Глава 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭКРАНЫ И ПОГЛОТИТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

§ 4.1. Электромагнитное экранирование: назначение, эффективность, типы экранов

Электромагнитное экранирование – способ ослабления элек-

тромагнитной помехи с помощью экрана с высокими электрической и (или) магнитной проводимостями.

Экран (электромагнитный) – устройство или конструктивный элемент устройства, обеспечивающий поглощение, преобразование или отражение электрических и (или) магнитных полей и электромагнитных волн*.

С помощью электромагнитного экранирования ослабляются электромагнитные поля (ЭМП), создаваемые какими-либо источниками в некоторой области пространства, которая не содержит этих источников.

Электромагнитное экранирование направлено на решение следующих задач:

– обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств**;

–снижение уровня нежелательного излучения электромагнитных сигналов аппаратурой, на которой ведется обработка конфиденциальной и секретной информации;

–создание специальных комнат, защищенных от воздействия паразитных и направленных электромагнитных излучений (ЭМИ);

–предотвращение воздействия на РЭА (в том числе – на аппаратуру связи и обработки информации) сторонних источников ЭМП, вызывающих отказы и ошибки в ее работе;

–защиту биологических объектов.

Использование электромагнитных экранов целесообразно планировать при проектировании зданий, сооружений и различных видов тех-

*Электромагнитная волна (электромагнитное излучение) – распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

**Электромагнитная совместимость технических средств – способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

114

ники (в том числе РЭА), так как после ввода их в эксплуатацию последующее экранирование не всегда обеспечивает требуемые параметры.

На рис. 4.1 приведена классификация электромагнитных экранов в зависимости от вида экранируемого поля, способа экранирования ЭМИ, а также от структуры материала, из которого они изготовлены. Некоторые типы приведенных в классификации экранов могут содержать в своем составе ферро- и ферримагнитные материалы.

Рис. 4.1. Классификация электромагнитных экранов

Рассматривая различные способы экранирования ЭМИ, необходимо учитывать то, что, говоря о поглощающих и отражающих экранах, следует иметь в виду преимущественное поглощение (основное свойство, используемое при создании поглотителей ЭМВ, см. § 4.4) или преимущественное отражение ЭМИ, так как экранов, которые обладают только одним из этих свойств, не существует.

Частными случаями электромагнитного экранирования являются экранирование магнитостатических и электростатических полей*.

* Магнитостатическое поле – магнитное поле неподвижных магнитных тел. Электростатическое поле – электрическое поле неподвижных заряженных тел при отсутствии в них электрических токов.

115

Для защиты от магнитостатических и электромагнитных полей используются магнитные материалы (см. § 4.5). Тип применяемого экрана зависит от требований, предъявляемых к нему в рамках поставленной задачи. Эффективность экранирования определяется отношением напряженностей электрического или магнитного поля в экранируемом пространстве при отсутствии и при наличии экрана:

где E0 и Н0 – напряженности электрической и магнитной составля-

ющих поля в защищаемой области пространства при отсутствии экрана; Е и Н – напряженности электрической и магнитной составляющих поля в этой же точке пространства при наличии экрана.

В радиотехнике эффективность экранирования* оценивается в децибелах (дБ): А = 20lg Э.

Магнитные материалы могут эффективно использоваться для экранирования ЭМИ различных частот в диапазоне 0…300 ГГц (все диапазоны низких и средних частот, а также высокочастотный диапазон за исключением гипервысоких частот). Вместе с тем, для создания электромагнитного экрана, обладающего большой эффективностью экранирования в широком диапазоне частот, невозможно использовать один материал, обладающей определенной структурой

исоставом, что можно объяснить:

–необходимостью решения при экранировании ЭМИ различных технических задач (например, задачи сочетания стелс-техно- логии с защитой радиоэлектронной аппаратуры);

–различными механизмами экранирования ЭМИ разной частоты (см. § 4.4).

В связи с этим целесообразно использовать экраны, имеющие различные конструкции и конфигурации поверхности, обращенной к источнику ЭМИ, в том числе многослойные и содержащие слои композитных материалов.

Экранирующие конструкции создаются с учетом типа источника ЭМИ (излучателя) и его расположения относительно экрани-

* Эффективность экранирования в технике проводной связи обозначается символом В и выражается в неперах [Нп]: В = ln Э, которые связаны с децибелами следующими соотношениями: 1 Нп ≈ 8,69 дБ; 1 дБ ≈ 0,12 Нп.

116

руемого пространства. Рассматривая взаиморасположение источника ЭМИ и экрана, находящегося на расстоянии r от него, принято выделять три зоны: ближнюю (r << λ/(2π)), дальнюю (r >> λ/(2π)) и промежуточную (расположенную между двумя первыми), где λ – длина электромагнитной волны.

Расположенный в ближней зоне источник ЭМИ можно рассматривать в виде совокупности электрических диполей и/или витков (рамок) с током (магнитных диполей). Если его можно представить только в виде электрического диполя (высоковольтные элементы и приборы), то создаваемое вокруг него поле – электростатическое; если в виде рамки с током (катушки индуктивности, трансформаторы, печатные проводники), то поле – магнитостатическое.

Электростатическое поле экранируется при помощи материалов, обладающих высокой удельной электрической проводимостью (к ним относятся немагнитные материалы: Ag, Cu, Au, латунь). Применение ферромагнитных материалов для создания электростатических экранов позволяет одновременно экранировать как электро-, так и магнитостатическое поля. Удельное электрическое сопротивление ферромагнитных сплавов, применяемых для создания таких экранов, должно быть не более 0,2 мкОм ∙ м.

Магнитостатическое поле экранируется материалами, обладающими высоким значением действительной компоненты μ′ комплексной магнитной проницаемости , которая определяется выражениемi , где – мнимая компонента комплексной магнитной

проницаемости, характеризующая магнитные потери в материале*. Если источник находится в дальней зоне, то необходимо учи-

тывать влияние обеих компонент ЭМИ, в этом случае принято говорить об электромагнитном экране. Основной задачей электромагнитного экранирования ЭМИ частотой до 300 МГц является снижение напряженности электрического и магнитного полей в экранируемой области. Если частота ЭМИ выше 300 МГц, то при его экранировании часто появляются дополнительные требования, предусматривающие минимизацию:

* Аналогично комплексной магнитной проницаемости определяется комплексная диэлектрическая проницаемость i .

117