5.4.4. Анализ эффективности электромагнитного экранирования. Формулу эффективности электромагнитного экранирования можно представить в виде S = R + А + В. (5.4.16) Здесь все величины измеряются в децибелах; R − затухание за счет отражения ЭМП от границ раздела воздух-экран, R = 20 lg | (Zд + Zм)2 / 4ZдZм |; А − затухание за счет поглощения, вызванное тепловыми потерями от возбуждаемых вихревых токов в металле, А = 8,69| k | t ⁄ 2 ; В − затухание электромагнитной энергии за счет затухающих внутренних переотражений между стенками экрана, В = 20 lg | 1 − [(Zд − Zм) / (Zд + Zм)] 2 ехр(−2kt

При расчетах экранирования пользуются модулями значений комплексных параметров: | k| = ωµσ , | Zм | = ωµ σ . В зависимости от вида источника поля помехи в расчетные соотношения и (5.4.16) подставляются следующие выражения: Zдт = µ −0 ε0 волновое сопротивление области I электромагнитному полю (в дальней зоне); ZдH == ωµ 0r − модуль волнового сопротивления области I магнитному полю; ZдE === −1 ωε0r модуль волнового сопротивления области I электрическому полю; где r − расстояние от источника поля помехи до экрана (в ближней зоне

Для электромагнитного и электрического полей | Zд | >> | Zм |, что позволяет упростить формулы для расчета R и В, дБ, R = 20 lg | Zд / 4Zм | ; (5.4.20) В = 20 lg | 1 − ехр(−2t/ δ) |. (5.4.21) При сравнении толщины стенки экрана t с толщиной скин-слоя δ в зависимости от частоты, выделяют два случая. Частоты, при которых t < δ, условно называют низкими, а 175 частоты, при которых t > δ, − высокими. Расчетные выражения эффективности экранирования в области низких и высоких частот могут быть упрощены.

В области низких частот, используя приближения ch | k | t ≈ 1, th | k | t ≈ | k | t, затуханием за счет поглощения можно пренебречь, тогда (5.4.13) преобразуется в S ≈ 20 lg [1 + 0,5(| Zд / Zм | + | Zм / Zд |) | k | t]. (5.4.22) Для квазиэлектростатического поля с учетом того, что ZдE Zм >> Zм ZдE , отражение в основном определяется первой границей воздух-экран и соотношение (5.4.22) преобразуется к виду S Е = 20 lg (1 + σ t / 2ωε0r). (5.4.23) Из (5.4.23) следует, что эффективность экранирования возрастает с увеличением проводимости экрана и его толщины, уменьшается с ростом частоты воздействующего квазиэлектростатического поля и не зависит от магнитной проницаемости экрана. Поскольку проводимость немагнитных металлов выше проводимости магнитных, экраны из немагнитных металлов эффективнее экранируют квазиэлектростатическое поле. В случае квазимагнитостатического поля следует учитывать особенности магнитных свойств немагнитных (медь, алюминий, латунь) и магнитных (сталь, пермалой) металлов. Для экранов из немагнитных материалов выполняются условия ZдH Zм > Zм ZдH , поэтому отражение определяется главным образом первой границей воздух-экран: H S н.м = 20 lg (1 + ωµ0rσt/2). (5.4.24) Для экранов из магнитных материалов в области нулевых частот Zм ZдH > ZдH Zм и отражение обусловлено в основном второй границей экран-воздух. При этом соотношение (5.4.22) преобразуется к виду H S м.м = 20 lg (1 + µr t /2r). (5.4.25) Из (5.4.24) следует, что для квазимагнитостатического поля эффективность экранирования немагнитным экраном возрастает с увеличением проводимости и толщины экрана, а также с ростом частоты источника поля.

