Что такое экран в физике
Перейти к содержимому

Что такое экран в физике

  • автор:

Физическая сущность экранирования

Экран, с физической точки зрения, — замкнутая металлическая оболочка, препятствующая попаданию поля в пространство. Занятое электронным устройством. Механизм экранирования двоякий:

· поглощение (вихревые токи) при этом энергия паразитного поля идёт на джоулевое тепло, перемагничивание

Эффективность экранирования зависит от материала экрана, толщины экрана. Количественно эффективность экрана определяется численным значением коэффициентом экранирования. Под коэффициентом экранирования понимается отношения величины напряженности паразитного поля до экрана к напряженности паразитного поля после экрана т.е. коэффициент экранирования прошедшего через экран вычисляется как в децибельной форме, так и не в децибельной

Электростатический экран — тонкие металлические листы и даже пленки, электропроводящие краски, проволочные сетки, обладающие хорошей проводимостью, обеспечивающие замыкание помехи на землю. Электростатическое экранирование основано на замыкании электрического экрана на шину с нулевым потенциалом (корпусом, землей). Эффективность экранирования электростатического поля не зависит от толщины и материала экрана, так как токи, протекающие по нему малы. Часто электростатические экраны выполняют в виде тонкого слоя металлизации нижней стороны корпуса ИС. В качестве экрана может использоваться сетка. Окна в сетке должны быть меньше длины волны электрического поля.

Магнитостатический экран – экран изготовляется из ферромагнитных материалов (пермалой, сталь) с большой магнитной проницаемостью. Линии индукции проходят, в основном, по стенкам экрана, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с воздушным пространством (чем толще экран и меньше стыков, тем меньше сопротивление). В магнитостатическом экранирование толщина экрана берется очень большой – от 0,5 до 1,5 мм. Материал – ферромагнетики с большой магнитной проницаемостью (пермалой, ферриты). При наличии такого экрана силовые магнитные линии проходят, в основном, по его стенкам, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением воздушного пространства (эффект шунтирования).

Электромагнитный экран – механизм подавления помех состоит в отражении поля от поверхности экрана (вытеснению внешнего поле из пространства, занятого экраном) и затуханию его в теле экрана (с повышением частоты) и основан на действии возникающих в теле экрана вихревых токов.

Для экрана используются материалы, содержащие алюминий, медь, серебро, золото, марганец, бериллий с низким удельным сопротивлением.

Защита конструкторской аппаратуры от воздействия влаги

В процессе производства, хранения и эксплуатации аппаратура может подвергаться воздействию влаги (водяного пара), содержащейся в окружающем пространстве. Содержание влаги в воздухе зависит от температуры и давления.

Величины, характеризующие массу водяного пара, находящегося в воздухе:

1. Упругость или парциальное давление водяного пара. Измеряется в Паскалях и характеризует количество влаги, находящееся в атмосферном воздухе.

2. Абсолютная влажность — это масса водяного пара, содержащегося в единице объема при нормальных условиях (давление 750 мм рт. ст.= 0,1 МПа).

3. Относительная влажность – выраженное в процентах отношение фактической абсолютной влажности к максимально возможной.

4. Точка росы – температура полного насыщения воздуха водяным паром.

Воздействие влаги появляется в том, что происходит разрушение структуры материала. Проявляется это по-разному:

· в металлах происходит коррозия;

· в изоляционных материалах поглощением влаги и как следствие понижением изоляционных свойств.

При этом резко сокращается срок службы металлических компонентов. Так, например, срок службы компонентов, содержащих металлические детали (черный металл) сокращается в 2 — 2,5 раза. Срок службы компонентов содержащих детали из алюминиевых сплавов в 2 раза.

