для дальней зоны тип источника не имеет значения, поскольку в любом случае будет сформирована плоская электромагнитная волна.

В области ЭМС принято значения физических величин выражать в децибелах (дБ). Это в полной мере относится и к задачам экранирования, в которых эффективность экранирования выражается в децибелах.

Интересующие нас величина – эффективность экранированияS, который вычисляется в децибелах следующим образом:

, дБ,

где E_outнапряженность в некоторой точке пространства без экрана,E_inнапряженность поля в той же точке при наличии экрана.

Эффективность экранирования определяется тремя составляющими: потерями Rна отражения электромагнитной волны от стенки экрана, поглощениемAв толще экрана и переотражениямиBмежду стенками экрана, которые должны быть просуммированы

, дБ.

В ряде случаев (особенно при анализе магнитного экранирования) используют параметр «коэффициент экранирования», который равен

.

В табл. 13.1 дано приведение чисел к децибелам.

Таблица 13.1. Приведение чисел к децибелам

Отношение величин	Эффективность экранирования, дБ
106	120
105	100
104	80
103	60
102	40
10	20
9	19.08
8	18.06
7	16.9
6	15.56
5	13.98
4	12.04
3	9.54
2	6.02
1	0
10-1	-20
10-2	-40
10-3	-60

Самостоятельная работа

Раздел 7.4.

Раздел 5.1, 5.2.

Раздел 8.3

Контрольные вопросы

1. Понятие ближней и дальней зоны электромагнитного поля.

2. Понятие эффективности экранирования.

3. Децибелы как оценка эффективности экранирования.