рис. 2 Форма э/м экранов
а) прямоугольная; б) цилиндрическая; в) сферическая
3. Выбираем материал и конструкцию стенок экрана.
Материал стенок экрана оказывает наибольшее влияние на эффективность экранирования. Величиной, характеризующей экранирующее действие материала экрана, является глубина проникновения d (на такой глубине напряженность электрического поля уменьшается в е раз)
, (4.10)
где f - частота поля помехи, мГц; mr -относительная магнитная проницаемость;
s - удельная проводимость материала экрана, См/м:
Для немагнитных материалов mr=1, а для ферромагнитных зависит от частоты f.
Если экран работает в магнитном поле ближней зоны, эффективность магнитных материалов значительно выше немагнитных, так как mr>>1.
В э/м поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие большей проводимостью по сравнению с магнитными, обеспечивают более высокую эффективность.
Для электромагнитного экранирования используются тонколистовые и фольгированные материалы толщиной 0.01 ... 0.05 мм. Широко применяются сеточные экраны. Это обьясняется тем, что металлические сетки легки, а сеточные экраны проще в изготовлении, удобны в сборке и эксплуатации, не препятствуют свободным конвективным потокам воздуха, светопроницаемы и позволяют получить достаточно высокую эффективность во всем диапазоне радиочастот.
Недостатком сеточных экранов является невысокая механическая прочность. Экранирующие свойства металлических сеток проявляются главным образом в результате отражения э/м волны от ее поверхности. Параметрами сетки, определяющими ее экранирующие свойства, являются: шаг сетки rс; радиус проволоки ru; и удельная проводимость материала сетки.
4. Рассчитываем эффективность экранирования выбранного экрана, и при необходимости, требуемую толщину экрана. Формулы для расчета эффективности экранирования экранов разной формы из различных материалов приводятся в справочниках.
4.2.3 Электростатическое экранирование
Этот вид экранирования заключается в шунтировании большей части (или всей) паразитной емкости емкостью на корпус.
Пусть емкостная помеха наводится через паразитную емкость Сав между проводниками А(источник наводки) и В(приемник наводки). Если корпус удален на такое расстояние, что емкостью между ним и проводником можно пренебречь (рис.3), то амплитуда помехи будет равна
(4.11)
рис.3
В том случае, когда экран, соединенный с корпусом, располагают вблизи проводников, шунтирующая емкость Сво, уменьшает амплитуду помехи, т.е.
(4.12)
Если Сав<<Сво, то т.е. меньше Uном (4.11)
(4.13)
Если же экран расположить между проводниками так, как показано на рис. 5, то помеха еще более уменьшится за счет уменьшения самой паразитной емкости Сав до величины С’ав
(4.14)
рис.5
рис. 3,4,5 - Схемы электростатического экранирования.
Таким образом, можно считать, что экранирующий эффект заземленного металлического листа заключается в шунтировании на корпус большей части паразитной емкости, имеющейся между источником и приемником наводок. В качсетве металлического листа, соединенного с
корпусом устройств ЭВА, служат детали шасси, каркасов; обшивки корпусов, панелей субблоков, специальные листовые металлические прокладки на монтажной стороне плат, блоков, субблоков, экранные сплошные металлические слои в МПП и т.д.
С целью улучшения экранировки особо чувствительных к помехам цепей(например для передачи синхроимпульсов) на обоих сторонах ПП сигнальные и заземленные экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линии, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземленная линия с другой стороны платы. При этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной тремя заземленными линиями, в результате чего достигается не только эффективная экранировка сигнальной линии от внешних помех, но и для полезного сигнала обеспечивается подобная волноводу цепь от источника до нагрузки.
4.2.4 Магнитостатическое экранирование.
Магнитостатические экраны использут для защиты чувствительных цепей, элементов и устройств от постоянного и медленно изменяющегося переменного магнитного поля.
