Физические основы экранирования электрических полей, выбор материалов экрана.

Билет

Экранирование является одним из основных путей снижения влияния внешних электромагнитных полей и уменьшения собственных побочных и непреднамеренных излучений при защите РЭС и кабельных линий связи от средств радио- и радиотехнической разведок, средств радиоэлектронной разведки устанавливаемых на кабельных линиях связи и вблизи излучающих разведываемых объектов.

Экранируют кабели, в которых циркулирует защищаемая информация, отдельные узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры. Экранирование применяют и к радиоэлектронным системам целиком, создавая для этого специальные помещения, здания и сооружения. В полевых условиях для экранирования используют токопроводящие сетки и накидки.

Экранирующий эффект состоит в уменьшении мощности излучения Р_изл и характеризуется коэффициентом экранирования:

где Р _прин мощность излучения, принимаемая измерителем при тех же параметрах приемной антенны, но при наличии экрана.

Если электромагнитное излучение разложить на составляющие эффективность экранирования будет представляться в следующем виде:

где К_Е и К_Н коэффициенты ослабления по электрическому и магнитному полям.

На рис. 2.2. показан механизм экранирования электрических статических полей.

Для осуществления электростатического экранирования используется явление электростатической индукции. Если источник электростатического поля защищен металлическим экраном, то в результате индукции на внутренней и внешней поверхности экрана произойдет разделение электрических зарядов (рис 2.а). При этом в стационарном режиме в любой момент времени внешняя поверхность экрана является носителем того же знака, что и источник (ИН). Если экран не заземлен, то рецептор наводки (РН) будет также подвержен воздействию поля источника наводки (ИН), как и при отсутствии экрана.

При заземлении экрана заряд, индуцированный на внешней поверхности экрана, отводится на корпус прибора или землю, и поле вне экрана становится равным нулю (рис. 2.б). Таким образом, электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования.

Экранирующие материалы и конструкции экранов. Для экранирования электрических полей используют материалы с высокой электропроводностью. Эффективность такого экрана, как видно из выше приведенных формул, бесконечно велика на очень низких частотах и падает с их ростом. Экранировать магнитные поля более сложно, поскольку затухание из-за отражения равно нулю для некоторых сочетаний материалов и частот. С уменьшение частоты ослабление магнитного поля из-за отражения и поглощения в немагнитных материалах (например, в алюминии) падает, поэтому трудно создать магнитный экран из немагнитных материалов. На высоких частотах, где экранирование обеспечивается и поглощением и отражением, выбор материала менее критичен. Магнитные материалы обеспечивают лучшее экранирование от плоских волн за счет поглощения, в то время как электропроводящие материалы – за счет отражения.

Принято считать, что большинство жестких механических материалов обладают хорошими экранирующими свойствами. На звуковых частотах эта закономерность не соблюдается, и для магнитного экранирования следует применять материалы с высокой магнитной проницаемостью.

На низких частотах стальной экран, магнитная проницаемость которого может быть достаточно высока (или экран из другого электропроводящего материала со значительной магнитной проницаемостью), оказывается эффективнее медного по поглощению. Однако для повышения его эффективности приходится увеличивать толщину экранирующего листа. Кроме того, с ростом частоты магнитная проницаемость всех материалов быстро уменьшается, причем тем значительнее, чем больше ее начальное значение. Поэтому материалы с большой магнитной проницаемостью (104 Гн/м) целесообразно использовать только до частот порядка 1 кГц. При больших значениях напряженности магнитного поля из-за насыщения материала ферромагнетика его магнитная проницаемость падает тем резче, чем больше начальное значение проницаемости.

Для того, чтобы избежать эффекта насыщения экран делают многослойным, при этом желательно, чтобы каждый последующий (по отношению к экранируемому излучению) слой имел большее начальное значение магнитной проницаемости, чем предыдущий, так как эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля в толщину материала обратно пропорциональна произведению его магнитной проницаемости и проводимости. Той же толщины, но исполненные многослойно экраны более эффективны, так как дополнительно обеспечивают многократное отражение электромагнитной энергии на границе раздела свободное пространство-экран. Наиболее эффективны экраны из комбинаций магнитных и немагнитных слоев, например, сочетание медного и стального слоев.

В ряду специально изготавливаемых для экранирования материалов находятся различные аморфные сплавы. На основе которых созданы экраны с коэффициентом экранирования до 60 дБ. Из аморфных ферромагнетиков также разработаны магнитные экраны для квазистатических полей (магнитного поля земли). Для магнитного экранирования малых объемов возможно применение аморфного ферромагнитного микропровода.

Билет