4.4.1. Принцип действия экранов

Экранирование служит для ослабления электрических, маг­нитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и элект­ронных промышленных средств и устройств помехи, обуслов­ленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е₀, Н₀ воздейст­вующего поля до значений E₁ H₁ за экраном (рис. 4.23). Физи­чески экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источ­ника.

На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная прони­цаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для уточнения этих общих положений будем исходить из то­го, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания а_SA обусловленный поглощением), а частично - отражением па­дающей волны (коэффициент затухания a_SR, обусловленный отражением).

Рис. 4.23. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и маг­нитных полей: а - принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б - граница меж­ду условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей

Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как

(4.25)

Или же

(4.26)

Т.е. состоит из двух компонентов:

. (4.27)

При этом не учитываются многократные отражения от стенок экрана и помещения.

Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и свойствами его материала удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной линии.

В зависимости от расстояния х приемника помехи от источника (рис. 4.23, а) и частоты f в ближней или дальней областях (рис. 4.23, б) для определения коэффициентов затухания и , дБ, пригодны следующие выражения:

для магнитного поля в ближней зоне (x<c/2πf) коэффициент отражения

; (4.28)

для электрического поля в этой зоне (х < с / 2 π f)

; (4.29)

для электрического поля в дальней' зоне (х > с / 2 π f),

, (4.30)

а коэффициент поглощения, как для ближней, так и дальней зон

, (4.31)

где ,- относительная магнитная проницаемость материала, его электропроводность, отнесенная к электропроводности меди (= 5,8 ·10⁷ См/м); f_б = 1 Гц - базовая частота; d - толщина экрана, отнесенная к d₆ = 1 мм; х_б = 1 м.

Кроме того, выражения, заключенные в квадратные скобки формул (4.28)-(4.31), характеризуют влияние свойств материала экрана и его толщины на коэффициент затухания, и при f = 1 Гц ординаты функций (4.28)-(4.31) представляют собой значения а_SR и а_sa.

Зависимость результирующего коэффициента a_S от частоты при наличии магнитного поля для ближней зоны представлена на рис. 4.24. Эта зависимость получается суммированием a_SR и a_SA в соответствии с (4.27).

Зависимости a_SA, a_SR и a_S от частоты для дальнейшей зоны в соответствии с (4.30) и (4.31) и для ближней зоны в соответствии с (4.30) и (4.31) представлены на рис. 4.25.

Следует подчеркнуть, что спад коэффициента a_SR согласно (5.29) для ближней зоны происходит не на 10, как в остальных случаях, а на 30 дБ при увеличении частоты на порядок.

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно мо­жет быть оценена следующим образом. Если a_S не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < a_S < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 < a_S < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 <a_S < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранирова­ли.

Принципиально следует иметь в виду, что эффективность экранирования зависит от наличия дефектов и отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и оконных проемов, кабельных вводов и отверстий для элементов обслуживания и сигнализации), а также то, что внутри экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты, так как любой корпус прибора с проводящими стенками можно рассматривать как объемный резонатор.