4.2.1 Экранирование

Экраны применяются для того, чтобы локализовать действие источника помех или приемника помех.

Экран представляет собой металлическую перегородку, разделяющую две области пространства и предназначенную для регулирования распространения электрических и магнитных полей от одной из этих областей к другой.

Главное назначение экрана – ослабление напряженности электрического и (или) магнитного поля.

В зависимости от назначения различают экраны с внутренними источниками помех и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещают чувствительные к помехаи узлы.

Классификация экранов

- По типу поля помехи

Магнитно-статические ()

Электростатические ()

Электромагнитные ()

- По конструктивной форме

прямоугольные

цилиндрические

сферические

- По материалу и конструкции стенок экрана

магнитный материал ()

немагнитный материал ()

фольгированный материал (d=0,01…0,05 мм)

многослойные

сеточные

радиопоглощающий материал

Определение типов поля помехи.

Область пространства вокруг условного излучателя делится на ближнюю и дальнюю зону.

Если расстояние до излучателя (- длина волны), то будет ближняя зона и помеха может быть магнитная или электрическая.

Если излучатель представлен в виде электрического диполя – помеха электрическая.

Если излучатель – рамка с током – помеха магнитостатическая.

Если - волна электромагнитная, где магнитная и электрическая составляющие равны.

Эффективность экранирования – это уменьшение напряженности магнитного и электрического поля.

К_э=20lg(Е₀/Е₁) – коэффициент эффективности экранирования электрической волны.

К_э=20lg(Н₀/Н₁) – коэффициент эффективности экранирования магнитной волны.

Н₀ – напряженность падающей магнитной волны.

Е₀ - напряженность падающей электрической волны.

Н₁ – напряженность магнитного поля прошедшей волны.

Е₁ - напряженность электрического поля прошедшей волны.

Для электромагнитной волны эффективность экранирования складывается из двух видов потерь К_отр и К_погл.

К_э=К_отр+К_погл.

К_погл определяется одинаково для всех видов полей.

К_отр зависит от вида поля и вычисляется по разному (формулы в справочнике).

4.2.2 Электромагнитное экранирование

Переменное высокочастотное электромагнитное поле при прохождении ч/з металлический лист, либо перпендикулярно, либо под некоторым углом его плоскостити наводит в этом листе вихревые токи, после которых ослабляется внешнее поле, в этом случае лист – электромагнитный экран.

Примером таких экранов могут служить корпуса РЭУ (стенки, крышки). Расчет электромагнитных экранов различен для различного диапазона частот внешних полей.

Расчет электромагнитных экранов:

Исходными данными для расчета электромагнитной помехоустойчивости является:

1.Конструкционные параметры изделия, спектр частот f_i, соответственная напряженность электр. поля E(f_i) или магнитная индукция B(f_i).

2.Или их допустимые значения.

Следует отметить, что наибольшее влияние на работоспособность аппаратуры оказывает магнитная составляющая электромагнитного поля.

Если магнитное поле с f_i, будет пересекать пл-дь S, то получим: .

В случае анализа помехоустойчивости печатных узлов, наиболее чувствительными элементами являются микросхемы, тогда S-наибольшая площадь замкнутого контура: - коэффициент экрана.

Последовательность расчета экрана:

1.Определяем тип поля помехи.

2.Выбираем конструктивную форму экрана, которая может быть выполнена в виде прямоугольной, цилиндрической и сферической. Форма экрана оказывает влияние на хар-ое сопротивление среды экрана.

Формы экранов:

R_Э=r_э

- резонансная частота.

3. Выбор материала и конструкций стенок экрана.

Наибольшее влияние на эффективность экранирования влияет материал. Количественно, величину характеризующую экранированное действие материала рассчитывают следующим образом:

- глубина проникновения (показывает, на какой глубине магнитное поле ослабнет в е-раз;

f-частота поля;

 - магнитная проницаемость;

 - удельная проводимость материала экрана.

Если экран работает в магнитном поле ближней зоны, то эффективность магнитных материалов значительно выше немагнитных, так как >>1.

В электромагнитном поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие большей проводимостью, по сравнению с магнитными обеспечивают более высокую эффективность экранирования.

Достоинство сеточных экранов:

Просты в изготовлении, удобны в сборке и эксплуатации, не препятствуют свободным конвективным потокам воздействия, светопрониц., позволяют получить высокую эффективность экранирования во всем диап. частот.