В этом случае источник или приемник наводки заключают в сплошной экран, изготовленный из ферромагнитных материалов. Если в такой экран заключен источник наводки, то магнитные силовые линии замыкаются в нем и далее не рапространяются.
Если в экран заключен приемник наводки, то силовые линии магнитного поля не проникают в полость экрана.
Качество экранирования постоянных или медленно изменяющихся полей зависит от магнитной проницаемости экрана и сопротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и чем меньше в нем стыков и швов, идущих поперек направления линий магнитной индукции.
Эффективность экрана в диапазоне частот внешних магнитных полей s-1 кГц
(4.15)
где hэкр - толщина стенок экрана;
D - диаметр эквивалентного сферического экрана, близкий к длине кубического экрана.
В технике проводной связи эту величену оценивают в неперах: В = ln
Kэ = 0.115 Нм, а в радиотехнике в дб А = 20lgKэ = 8.7 дб
Помимо экранов широкое распространение в технике ЭВА нашли экранированные провода, коаксиальные кабели и “свитые” пары проводников или бифиляры
Мерой эффективности использования бифиляра в качестве связи между элементами по сравнению с одиночным проводом в данном случае будет кратность уменьшения идуктивности.
Таким образом, из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
- Магнитные поля труднее поддаются экранированию, чем электрические. Для защиты от низкочастотных магнитных полей следует применять магнитные материалы.
- Для защиты от электрических полей, плоских волн и высокочастотных магнитных полей следует применять экран из материала, имеющего хорошую электропроводность.
4.2.5 Утечки в экранах и способы их устранения.
Для вышеизложенного предполагалось, что экран сплошной и не имеет стыков и отверстий. Однако на практике большинство экранов не являются сплошными. Они имеют крышки, отверстия для вентиляции, проводов, переключателей и т.д., а также механические соединения и швы.
Собственная эффективность экранирования материала экрана представляет меньший интерес, чем утечки через швы, соединения и оверстия.
Разрыв в экранах обычно оказывает большее влияние на утечки магнитного поля, чем электрического.
Токи возникающие в экране, должны иметь возможность протекать без возмущений в направлении, заданном падающим полем. Если в экране имеется разрыв, вынуждающий текущие токи отклоняться от первоначального пути, эффективность экранирования уменьшается.
Рассмотрим это на следующем примере:
На рис. 6а - приведен сплошной экран с наведенными в нем токами;
рис. 6б - широкая прямоугольная щель заставляет наведенные в экране токи идти в обход щели, что приводит к возникновению утечки.
рис. 6в - изображена узкая щель, той же длины, она влияет на ток так же, как и широкая щель.
рис. 6г - группа небольших отв. оказывает на ток значительно меньшее влияние, чем щель.
Таким образом, утечку определяет максимальный линейный размер щели, а не её площадь. Боьшое число маленьких отверстий создает меньшую утечку, чем одно большое с той же площадью.
Соединения выполненные в экранах непрерывным сварным швом или паяным швом, обеспечивают максимальное экранирование.
Швы следует располагать параллельно направлению тока в экранах.
В клепанных и винтовых соединениях между точками крепления образуются образуются щели, через которые происходит утечка энергии.
Для уменьшения утечки заклепки и винты необходимо располагать как можно ближе друг к другу ( не более чем на 20мм).
Наибольшую сложность при конструировании представляют разъемные контактные соединения, которые периодически разбираются. К таким соединениям относятся стыки между панелями и кожухом, установка крышек и т.д.
Чтобы уменьшить утечки энергии крышки и панели делают с перекрытием, ставят уплотнения и т.д.
Примеры:
рис.7 Временные болтовые соединения в экранах
а) внахлест;
б) внахлест ступенчатое;
в) внахлест ступенчатое со складкой;
г) с желобом.
Прокладки используют для уплотнения плохо пригнанных соединений, их следует располагать вокруг стягивающих винтов, между