74) Использование экранов для защиты от электромагнитных помех.

9.3.1.2. Виды экранов.

В общем случае экранирование осуществляется с помощью электромагнитных экранов. Однако часто наблюдается преобладание отдельных видов полей, поэтому для учета их специфики различают следующие виды экранирования: электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное.

На низких частотах применяют электро- и магнитостатическое экранирование, а на высоких – одновременно с экранированием магнитного поля происходит экранирование электрического поля, что определяет единый процесс электромагнитного экранирования.

А. Электростатическое экранирование

Если в электростатическое поле внести проводник, то в результате поляризации электроны в нем начнут перемещаться в сторону положительно заряженной пластины и на поверхности проводника, обращенной к этой пластине, возникает отрицательный потенциал, а на противоположной – положительный. Положительная и отрицательная части проводника создают собственное вторичное поле, которое равно внешнему и имеет противоположное ему направление. Следовательно, внешнее поле и поле, созданное проводником, компенсирует друг друга внутри тела и на поверхности проводника. Этим объясняется распределение зарядов только на поверхности проводника. Внутри проводника поле отсутствует. Этим явлением электростатической индукции и пользуются для электростатического экранирования. В самом деле, если внутри металлического тела поле равно нулю, то достаточно поместить в него защищаемое устройство, чтобы защитить его от влияния электростатического поля.

Рис. 9.3. Электростатический экран.

Электростатический экран является элементом, реализующим принцип P₁''' компенсации в определенном пространстве порождающего поля порожденным.

Если теперь подключить металлическую оболочку к земле (к корпусу), то заряды с внешней поверхности оболочки стекут на корпус, т. к. он обладает большой емкостью, и вне оболочки поле окажется равным нулю. Таким образом электростатическое экранирование заключается в замыкании электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электростатических зарядов в землю (на корпус). Заземление является необходимым элементом электростатического экранирования. Экраны изготавливают из материалов с высокой проводимостью, имеющие или замкнутый объем, или в виде металлической перегородки, соединенные с корпусом. Применение сеточных материалов не обеспечивает полного экранирования.

А. Компоновка объекта и экрана

Для установления конкретных реализаций структуры (схемы) объединение экрана и защищаемого объекта исходят обычно из особенностей объекта, т.е. форма и размеры (унарное отношение R₁=₁, E₁) экрана и взаимное положение экрана и объекта (n-арное отношение Rn=n, En), определяется условиями защиты и характеристиками объекта.

Б. Магнитостатическое экранирование.

Магнитостатическое экранирование основано на отражении и компенсации ( диамагнитный материал экрана) рис.9.4

Рис.9.4. Диамагнитный экран

или поглощении (ферромагнитный материал) магнитного поля в толще экрана рис.9.5.

Рис.9.5. Магнитооптический поглощающий экран

Такие экраны используют для защиты от постоянного или медленно изменяющегося переменного магнитного поля. Качество экранирования тем выше, чем больше величина магнитной проницаемости материала и чем меньше в экране стыков и швов, идущих поперек направления магнитных силовых линий. Чем больше величина магнитной проницаемости материала экрана, тем тоньше его можно делать. Для повышения эффективности экранирования в ряде случаев применяют экраны, составленные из нескольких слоев, но более тонкого материала. Требуемая эффективность экранирования может быть получена уже у двух или трехслойного экрана.

В. Электромагнитное экранирование

Заключается и том, что переменное высокочастотное электромагнитное поле, проходя через металлический лист перпендикулярно, или под некоторым углом к его плоскости, наводит в этом листе вихревые токи, поле которых ослабляет действие внешнего поля. В данном случае металлический лист является электромагнитным экраном.

С точки зрения волновых представлений эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромагнитных волн в его толще. Глубина проникновения представляет собой постоянную величину, характеризующую материал экрана и зависящую от частоты:

S = 0,52  /_гf ,

где  - удельное сопротивление материала экрана, Омм;

_{г –} относительная магнитная проницаемость материала;

f – частота, МГц.

Многообразие и случайный характер факторов, определяющих эффективность экранирования, существенно затрудняет инженерные расчеты. Поэтому прибегают к обобщению экспериментальных данных и построению на этой основе формул для расчета эффективности экранирования в широком диапазоне частот.