При воздействии влаги:

· снижаются электроизоляционные свойства;

· нарушается сопротивление изоляции;

· растут диэлектрические потери;

· разрушается структура резисторов и изменяется их сопротивление;

· накапливаются объемные заряды в биполярных полупроводниковых интегральных схемах;

· в виду того, что микро миниатюризация электронной аппаратуры приводит к снижению расстояний между токонесущими частями, попадание влаги вызывает деградацию параметров (штепсельные разъемы, переходные платы, межслойное пространство многослойных плат с печатным монтажом);

· коррозия металлизации интегральных схем;

· проникновение влаги в пластмассовые корпуса из-за недостаточной их герметизации.

Собственно влияние влаги на электронную базу носит обратимый характер, однако при прохождении электрического тока эти изменения становятся необратимыми.

Способы влагозащиты аппаратуры

Для защиты применяются так называемые влагозащитные конструкции.

Монолитные оболочки – составляют неразрывное целое с защищаемым узлом. Сложность создания оболочек объясняется тем, что они часто служат несущей конструкцией, теплоотводом, защитой от электрических воздействий, ионизирующих излучений, пыли, света, микроорганизмов.

Полые (пустые) влагозащитные оболочки защищают от механического контакта с оболочкой, что обеспечивает работу в более широком диапазоне температур, и исключают химическое воздействие оболочки и защищаемого компонента. Полые оболочки, как правило, имеют более высокую эффективность влагозащиты, но имеют значительные габариты, массу, стоимость. Наиболее эффективно использование полых оболочек для групповой герметизации. Стоимость полых оболочек высокая, ремонтоспособность низкая. Ниже показано многообразие влагозащитных конструкций.

Воздействие колебаний атмосферного давления.

Атмосферное давление

На поверхности земли колебания атмосферного давления незначительны, поэтому они существенного влияния на аппаратуру не оказывают. Однако, аппаратура, используемая в высокогорных работах, в подземных и подводных условиях испытывают влияние атмосферного давления, которое существенно отличается от нормального. Особенно сильное воздействие испытывает аппаратура, устанавливаемая на борту летательных аппаратов и морских судов.

Изменение атмосферного давления проявляется непосредственно и косвенно.

Непосредственное воздействие состоит в том, что изменяются характеристики элементов. Например, у конденсаторов с воздушным диэлектриком изменяется емкость и допустимое рабочее напряжение.

Косвенное воздействие состоит в том, что, например, при повышении давления, ухудшается условие воздушного охлаждения аппаратуры вследствие уменьшения плотности воздуха.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Магнитное экранирование (магнитная защита)

Магнитное экранирование (магнитная защита) — защита объекта от воздействия магн. полей (постоянных и переменных). Совр. исследования в ряде областей науки (физика, геология, палеонтология, биомагнетизм) и техники (космич. исследования, атомная энергетика, материаловедение) часто связаны с измерениями очень слабых магн. полей

10 -14 -10 -9 Тл в широком частотном диапазоне. Внешние магнитные поля (например, поле Земли 2566-10.jpgТл с шумом 2566-11.jpgТл, магн. шумы от электрич. сетей и городского транспорта) создают сильные помехи для работы высокочувствит. магнитометрич. аппаратуры. Уменьшение влияния магн. полей в сильной степени определяет возможности проведения магн. измерений (см., напр., Магнитные поля биологических объектов ).Среди методов М. э. наиболее распространены следующие.

2566-7.jpg

Экранирующее действие полого цилиндра из ферромагнитного вещества с 2566-8.jpg(1 — внеш. поверхность цилиндра, 2 -внутр. поверхность). Остаточное магнитное 2566-9.jpgполе внутри цилиндра

Ферромагнитный экран — лист, цилиндр, сфера (или оболочка к—л. иной формы) из материала с высокой магнитной проницаемостью m низкой остаточной индукцией Вr и малой коэрцитивной силой Нс. Принцип действия такого экрана можно проиллюстрировать на примере полого цилиндра, помещённого в однородное магн. поле (рис.). Линии индукции внеш. магн. поля Bвнеш при переходе из среды с 2566-12.jpgв материал экрана заметно сгущаются, а в полости цилиндра густота линий индукции уменьшается, т. е. поле внутри цилиндра оказывается ослабленным. Ослабление поля описывается ф-лой

2566-13.jpg

где D — диаметр цилиндра, d — толщина его стенки, 2566-14.jpg— магн. проницаемость материала стенки. Для расчёта эффективности М. э. объёмов разл. конфигурации часто используют ф-лу

2566-15.jpg

где 2566-16.jpg— радиус эквивалентной сферы (практически ср. значение размеров экрана в трёх взаимно перпендикулярных направлениях, т. к. форма экрана мало влияет на эффективность М. э.).