Сущность электростатического экранирования заключается в замыкании электрического поля на массу экрана. С ростом частоты возрастает роль вихревых токов и электростатический экран переходит в электромагнитный режим работы, при этом SE возрастает. Минимальное значение SE достигается при переходе из электрического режима в электромагнитный. Согласно (5.4.24) при экранировании магнитного поля немагнитным экраном экранирующий эффект равен нулю при f = 0. Экранирование квазимагнитостатического поля магнитным экраном основывается на замыкании поля в экране за счет повышенной его магнитопроводности (5.4.25). При повышении частоты возрастает роль вихревых токов и экран, выполненный как из магнитного, так и немагнитного металлов, переходит в электромагнитный режим работы. В частотной зависимости эффективности экранирования магнитного поля (рис. 5.4.4, в) можно выделить область низких частот, где немагнитный экран обеспечивает несколько большую эффективность экранирования по сравнению с магнитным. Как в области нулевой частоты, так и в области высоких частот магнитный экран по эффективности значительно превосходит немагнитный экран. Однако применение магнитных металлов в экранах приводит к большим электрическим потерям в экранируемой цепи по сравнению с немагнитными металлами. Следовательно, при выборе материала экрана магнитный металл будет предпочтителен только тогда, когда можно не учитывать потери, вносимые им в защищаемый от помех функциональный узел аппаратуры. В области высоких частот для любого вида поля | Zд / Zм | > | Zм / Zд | и, следовательно, при определении эффективности экранирования согласно (5.4.13) второй границей 177 отражения можно пренебречь. В результате упрощается формула для расчета экранного затухания за счет отражения: R = 20 lg |1 + Zд th kt /2Zм |. (5.4.26) В области высоких частот эффективность экранирования любого из рассматриваемых видов полей экранами, выполненными из немагнитного и магнитного металлов, возрастает за счет увеличения поглощения с ростом частоты. При этом эффективность SнH.м оказывается выше,

55. Помехоподавляющие элементы блоков питания.

5.5.3. Помехоподавляющие элементы Реальные характеристики помехоподавляющих элементов и фильтров определяются их конструктивными особенностями. Поэтому имеется ряд ограничений (по частоте, току, напряжению и т. д.).

Конденсаторы.

Применяются как самостоятельные помехоподавляющие элементы и как параллельные звенья рассмотренных фильтров (рис. 5.5.1). Конструктивно помехоподавляющие конденсаторы делятся на: • двухполюсные (с двумя выводами); • опорные (одним из выводов является металлический корпус); • проходные некоаксиальные (все выводы являются токонесущими); • проходные коаксиальные (одним из выводов является металлический корпус, другим − токонесущий центральный проводник); • конденсаторные блоки

Основной характеристикой помехоподавляющего конденсатора является зависимость его комплексного сопротивления от частоты. Максимальная частота, на которой конденсатор эффективно работает, является резонансной, и обычно она ограничена его собственной индуктивностью. На частотах выше частоты собственного резонанса конденсатор имеет индуктивное сопротивление, увеличивающееся с частотой. Частоту резонанса можно значительно повысить, применив проходной конденсатор.

Конструкция проходного конденсатора существенно отличается от конструкции конденсаторов других видов (рис. 5.5.3). Токонесущий стержень проходит через корпус конденсатора и изолируется от него фарфоровыми или стеклянными изоляторами. Один торец секции припаян к токонесущему стержню, а другой по всему периметру к корпусу, который и является одним из выводов конденсатора. Тем самым достигается малая собственная индуктивность и возможно применение проходных конденсаторов на более высоких частотах по сравнению с другими видами конденсаторов. Симметричные проходные конденсаторы электрически представляют собой отрезок двухпроводной линии с малым волновым сопротивлением, и их можно использовать для эффективного подавления симметричных помех в двухпроводной цепи до частот порядка 100 МГц. Проходные коаксиальные конденсаторы электрически представляют собой отрезок коаксиальной линии с малым волновым сопротивлением и применяются для ослабления несимметричных помех, распространяющихся по пути провод-корпус аппаратуры. Проходные конденсаторы работают в широком диапазоне частот примерно до 1000 МГц. Следует отметить, что ни один из типов конденсаторов не обеспечивает удовлетворительной фильтрации во всем диапазоне от звуковых частот до СВЧ.

Электролитические конденсаторы имеют наибольшую емкость, однако являются низкочастотными, и их следует применять до частот не свыше 25 кГц. Параллельно электролитическому конденсатору можно включать слюдяной или керамический конденсатор малой емкости с малой индуктивностью для обеспечения эффективного подавления помех на высоких частотах.

Для ослабления помех в диапазоне частот примерно до 10 МГц можно использовать двухполюсные конденсаторы с учетом малой длины их выводов. Опорные помехоподавляющие конденсаторы могут применяться до частот порядка 30 ÷ 50 МГц. Конденсаторные емкостные блоки (рис. 5.5.4) позволяют одновременно осуществлять фильтрацию симметричных и несимметричных помех.

При этом С1 = (0,1÷0,68) мкФ, C2 = (2200÷4700) пФ.