6.1 Розрахунок ефективності екранування плоского суцільного екрану

Оскільки більшість екранів для захисту вузлів ЗВТ виготовляють прямокутними [17], то далі розглядатимемо проектування екранів саме такої форми. При поширенні від джерела випромінювання електромагнітна хвиля з частотою f і характеристичним опором зустрічає на своєму шляху екран з товщиною стінки Т (м), магнітною проникністю (мкГн/м) та питомим опором _П (Омм) (рис.6.1). На частоті f характеристичний опір екрану знаходиться з виразу:

, (6.2)

Різниця характеристичних опорів хвилі та екрану призводить до того, що хвиля частково відбивається від границі розділу повітря – екран, а частково проникає скрізь екран, де частина її енергії перетворюється у тепло. Досягнувши границі розділу екран – повітря, хвиля частково відбивається назад, а частково проходить крізь екран. Та частина електромагнітної хвилі, яка розповсюджується по матеріалі екрану багато разів відбивається від границь розділу екран – повітря і, нарешті, повністю розсіюється, або перетворюється у тепло. Ефективність екранування (дБ) при умові, що матеріал екрану є суцільним, без отворів з однаковою товщиною стінки розраховується з формули:

(6.3)

де  - глибина проникнення (м).

де (дБ),

(дБ),

(дБ)

Рисунок 6.1 – Відбивання та розсіювання електромагнітних хвиль при їх екранування

У виразі (6.3) R описує процес початкового відбивання, А – послаблення та В – багаторазового відбивання. При дБ, дБ. Слід відмітити, що при характеристичний опір екрану практично не залежить від його товщини. В загальному випадку для ефективного екранування необхідно, щоб Ом при Омм.

Високий характеристичний опір електричного і електромагнітного полів ( Ом) сприяє їхньому відбиванню на границі розділу повітря – екран, отже в цьому випадку, дуже тонкі екрани є доволі ефективними. Заземлюючи екрани, можна захистити схеми від низькочастотних електричних полів.

Магнітні поля з низьким характеристичним опором ( Ом) легко проникають через границю розділу повітря – екран, але відбиваються від границі розділу екран – повітря. При цьому частина хвилі, яка не поглинулась екраном, після багатьох внутрішніх відбивань практично повністю розсіюється. Тому товщини стінок екранів, які служать для захисту від магнітних полів, повинні бути товстими (у порівнянні з глибиною проникнення ), мати високу магнітну проникність  і низький питомий опір .

З ростом частоти зростає роль вихрових струмів, що призводить до витіснення магнітного поля з товщі екрану. Це еквівалентно зменшенню магнітної проникності і екран переходить у режим екранування електромагнітного поля.

Щоб запобігти насиченню екрану, необхідно між ним і компонентами схеми мати зазор, не менший за 6 мм. Якщо екрани виготовлені з фольги, то перекриття у місці шву повинно становити не менше 13 – 20 мм, а радіуси кривизни повинні, по меншій мірі, вдвоє перевищувати товщину екрану.

У загальному випадку екран, товщина якого забезпечує необхідну механічну міцність, створює захист від усіх видів електромагнітного випромінювання, крім магнітних полів низькочастотного діапазону (0 – 3000 Гц).

Ефективний захист від електричних полів, електромагнітного випромінювання, а також від магнітних полів з частотами понад 1 МГц створюють мідні, або алюмінієві екрани. Для екранування магнітних полів з частотами 10 кГц – 1 МГц необхідно застосовувати стальну, або залізну фольгу, а для екранування магнітних полів з частотами, нижчими за 10 кГц, коли стають критичними розмір та маса екрану, - сплави з високою магнітною проникністю (мю – метал, пермалой та ін.) (табл. 6.1).

Таблиця 6.1 - Властивості типових провідників

Матеріал	П, нОмм	r, мкГн/м	Густина, кг/м3
1	2	3	4
Алюміній	27	1	2700
Латунь	61 - 110	1	8350 - 8700
Бронза	91 - 212	1	7570 - 8850

Продовження таблиці 6.1

1	2	3	4
Хром	132	1	7100
Мідь	17,2	1	8960
Золото	22	1	19300
Залізо	101	60 - 7000	7870
Свинець	206	1	11680
Магній	42	1	1740
Метглас	1250	62000 - 1100000	7280
Мю-метал	550 - 600	15000 - 150000	8800
Нікель	69	50 - 530	8900
Сплав нікель-срібло	290	1	8800
Пермалой	260 - 900	400 - 400000	8100 - 8800
Платина	106	1	21450
Срібло	16	1	10500
Припій ПОС	150	1	8890
М’яка сталь	100 – 197	120 - 2000	7860
Нержавіюча сталь	560 - 780	1	7730 - 7960
Супермалой	550 - 600	50000 - 1000000	8800
Олово	126	1	7300
Титан	540	1	4500
Цинк	60	1	7140

Встановлення додаткових екранів для зменшення рівня випромінюваних завад може призвести до виникнення резонансів у екрані, імовірність яких зростає, коли найбільший розмір екрану близький до половини довжини хвилі випромінювання. Для запобігання виникненню резонансів необхідно виготовляти екрани з металів, які мають низький питомий опір і високу магнітну проникність. Це дає змогу поглинати, а не відбивати електромагнітне випромінювання.