Из ф-л (1) и (2) следует, что использование материалов с высокой магн. проницаемостью 2566-17.jpg[таких, как пермаллой (36-85% Ni, остальное Fe и легирующие добавки) или мю-металл (72-76% Ni, 5% Сu, 2% Сr, 1% Мn, остальное Fe)] существенно улучшает качество экранов (у железа 2566-18.jpg). Кажущийся очевидным способ улучшения экранирования за счёт утолщения стенки не оптимален. Эффективнее работают многослойные экраны с промежутками между слоями, для к-рых коэф. экранирования 2566-19.jpgравен произведению коэф. для отд. слоев. Именно многослойные экраны (внеш. слои из магн. материалов, насыщающихся при высоких значениях В, внутренние — из пермаллоя или мю-металла) составляют основу конструкций магнитозащищённых комнат для биомагнитных, палеомагнитных и т. п. исследований. Следует отметить, что применение защитных материалов типа пермаллоя связано с рядом трудностей, в частности с тем, что их магн. свойства при деформациях и значит. нагревах ухудшаются, они практически не допускают сварки, значит. изгибов и др. механич. нагрузок. В совр. магн. экранах широко применяются ферромагн. металлические стёкла (метглассы), близкие по магн. свойствам к пермаллою, но не столь чувствительные к механич. воздействиям. Полотно, сотканное из полосок метгласса, допускает изготовление мягких магн. экранов произвольной формы, а многослойное экранирование этим материалом много проще и дешевле.

Экраны из материала с высокой электропроводностью (Сu, А1 и др.) служат для защиты от переменных магн. полей. При изменении внеш. магн. поля в стенках экрана возникают индукц. токи, к-рые охватывают экранируемый объём. Магн. поле этих токов направлено противоположно внеш. возмущению и частично компенсирует его. Для частот выше 1 Гц коэф. экранировки К растёт пропорционально частоте:

2566-20.jpg

где 2566-21.jpgмагнитная постоянная , 2566-22.jpg— электропроводность материала стенки, L — размер экрана, 2566-23.jpg— толщина стенки, f — круговая частота.

Магн. экраны из Сu и А1 менее эффективны, чем ферромагнитные, особенно в случае низкочастотного эл—магн. поля, но простота изготовления и невысокая стоимость часто делают их более предпочтительными в применении.

Сверхпроводящие экраны. Действие экранов этого типа основано на Мейснера эффекте — полном вытеснении магн. поля из сверхпроводника. При всяком изменении внеш. магн. потока в сверхпроводниках возникают токи, к-рые в соответствии с Ленца правилом компенсируют эти изменения. В отличие от обычных проводников в сверхпроводниках индукц. токи не затухают и поэтому компенсируют изменение потока в течение всего времени существования внеш. поля. То обстоятельство, что сверхпроводящие экраны могут работать при очень низких темп-pax и полях, не превышающих критич. значения (см. Критическое магнитное поле ),приводит к существенным трудностям при конструировании больших магнитозащищённых «тёплых» объёмов. Однако открытие оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ОВС), сделанное Й. Беднорцем и К. Мюллером (J. G. Bednorz, К. A. Miiller, 1986), создаёт новые возможности в использовании сверхпроводящих магн. экранов. По-видимому, после преодоления технологич. трудностей в изготовлении ОВС, будут применяться сверхпроводящие экраны из материалов, становящихся сверхпроводниками при температуре кипения азота (а в перспективе, возможно, и при комнатных температурах).