Недостаток: невысокая механическая прочность.

Экранирующие свойства сеток проявляются в рез-те отражения электромагнитной волны от ее пов-ти.

Основные параметры сетки: Шаг сетки S_с, радиус проволоки r_с, удельная проводимость материала .

4. Рассчитываем эффективность экранирования выбранного экрана, а при необходимости его величину.

Шунтирование – отвод лишней энергии.

_ф – длина фронта;

Электромагнитное экранирование заключается в шунтировании большей части или всей нарезной емкости на корпус. На Рис.1,2,3 изображены возможные случаи расположения источника помех А и приемника помех В.

Рис.1 – корпус удален от приемника помех на значительное расстояние и емкостью C_AB можно пренебречь.

Рис.2 – Экран, расположен вблизи проводников, паразитная емкость С_АВ уменьшается шунтирующей емкость С_В0.

Рис.3 – Экран располагают м/у приемником и источником, тем самым уменьшают паразитную емкость до значения С’_АВ.

С целью улучшения экранирования, на обеих сторонах ПП, сигн. и заземл. экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линией, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземляющая линия с др. стороны платы, при этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной 3-мя заземленными линиями. В результатете чего достигается эффективная экранировка от внешних помех.

Магнитостатическое экранирование.

Исп-ся для защиты маг. чув. элементов и устройств от постоянных и медленно изменяющихся переменных магнитных полей. Источник наводки или приёмник заключ. в сплошной экран.

Если в такой экран заклюю чают источник наводки, то магнитные силовые линии замыкаются в нём и не распр. далее. Если в экран заключен приёмник наводки, то маг. сил. линии в него не проникают.

Качество экранирования маг. полей зависит от факторов:

- от магнитной проницаемости матер. экрана.

- сопр-ие магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран, чем меньше в нём стыков и швов, швы должны расп. поперёк линиям маг индукции.

Эффективность экранирование опр: К_э=1+_Тh_экр/D

_Т – относ маг проницаемость

h_экр – толщина стенок экрана

D – диам эквивалентной сферы экрана, близкий к длине кубического экрана (стороне куба)

Выводы: 1) Маг поля труднее поддаются экра-ию чем электр-ое

2) Для защиты от маг полей применяют магн матер

3) Для защиты от Эл. полей, плоских волн и ВЧ маг поле экраны выполняют из матер с хор электропроводностью.

УТЕЧКИ В ЭКРАНАХ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ.

Для выше изложенного предполагалось, что экран сплошной и не имеет стыков и отверстий, чего в реальных устро-ах не бывает. Собственная эфек-ть экрана представляет меньший интерес, чем утечки через швы, соединения и отверстия. Разрыв в экранах оказывает бол влияниена утечки маг поля, чем эл поле.

Токи, возникающие в экранах должны протекать без возмущ., отклонений.

а) сплошной экран с наведёнными в нём токами

б) широкая прямоуг щель – заставляет наведённые в экране токи идти в обход щели, что приводит к возникновению утечек.

в) узкая щель той же щели влияет на аналогично широкой.

г) группа небольших отверстий оказывает на ток значительно меньше влияния чем щель.

Т.об. утечку определяет максимально лин. размер щели, а не её площадь.

Большое число маленьких отверстий создаёт меньшую утечку, чем большое с той же площадью.

Соединяя, выполненные в экранах, непрерывным сварным или паеным швом обеспечивают макс экр. Если Эл-ты корпуса соединены винтовым или клёпочным соединением, то между точками крепления образуются щели, через кот происходит утечка энергии. Для умень утечек расстояния между заклёп или винтами не более 20мм.

Временные винтовые соед-я экранов.

а) внахлёст

б) внахлёст ступеньками

в) внахлёст ступеньками со складкой

г) с желобом

Для уплотнения плохо пригнанных соед-ий используют прокладки, кот распологают вокруг стягивающих винтов между перекрывающимися участками. Прокладки выполнены из эластичного коррозионностойкого материала с низким удельным сопротивлением (никель медь).

Широкое применение нашли скрученные аллюминевые проводники, металл-ленточные контакты из фосфористой бронзы или сплава меди с бериллием.

Рис. Уплотнение разборных (прижимных соединений) с помощью прокладок.