Электромагнитная совместимость электронных средств

Введение

Обеспечение совместной работы различных радиоэлектронных средств, их электромагнитная совместимость по мере увеличения количества потребителей, приобретает всё большее значение. Значимость проблемы ЭМС и её обострение определяются не только стремительным ростом количества, многообразием и сложностью самих радиоэлектронных систем, её важность подтверждается необходимостью изменить мнение о том, что обеспечением ЭМС следует заниматься только после нарушения условий совместной эксплуатации.
Цель реферата является более детальное раскрытие особенностей экранирования в различных частотных диапазонах, экранирование радиочастотных элементов и СВЧ устройств, а также механизм связи источников и рецепторов электромагнитных помех.
Структура реферата состоит из содержания, введения, основной части, заключения и списка источников.
Реферат изложен на 15 страниц.





1.Особенности экранирования в различных частотных диапазонах
Экранирование является конструкторским средством ослабления электромагнитного поля помех в пределах пространства, задаваемого формой и размерами экрана. Оно предназначено для повышения помехозащищенности и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры, средств и систем. Экраны применяются как для отдельных элементов, функциональных узлов, блоков аппаратуры, так и для РЭС в целом, которые могут быть либо источниками, либо рецепторами помех.
Экранирование также является одним из эффективных средств защиты РЭС и аппаратуры от излучения радиолокационных установок, генерирующих мощные радиоимпульсы, а также от действия мощного электромагнитного импульса, возникающего при атомных и термоядерных взрывах.
Формулу эффективности электромагнитного экранирования можно представить в виде S = R + А + В.
Здесь все величины измеряются в децибелах; R - затухание за счет отражения ЭМП от границ раздела воздух-экран, R = 20 lg | (Zд + Zм)2 / 4ZдZм |; А - затухание за счет поглощения, вызванное тепловыми потерями от возбуждаемых вихревых токов в металле, А = 8,69| k | t ¤ 2 ; В - затухание электромагнитной энергии за счет затухающих внутренних переотражений между стенками экрана, В = 20 lg | 1 - [(Zд - Zм) / (Zд + Zм)]2 ехр(-2kt)|.
При расчетах экранирования пользуются модулями значений комплексных параметров: | k| = wms , | Zм | = wm s .
В зависимости от вида источника поля помехи в расчетные соотношения и подставляются следующие выражения: т д Z = m0 e0 - волновое сопротивление области I электромагнитному полю (в дальней зоне); Z r H д 0 = wm - модуль волнового сопротивления области I магнитному полю; Z r E д 0 =1 we – модуль волнового сопротивления области I электрическому полю; где r - расстояние от источника поля помехи до экрана (в ближней зоне).
Для электромагнитного и электрического полей | Zд | >> | Zм |, что позволяет упростить формулы для расчета R и В, дБ, R = 20 lg | Zд / 4Zм | ; В = 20 lg | 1 - ехр(-2t/ d) |.
При сравнении толщины стенки экрана t с толщиной скинслоя d в зависимости от частоты, выделяют два случая.
Частоты, при которых t < d, условно называют низкими, а частоты, при которых t > d, - высокими.
Расчетные выражения эффективности экранирования в области низких и высоких частот могут быть упрощены.
В области низких частот, используя приближения ch | k | t » 1, th | k | t » | k | t, затуханием за счет поглощения можно пренебречь, тогда преобразуется в S » 20 lg [1 + 0,5(| Zд / Zм | + | Zм / Zд |) | k | t].
Для квазиэлектростатического поля с учетом того, что д м Z E Z >>
Z Z Eм д , отражение в основном определяется первой границей воздух-экран и соотношение преобразуется к виду S Е = 20 lg (1 + s t / 2we0r).
Из этого следует, что эффективность экранирования возрастает с увеличением проводимости экрана и его толщины, уменьшается с ростом частоты воздействующего квазиэлектростатического поля и не зависит от магнитной проницаемости экрана. Поскольку проводимость немагнитных металлов выше проводимости магнитных, экраны из немагнитных металлов эффективнее экранируют квазиэлектростатическое поле.
В случае квазимагнитостатического поля следует учитывать особенности магнитных свойств немагнитных (медь, алюминий, латунь) и магнитных (сталь, пермалой) металлов[1].
_________________
1Е 90 Ефанов В.И., Тихомиров А.А.. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем . Учебное пособие. – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. – 228 с.