Следует отметить, что внутри магнитозащищённого сверхпроводником объёма сохраняется остаточное поле, существовавшее в нём в момент перехода материала экрана в сверхпроводящее состояние. Для уменьшения этого остаточного поля необходимо принять спец. меры. Напр., переводить экран в сверхпроводящее состояние при малом по сравнению с земным магн. поле в защищаемом объёме или использовать метод «раздувающихся экранов», при к-ром оболочка экрана в сложенном виде переводится в сверхпроводящее состояние, а затем расправляется. Подобные меры позволяют пока в небольших объёмах, ограниченных сверхпроводящими экранами, свести остаточные поля до величины 2566-24.jpgТл.

Активная защита от помех осуществляется при помощи компенсирующих катушек, создающих магн. поле, равное по величине и противоположное по направлению полю помехи. Алгебраически складываясь, эти поля компенсируют друг друга. Наиб. известны катушки Гельмгольца, представляющие собой две одинаковые соосные круговые катушки с током, раздвинутые на расстояние, равное радиусу катушек. Достаточно однородное магн. поле создаётся в центре между ними. Для компенсации по трём пространств. компонентам необходимы минимум три пары катушек. Существует много вариантов таких систем, и выбор их определяется конкретными требованиями.

Система активной защиты, как правило, используется для подавления НЧ-помех (в диапазоне частот 0-50 Гц). Одно из её назначений — компенсация пост. магн. поля Земли, для чего необходимы высокостабильные и мощные источники тока; второе — компенсация вариаций магн. поля, для к-рой могут использоваться более слабые источники тока, управляемые датчиками магн. поля, напр. магнитометрами высокой чувствительности — сквидами или феррозондами .В большой степени полнота компенсации определяется именно этими датчиками.

Существует важное отличие активной защиты от магн. экранов. Магн. экраны устраняют шумы во всём объёме, ограниченном экраном, в то время как активная защита устраняет помехи лишь в локальной области.

Все системы подавления магн. помех нуждаются в антивибрац. защите. Вибрация экранов и датчиков магн. поля сама может стать источником дополнит. помех.

Что такое экран в оптике физика

Свет – это электромагнитные волны, длины волн которых лежат для среднего глаза человека в пределах от 400 до 760 нм. В этих пределах свет называется видимым. Свет с наибольшей длиной волны кажется нам красным, а с наименьшей – фиолетовым. Запомнить чередование цветов спектра легко с помощью поговорки «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Первые буквы слов поговорки соответствуют первым буквам основных цветов спектра в порядке убывания длины волны (и соответственно возрастания частоты): «Красный – Оранжевый – Желтый – Зеленый – Голубой – Синий – Фиолетовый». Свет с большими, чем у красного, длинами волн, называется инфракрасным. Его наш глаз не замечает, но наша кожа фиксирует такие волны в виде теплового излучения. Свет с меньшими, чем у фиолетового, длинами волн, называется ультрафиолетовым.

Электромагнитные волны (и, в частности, световые волны, или просто свет) – это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы электрической напряженности и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Световые волны, как и любые другие электромагнитные волны, распространяются в веществе с конечной скоростью, которая может быть рассчитана по формуле:

где: ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10 –12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10 –6 Гн/м. Скорость света в вакууме (где ε = μ = 1) постоянна и равна с = 3∙10 8 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорость света в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Если свет распространяется в какой-либо среде, то скорость его распространения также выражается следующим соотношением:

где: n – показатель преломления вещества – физическая величина, показывающая во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме. Показатель преломления, как видно из предыдущих формул, может быть рассчитан следующим образом:

  • Свет переносит энергию. При распространении световых волн возникает поток электромагнитной энергии.
  • Световые волны испускаются в виде отдельных квантов электромагнитного излучения (фотонов) атомами или молекулами.

