Неоднородность электромагнитного экрана

Как уже отмечалось, теоретически можно ослабить влияние электромагнитных полей более чем на 200 дБ в диапазоне частот от десятков герц до оптического диапазона, однако практически результаты будут гораздо меньше расчетных. Любой экран имеет отверстия, щели, неоднородность проводимости на стыке сопрягаемых деталей. Все стыки сопрягаемых конструктивных элементов можно подразделить на физически неоднородные и однородные. К первым относятся соединения, выполненные точечной сваркой, заклепками, винтами и т.п., иными словами, во всех случаях, когда соединение теряет непрерывность и образуются щели, выступы, изгибы, и прочие неоднородности, свободно проницаемые для электромагнитных волн.

Основываясь на критерии граничной частоты волновода, затухание в таких щелях можно рассчитать по следующему уравнению:

А = 0,00018*L*F√(Fc/F)²-1 [дБ],

где L – глубина щели, мм

Fc – граничная частота, МГц

F – частота, для которой производится расчет, МГц

Fc = 150000/h - для прямоугольной щели и

Fc = 175500/h - для щели круглого сечения;

где h – наибольший поперечный размер щели, мм.

Отверстия для подстроечных элементов и элементов регулировки, таких как потенциометр, также нарушают однородность экрана. Отверстия, с установленными в них осями образуют коаксиальный волновод для ЭМП. Как правило, выступающая ось может оказаться антенной. В этом случае рекомендуется применение потенциометров с осями из диэлектрика, либо специальные уплотнительные кольца.

Поскольку отверстия под кнопки, светодиоды, индикаторные лампы нарушают однородность экрана, они требуют специальных мер для их защиты. Для защиты от паразитных радиозлучений через такие отверстия кнопку, блок кнопок или индикаторную лампу и т.п. монтируют в небольшой экран. Монтаж такого экрана производится с внутренней стороны панели аппаратуры. Этот экран должен быть металлизирован с панелью, на которую производится его установка.

Для достижения высоких результатов электромагнитного уплотнения сопрягаемых конструктивных элементов все чаще применяют электромагнитные прокладки. Повышение эффективности экранирования таким способом базируется на том, что любые поверхности не могут быть идеальными и обладают шероховатостью поверхности. Существует два вида прокладок: обеспечивающие элекрический контакт с очень малым электрическим сопротивлением по всей длине сопрягаемых деталей и прокладки, поглощающие радиоизлучения в определенном диапазоне частот. Необходимо, чтобы на стыках сопрягаемых деталей изгибы, выступы, отверстия, щели, неоднородность проводимости были сведены к минимуму, а металлизация составных частей экрана осуществлялась конструктивными элементами из материала с высокой электропроводностью и низким значением собственной индуктивности.

Эффективность экранирования

Эффективность экранирования электрических полей почти полностью определяется наличием короткого замыкания между собственно экраном и корпусом аппаратуры. Качество металлизации экрана с корпусом изделия при этом играет практически определяющую роль. Для получения высокоэффективного экрана и хорошего экранирования внешних и внутренних электромагнитных излучений металлизация составных частей экрана должна осуществляляться конструктивными элементами из материала с высокой электропроводностью и низким значением собственной индуктивности. Это положение справедливо для всех корпусов пультов, индикаторов, блоков и другой аппаратуры. Корпус аппаратуры выполняет не только функции несущей конструкции, но и функции экрана электромагнитных полей, защищая внутренние элементы, МПП и электромонтажные соединения от вредного воздействия внешних электромагнитных полей и обеспечивая экранирование собственных радиоизлучений в окружающее пространство.

В общем виде под эффективностью экранирования понимают отношение токов, напряжений, напряженностей электромагнитных полей в экранируемом пространстве или на конце фильтруемого электрического проводника при отсутствии и наличии экрана:

Э = I/I´ = U/U´ = E/E´ = H/H´

В радиотехнике эффективность экранирования дают в децибелах:

A = 20 lg Э [дБ]

Полное экранирование является в первую очередь конструктивным решением и здесь в полном объеме не рассматривается.

Принцип соответствия

Ввиду того, что пути и механизмы паразитных связей применительно к помехоустойчивости и помехоэмиссии одинаковы, представляя собой в основном резонансные явления, усиливающие эти связи на определенных частотах, можно утверждать, что:

- частоты, на которых помехоэмиссия превышала нормируемый уровень, будут те же, на которых имеют или могут иметь место проблемы с помехоустойчивостью;

- соответственно, изменив параметры механизма паразитных связей, снизив помехоэмиссию в определенном диапазоне частот, будет увеличена помехоустойчивость в том же диапазоне частот.

Однако из-за различий в фактических характеристиках функционирования источника и рецептора ЭМП, а также того, насколько они линейны и какова связь между ними, придавать стопроцентную достоверность этому принципу не стоит.

Объемный резонанс

В любом корпусе изделия и отдельно экранированного узла возникают резонансы. Резонансная частота определяется геометрическими размерами этого объема. Стоячие волны формируются между противоположными сторонами этих экранированных объемов. Напряженность электрического поля максимальна в середине такого объема, а магнитного поля – на сторонах.

Эти явления напрямую отражаются на максимумах помехоэмиссии в определенных частях экранированного объема, поскольку ухудшают эффективность экранирования на резонансных частотах. Кроме того по стенкам корпуса на резонансных частотах протекает максимальный ток ЭМП.

Применение электромагнитных поглотителей и специальных красок с ферритовым наполнителем снижает уровень объемного резонанса. Заполнение объема модулями, жгутами и другими компонентами сдвигает резонансную частоту этого экранированного объема и снижает амплитуду резонансов, но не исключает явление объемного резонанса полностью.