Для экранов из немагнитных материалов выполняются условия д м Z H Z > Z Z Hм д , поэтому отражение определяется главным образом первой границей воздух-экран: S Hн.м = 20 lg (1 + wm0rst/2)

.
Для экранов из магнитных материалов в области нулевых частот
Z Z Hм д > д м Z H Z отражение обусловлено в основном второй границей экран-воздух. При этом соотношение преобразуется к виду S Hм.м = 20 lg (1 + mr t /2r). Следует, что для квазимагнитостатического поля эффективность
экранирования немагнитным экраном возрастает с увеличением проводимости и толщины экрана, а также с ростом частоты источника поля. Эффективность экранирования магнитным экраном возрастает с увеличением магнитной проницаемости и толщины экрана и не зависит от проводимости металла экрана и частоты источника поля.
Эффективность экранирования электрического поля существенно выше, чем магнитного. Эффективность экранирования поля плоской электромагнитной волны выше, чем магнитного, но меньше, чем электрического. Поэтому конструктивно сложнее всего обеспечить защиту от воздействия магнитных полей.
При экранировании электрического поля экранирующий эффект с ростом частоты уменьшается. Сущность электростатического экранирования
заключается в замыкании электрического поля на массу экрана. С ростом частоты возрастает роль вихревых токов и электростатический экран переходит в электромагнитный режим работы, при этом SE возрастает. Минимальное значение SE достигается при переходе из электрического режима в электромагнитный.
Экранировании магнитного поля немагнитным экраном экранирующий эффект равен нулю при f = 0. Экранирование квазимагнитостатического поля магнитным экраном основывается на замыкании поля в экране за счет повышенной его магнитопроводности. При повышении частоты возрастает роль вихревых токов и экран, выполненный как из магнитного, так и немагнитного металлов, переходит в электромагнитный режим работы. В частотной зависимости эффективности
экранирования магнитного поля можно выделить область низких частот, где
немагнитный экран обеспечивает несколько большую эффективность экранирования по сравнению с магнитным. Как в области нулевой частоты, так и в области высоких частот магнитный экран по эффективности значительно превосходит немагнитный экран. Однако применение магнитных металлов в экранах приводит к большим электрическим потерям в экранируемой цепи по сравнению с немагнитными металлами. Следовательно, при выборе материала экрана магнитный металл будет предпочтителен только тогда, когда можно не учитывать потери, вносимые им в защищаемый от помех функциональный узел аппаратуры.
В области высоких частот для любого вида поля | Zд / Zм | > | Zм / Zд | и, следовательно, при определении эффективности экранирования второй границей отражения можно пренебречь. В результате упрощается формула для расчета экранного затухания за счет отражения:R = 20 lg |1 + Zд th kt /2Zм.
В области высоких частот эффективность экранирования любого из рассматриваемых видов полей экранами, выполненными из немагнитного и магнитного металлов, возрастает за счет увеличения поглощения с ростом частоты. При этом эффективность S Hн.м оказывается выше, чем S Hн.м , так как в области высоких частот эффективность экранирования в основном определяется поглощением.
2.Экранирование радиочастотных элементов и СВЧ устройств
Экранируются отдельные элементы и узлы устройства, при этом их форма размеры определяют конструкцию экрана, а сам экран должен компоноваться в общем устройстве и обеспечивать нормальный тепловой режим экранируемого узла, его ремонтопригодность, технологичность конструкции.
Основными принципами разработки средств защиты от воздействия электромагнитных волн при работе высокочастотных установок являются: уменьшение излучений непосредственно от самого источника излучения; экранирование источника излучения; экранирование рабочего места; применение средств индивидуальной защиты.
В зависимости от диапазона частот, типа источника излучения, его мощности и характера работы может быть применен один из указанных видов защиты или любая их комбинация.
В диапазоне высоких частот для снижения напряженности электромагнитного поля на рабочих местах рекомендуется применять два типа защиты:
1. Раздельное экранирование высокочастотных элементов, являющихся источниками полей на рабочих местах (конденсатор связи, высокочастотный трансформатор, линии передачи высокочастотной энергии и нагревательный индуктор).
2. Полное экранирование высокочастотного генератора, предусматривающее экранирование всей установки, кроме индуктора, который вместе с пультом управления выносится на экран. Излучающие элементы на плавильном участке (линии передачи высокочастотной энергии, плавильный индуктор) экранируются отдельно.
Экранирование высокочастотных элементов генератора осуществляется листами алюминия или железа толщиной не менее 0,5 мм