Кроме света существуют и другие виды электромагнитных волн. Далее они перечислены по уменьшению длины волны (и соответственно, по возрастанию частоты):

  • Радиоволны;
  • Инфракрасное излучение;
  • Видимый свет;
  • Ультрафиолетовое излучение;
  • Рентгеновское излучение;
  • Гамма-излучение.

Интерференция

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Оно связано с перераспределением световой энергии в пространстве при наложении так называемых когерентных волн, то есть волн, имеющих одинаковые частоты и постоянную разность фаз. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Для расчета интерференции используется понятие оптической длины пути. Пусть свет прошел расстояние L в среде с показанием преломления n. Тогда его оптическая длина пути рассчитывается по формуле:

Для интерференции необходимо наложение хотя бы двух лучей. Для них вычисляется оптическая разность хода (разность оптических длин) по следующей формуле:

Именно эта величина и определяет, что получится при интерференции: минимум или максимум. Запомните следующее: интерференционный максимум (светлая полоса) наблюдается в тех точках пространства, в которых выполняется следующее условие:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При m = 0 наблюдается максимум нулевого порядка, при m = ±1 максимум первого порядка и так далее. Интерференционный минимум (темная полоса) наблюдается при выполнении следующего условия:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При первом нечетном числе (единица) будет минимум первого порядка, при втором (тройка) минимум второго порядка и т.д. Минимума нулевого порядка не бывает.

Дифракция. Дифракционная решетка

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны света (огибание светом препятствий). Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени (то есть быть там, где его быть не должно). Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Дифракционные решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.

При нормальном падении света на дифракционную решетку в некоторых направлениях (помимо того, в котором изначально падал свет) наблюдаются максимумы. Для того, чтобы наблюдался интерференционный максимум, должно выполняться следующее условие:

где: d – период (или постоянная) решетки (расстояние между соседними штрихами), m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

Законы геометрической оптики

Геометрическая оптика – это раздел физики, в котором не учитываются волновые свойства света. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

Оптически однородная среда — это среда, во всем объеме которой показатель преломления остаётся неизменным.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Этот закон приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны (в этом случае наблюдается дифракция).

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α. Заметьте, что все углы в оптике измеряются от перпендикуляра к границе раздела двух сред.

Закон преломления света (закон Снеллиуса): падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред, и определяется выражением:

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В.Снеллиусом в 1621 году. Постоянную величину n21 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Среду с большим значением абсолютного показателя называют оптически более плотной, а с меньшим – менее плотной. При переходе из менее плотной среды в более плотную луч «прижимается» к перпендикуляру, а при переходе из более плотной в менее плотную – «удаляется» от перпендикуляра. Единственный случай, когда луч не преломляется, это если угол падения равен 0 (то есть лучи перпендикулярны границе раздела сред).

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

Экранирование радиоэлектронной аппаратуры как метод обеспечения электромагнитной совместимости

Финансовые и временные затраты на экранирование РЭА возрастают экспоненциально с увеличением размеров устройства и приближением момента сдачи изделия. При этом цена просчета, совершенного в начале проектирования, на этапе сдачи изделия может сравняться с его стоимостью. В качестве практического примера возьмем изделие, представляющее собой набор оборудования, установленного в морской контейнер. В целом к изделию предъявляются жесткие военные требования по излучаемым помехам в широком частотном диапазоне. Однако данные требования не были учтены в ходе проектирования контейнера. В результате в конструкции не создан надежный контакт по периметру дверей, не установлены фильтры ввода питания, оценочный коэффициент экранирования вентиляционной решетки недостаточен для обеспечения заданного в ГОСТе коэффициента экранирования. По предварительной оценке, переделка контейнера, с учетом сроков сдачи изделия в эксплуатацию, превышает стоимость самого контейнера. Именно поэтому необходимо тщательно планировать помеховую обстановку изделия, применяя экраны, фильтры и поглощающие материалы.

