Eпад e1

E₂

E₃

E₄

Z

2l_э

-∞

-∞

Рис. 4. Идеализированная электрическая модель для анализа резонансных явлений

в полости экрана

Волны и интерферируют во внутреннем простран­стве, образуя интерференционную картину, состоящую из чередующихся минимумов и максимумов, причем ам­плитуда поля в максимуме равна , а амплитуда поля в минимуме . Волна , достигая границы , также отражается и меняет направление распространения на противоположное, образуя волну . Волна образует волну при отражении от границы и т. д. Расстояние между

экранами может быть таким, что интерференционные картины, образованные волнами , , , ,…, , ,…, точно накладываются друг на друга, т. е. координаты максимумов и минимумов всех волн совпадают, при этом происходит суммирование полей всех стоячих волн и амплитуда поля в общем максимуме достигает значения

. (23)

Модуль коэффициента экранирования при резонансе становится равным

. (24)

Экранное затухание при резонансе равно

, (25)

где – составляющая экранного затухания, обусловленная резонансными явлениями в экране, дБ.

Для металлических экранов коэффициент отражения для плоской волны приблизительно равен

, (26)

где – эффективная поверхностная проводимость, зависящая от электропроводности и структуры отражающей поверхности. Подставляя значение модуля коэффициента отражения из выражения (26) в формулу (25), получим

. (27)

На рис. 5 показаны частотные зависимости , рассчитанные по формуле (27) для различных материалов.

В формулах (26) и (27) введен коэффициент отражения (коэффициент реакции) идеально гладкой стенки экрана, свойства материала которой однородны вблизи поверхности. Реальные экраны имеют конечную чистоту обработки поверхностей стенок, а действительная поверхностная проводимость много меньше проводимости основной массы металла. Это приводит к ослаблению отраженных волн и появлению в отраженных волнах диффузных составляющих с произвольным направлением распространения.

А_рез, дБ

108 F, Гц 109 1010 Алюминий Медь Сталь

Рис. 5. Частотные зависимости для различных материалов, имеющих поверхностную проводимость, соответствующую основной массе металла

Рассеянные волны практически не дают вклада в резонансный эффект. Кроме того, из-за технологических отклонений внутренней полости экрана от расчетной и находящихся под экраном сложной конфигурации экранируемых СВЧ-узлов структура поля переотражаемых волн будет неизбежно и значительно искажаться.

Поэтому еще более ослабнут резонансные процессы под экраном. Для учета сдвига резонансных частот экрана при размещении под ним аппаратуры можно применять неравенство

, (28)

где – объемы экрана и экранируемого устройства.

Собственные резонансные частоты внутренней полости экрана определяются из условия синфазности электромагнитных волн , , ,…, , или волн , ,…, ,…; определяются выражением

, (29)

где … .

Поэтому резонансная длина волны полости экрана может быть найдена как

. (30)

Для металлического экрана , тогда из соотношения (30) получим

, (31)

где , … .

Из выражения (31) видно, что, изменяя внутренние размеры экрана, можно изменять и его резонансные частоты. Поэтому при конструировании СВЧ-экранов и корпусов с учетом возможных внутренних резонансов необходимо выбирать такие внутренние размеры полости, чтобы длина волны помехи не попадала в спектр собственных длин волн экрана (была бы больше наибольшей длины волны внутренней полости экрана). Внутренние размеры экрана можно подбирать экспериментально, меняя их в небольших пределах относительно первоначально выбранного значения для полного устранения резонансов. Другая возможность изменить резонансные частоты экрана – подбор конфигурации его внутренней полости. Положительный эффект дает также применение рифленого материала для стенок и нанесение поглощающего материала на внутреннюю поверхность металлического экрана (для уменьшения коэффициента отражения от стенок внутри экрана).

Комбинируя выражения (6), (21) и (25), получаем для расчета полного экранного затухания экрана с учетом различных физических процессов, происходящих при экранировании,

, (32)

где отдельные составляющие могут быть найдены из соотношений (16), (21), (27), (30) или из рис. 2, 3 и 5. Рассмотрим в соответствии с изложенным порядок расчета однородных СВЧ-экранов.

В качестве исходных данных для расчета экрана должны быть заданы: полное экранное затухание или коэффициент экранирования , которые должен обеспечить экран; требования к коэффициенту реакции экрана ; тип волны или волновое сопротивление, а также структура волны поля помехи, диапазон частот волн помехи; конкретные требования к установке экрана и его конструкции.

По заданному и типу волны поля помехи производится выбор материала экрана, при этом учитываются также технологические особенности выполнения конструкции экрана и возможности его производства. Затем, основываясь на конструкции и форме экранируемого устройства или на конструкции всего СВЧ- устройства, производится выбор формы и основных размеров экрана. Далее из соотношения (21) рассчитывается . По формуле (31) определяется, попадают ли нижние резонансные частоты экрана в диапазон частот волн помехи (если попадают, то по формуле (27) находится ). По формуле (16) предварительно определяется . После этого находится значение

. (33)

По найденной ориентировочно рассчитывается необходимая геометрическая толщина стенки экрана

. (34)

Затем значение снова уточняется и вновь рассчитываются теперь уже окончательно значения и .