4. Экранированные катушки

Катушки индуктивности с незамкнутыми магнитными сердечниками обладают довольно значительным внешним электромагнитным полем, которое может оказать влияние на соседние радиоэлементы РЭА. Во многих случаях такое влияние оказывается паразитным. Для уменьшения этого влияния применяется экранирование. Степень экранирования определяется коэффициентом экранирования, под которым понимают отношение напряженности поля катушки без экрана к напряженности той же катушки, но с экраном.

Принцип экранирования можно пояснить, если представить экран в виде короткозамкнутой катушки с индуктивностьюL_Эи сопротивлениемr_Э, а саму катушку рассматривать как генератор переменного напряженияU_K(рис.3.11 а). Под действием напряжения, приложенного к катушке, в ней возникает токI_K, отстающий от напряжения U_Kна угол близкий к 90⁰(рис.3.11 б). Этот ток вызывает совпадающий с ним магнитный потокФ_К. Магнитный потокФ_К, пересекая экран, индуцирует в нем э.д.с.Е_Э, отстоящую на 90⁰от магнитного потокаФ_К. Под действием индуцированной э.д.с в экране возникает вихревой ток I_Э, отстающий отЕ_Эна уголψ, зависящий от реактивного и активного сопротивления экрана. С токомI_Эсовпадает магнитный потокФ_Э, направленный так, что уменьшить потокФ_Кего вызвавший. Таким образом, вне экрана будет действовать магнитный потокΔФ_ВШ, равный геометрической сумме магнитных потоков катушкиФ_К и экранаФ_Э. Поскольку магнитные потокиФ_К иФ_Эимеют противоположное направление, то результирующий магнитный поток ΔФ_ВШэкранированной катушки будет меньше, чем у неэкранированной.

Конструктивно электромагнитный экран выполняется в виде металлического, закрытого с одной или двух сторон цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, внутрь которого помещается катушка индуктивности (рис.3.12). Эффективность экранирования повышается с увеличением частоты переменного поля, толщины экрана и уменьшения удельного сопротивления экрана. Экраны высокочастотных катушек индуктивности изготовляют из латуни или алюминия толщиной до 0,5 мм. При такой толщине экрана на частоте 1 МГц плотность наведенного тока снижается в 100 раз, что достаточно для эффективного экранирования.

В экранах недопустимо наличие швов и паек, расположенных перпендикулярно направлению вихревых токов. Для вращения сердечников катушек экраны снабжают отверстиями. В этом случае отверстия должны быть минимальны, а прорези следует располагать перпендикулярно образующей цилиндра экрана, если катушка расположена вдоль оси экрана.

Под влиянием экрана изменяются параметры катушки: снижается ее индуктивность и добротность, увеличивается собственная емкость. Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе расположен экран к виткам катушки.

Индуктивность экранированной катушки можно определить из выражения

, (3.26)

гдеL- индуктивность катушки без экрана;

k - коэффициент связи между катушкой и экраном.

Для однослойных и тонких многослойных катушек и цилиндрического экрана он равен

, (3.27)

где D_K, D_Э- диаметр катушки и экрана, соответственно;

η- коэффициент, определяемый из эмпирической зависимости рис.3.13.

В случае экрана прямоугольной формы в выражение (3.27) вводят эквивалентный диаметр экрана равный

, (3.28)

где а - размер наименьшей стороны поперечного сечения экрана.