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с экраном (рис. 1) и определение коэффициента экранирования. В общем случае коэффициент экранирования Кэ — это отношение интенсивности электромагнитного поля, измеренной до установки непрерывного бесконечного экрана и после его установки. Формулы для расчета взаимодействия при измерении напряженности поля в различных величинах:

где Е1 — падающая волна; Е2 — прошедшая волна; Е3 — поглощенная волна; Е4 — переотраженная волна; Е5 — отраженная волна.

Взаимодействие электромагнитной волны с экраном

Рис. 1. Взаимодействие электромагнитной волны с экраном

От каждой границы раздела сред совершается отражение электромагнитной волны, а в толще материала происходит поглощение. На высоких частотах коэффициент экранирования определяется в основном коэффициентом отражения Е5, который для электромагнитного поля близок к 100% и растет с повышением частоты и проводимости материала. Коэффициент отражения связан с генерацией в тонком приповерхностном слое токов той же частоты, что и воздействующее поле и, следовательно, с генерацией поля противоположной направленности. Поглощение Е3 связано со скин-эффектом — протеканием токов высокой частоты в тонком приповерхностном слое проводника. Толщина скин-слоя убывает с ростом частоты и проводимости и увеличивается с повышением магнитной проницаемости. Например, для 50 Гц — 1 см; для 5 кГц — 0,1 см; для 0,5 МГц — 10 мкм; для 2,4 ГГц — 1,67 мкм. Таким образом, для эффективного экранирования высоко­частотных полей достаточно иметь тонкий экран из материала с высокой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью.

Напротив, для экранирования постоянных магнитных полей и низкочастотных электромагнитных полей, где преобладает магнитная составляющая, необходимы материалы с высокой магнитной проницаемостью. Чем выше магнитная проницаемость материала, тем выше коэффициент экранирования.

Итоговый коэффициент экранирования представляет собой сумму потерь на отражение и поглощение. На рис. 2 приведены расчетные значения потерь на отражение и поглощение для стали (проводимость 7,69×10 6 См/м, относительная магнитная проницаемость 50) и меди (проводимость 58×10 6 , проницаемость 0,9999). Для меди с ростом частоты потери на отражение уменьшаются, а потери на поглощение увеличиваются из-за ее высокой проводимости. Для стали потери на отражение также уменьшаются, потери на поглощение растут сначала даже быстрее, чем у меди, поскольку на низких частотах все еще велика магнитная составляющая, однако с дальнейшим повышением частоты эта же проницаемость, а также низкая проводимость стали приводят к уменьшению потерь на поглощение, и на сверхвысоких частотах сталь малоэффективна. Следовательно, для экранирования на высоких частотах предпочтительны материалы с высокой проводимостью, на низких частотах — материалы с высокой проницаемостью.

Расчетные значения потерь на отражение и поглощение

Рис. 2. Расчетные значения потерь на отражение и поглощение

Примеры металлов и сплавов сведены в таблицу. Для экранирования магнитного поля предпочтительным материалом является пермаллой с начальной проницаемостью 10×10 3 –100×10 3 . Далее по убывающей: альсифер — 35 000, железо чистое — 10 000, трансформаторная сталь — 250–1000, сталь конструкционная — 50 и другие магнитомягкие материалы. Для экранирования высокочастотных электромагнитных полей необходимо применять материалы с высокой проводимостью: серебро 62×10 6 , медь 58×10 6 , алюминий 37×10 6 , латунь 12,5×10 6 , сталь 7,6×10 6 . При этом металлы и сплавы с высокой проводимостью, кроме стали, не годятся для экранирования постоянных магнитных полей, поскольку имеют магнитную проницаемость, равную 1 (как у воздуха). Для экранирования в широком диапазоне частот лучше всего подходят многослойные материалы — например, сталь с нанесенным слоем из хорошо проводящего металла. Такие листы применяют для изготовления безэховых камер. Для дальнейшего повышения коэффициента экранирования возможно использование комбинированных многослойных материалов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *