Характеристика металлов, применяемых для экранирования ЭМП
| Металл | Электрическая проводимость s×106, см/м | Магнитная проницаемость m/m9 | Коэффициент распространения
 , мм-1
| Импеданс
 ,Ом
|
| Медь Алюминий Сталь Свинец | 57,1 34,5 7,2 4,8 | 
| 
|
При определении электромагнитного поля сложных источников их разбивают на элементарные, а затем используют принцип суперпозиции полей. Импеданс среды для поля элементарного электрического излучателя
(6.57)
Импеданс среды для поля элементарного магнитного излучателя
(6.58)
Из выражений (6.57) и (6.58) видно, что вблизи источника, т. е. в зоне индукции (kr «1), импеданс среды преимущественно электрическому полю
(6.59)
импеданс среды преимущественно магнитному полю
(6.60)
С увеличением расстояния от источника импеданс zE уменьшается, а импеданс zH увеличивается (рис. 6.51). Оба импеданса будут стремиться к одному значению, которое они достигают в зоне излучения (kr >> 1): z = zEH = z*.
Рис. 6.51. Импеданс среды для элементарных и дучателей
в зависимости от расстояния до источника:
Различают экранирование магнитного, электрического и электромагнитного (плоская волна) полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда — воздух, и эффективность экранирования, пользуясь формулой (6.39), можно записать в виде
(6.61)
Чтобы произвести расчет по этой формуле, кроме толщины экрана h необходимо знать коэффициент распространения k̂* и импедансы z1и z2. Так как экран обычно изготовляют из металла, то c учетом зависимостей (6.27) и (6.56) коэффициент распространения k̂* и импеданс z2 будут равны:
. Более сложно определяется импеданс z1. В зоне излучения импеданс диэлектрической среды — воздуха — будет равен (для воздуха m » m0, e » e0) 
Ом. Однако в зоне индукции импеданс z1 зависит не только от вида основной составляющей электромагнитного поля [см. формулы (6.59) и (6.60)]. Он определяется также формой конструкции экрана (рис. 6.52). С учетом формы импеданс Zi при экрани-повании электоического поля записывают в виде
(6.62)
где т = 2 при r* = l/2 для плоского экрана; т = 1 при г* = r —для цилиндрического экрана; т = 1/Ö2 при г* = r - для сферического экрана (см. рис. 6.52).
Рис. 6.52. Конструкции экранов
Тогда при k̂* << 1, что обычно достигается на низких частотах (f< 104 Гц), chk̂*h » 1, a thk̂*h » k̂*h и эффективность экранирования электрического поля
Эта эффективность будет большой на низких частотах, а в диапазоне относительно высоких частот е ® 0.
При экранировании магнитного поля необходимо учитывать особенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для магнитных металлов (сталь, пермаллой, феррит) 
, а для немагнитных металлов (медь, алюминий, свинец) 
.Тогда для защитных устройств из магнитных металлов эффективность экранирования 
. Она не зависит от частоты. Для защитных устройств из немагнитных металлов
. Эта эффективность зависит от частоты и при частоте w®0 тоже стремится к нулю.
В области относительно высоких частот (104 <f, Гц < 109) эффективность экранирования удобно определять* по формуле
Из соотношения импедансов следует, что амплитудные коэффициенты [формула (6.38)] для плоского ТП, цилиндрического Тц и сферического Тс экранов при z1 > z2 имеют приблизительно следующее соотношение: ТП:ТЦ:ТС = 1:2:3. Это соотношение справедливо для экранов, изготовленных из одинакового материала и имеющих равную толщину стенок, причем расстояние между параллельными пластинами плоского экрана равно диаметру сферического или цилиндрического экранов (l= 2r или 2r). Таким образом, если эффективность экранирования плоским экраном принять за исходное значение еП = 20 lg|1/TП|, то эффективность экранирования цилиндром eЦ = 20 lg|1/TЦ| = 20 lg|1/TП| =
= еП – 20lg2 » еП -6 дБ, а эффективность экранирования сферой еС =еП—9,5 дБ. При экранировании магнитного поля магнитными материалами (z2 > z1) соотношение амплитудных коэффициентов передачи будет иметь обратную закономерность ТП:ТЦ:ТС= 1:1/2:1/3. На практике полученными соотношениями пользуются при определении, например, эффективности цилиндрического экрана по формулам плоского.
В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (f ³ 109…1010 Гц), длина волны l соизмерима с диаметром экрана d, т. е. l ³ d, и эффективность экранирования носит колебательный характер (рис. 6.53). В этой области импеданс Zi при экранировании магнитного и электрического полей цилиндрическим экраном следует определять по формулам:
(6.63)
где Jn(u) и Нп{и) — функции Бесселя* соответственно первого и третьего рода, порядка п (штрихом отмечены производные). С учетом соотношений (6.63) эффективность экранирования рассчитывают по формуле (6.61), при этом надо иметь в виду, что во многих случаях можно принять й/й «1 и пренебречь этим слагаемым.
Р и с . 6.53. Колебательный характер эффективности экранирования
ЭМП в диапазоне СВЧ:
а — электрическое поле; б — магнитное поле;
h1 = 0,01 мм; h2 = 0,001 мм; r = 5 мм
При наличии в экране для радиоэлектронной аппаратуры отверстий или щелей, возникающих вследствие несовершенства его конструкции и технологии изготовления, среднюю эффективность экранирования можно определить по эмпирической формуле
(6.64)
где импеданс z1 = zE1 при экранировании электрического поля; z1 = zH1 при экранировании магнитного поля; импеданс 
; слагаемые А и множитель В = 2ph / l учитывают негерметичность экрана
где г* » 0,62V1/3 —эквивалентный радиус экрана любой геометрической формы (V—внутренний объем экрана); l - наибольший размер отверстия (щели) в экране; 
. Формула (6.64) применима в диапазоне частот, пока k1l < 2, l > 0.
Для защиты от ЭМП обычно применяют металлические листы, которые обеспечивают быстрое затухание поля в материале. Однако во многих случаях экономически выгодно вместо металлического экрана использовать проволочные сетки, фольговые и радиопоглоща-ющие материалы, сотовые решетки.
Эффективность экранирования электрического поля при использовании проволочных сеток
.
Здесь слагаемое А означает то же, что в выражении (6.64) (k1l < 2), а множитель С и величину z при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по формулам: С= pd/(s—d), z = 1/s2h*, где эквивалентная толщина сетки h* = pd2/4s.
В сортамент фольговых материалов толщиной 0,01...0,05 мм входят в основном диамагнитные материалы — алюминий, латунь, цинк. Расчет эффективности экранирования фольговых материалов производится по формулам для тонких материалов. При негерметичности эффективность экранирования электрического поля
,
где z = 1/s2h.
Радиопоглощающие материалы изготовляют в виде эластичных и жестких пенопластов, тонких листов, рыхлой сыпучей массы или заливочных компаундов. В табл. 6.11 приведены характеристики некоторых радиопоглощающих материалов. В последнее время все большее распространение получают керамикометаллические композиции.
Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к ширине ячейки.
Таблица 6.11.