Экранирование приборов и помещений

Металлические корпусы электронных устройств обеспечивает определенную защиту от проникновения из окружающего пространства в него электромагнитных помех. Однако неизбежные разрезы, швы, отверстия для кабелей и вентиляции сильно снижают их экранирующее воздействие. В корпусах, удовлетворяющих требованиям электромагнитной совместимости, этот недостаток должен быть устранен. Соответствующие конструкции обеспечивают сплошное гальваническое соединение всех стенок прибора, с применением подходящих уплотнений, например проволочных плетеных прокладок. Приборные шкафы имеют непрерывные коррозионно-стойкие контактные поверхности, с которыми по всему периметру дверей соприкасаются пружинные контакты из бериллиевой бронзы, причем специальная система обеспечивает одинаковую силу прижатия пружин пo всему периметру двери. Отвод тепла из шкафов осуществляйся через отверстия или через жалюзи в стенках. Электрические соединения с внешними устройствами осуществляются исключительно при помощи разъемов. Иным образом внутрь шкафа нельзя вводить кабели. При этом коэффициент затухания достигает 40-100 дБ в диапазоне частот от 30 МГц до 1 ГГц.

Эффективное экранирование электронных приборов с пластмассовыми корпусами (компьютеров, радиопереговорных устройств, измерительных приборов, мониторов и др.) достигается применением металлических нитей в связующем материале или металлизацией поверхности корпуса.

Обеспечение электромагнитной совместимости, создание условий измерений и испытаний приборов без помех, как и аспекты обеспечения надежности данных, требуют во многих случаях электромагнитного экранирования помещений. Примерами этого являются:

- испытательные помещения и лаборатории для средств связи, измерений, автоматизации и техники высоких напряжений;

- измерительные помещения для научных исследований и службы метрологии;

- медицинские диагностические и терапевтические кабинеты в больницах;

- вычислительные центры на промышленных предприятиях, в банках и многих других гражданских и военных организациях.

В последнем случае речь идет не только о защите вычислительной техники от помех, но и о том, чтобы ограничить распространение компрометирующего электромагнитного излучения и тем самым исключить возможность подслушивания секретной информации.

Современные экранирующие устройства помещений выполняются по модульному принципу. При этом техническая задача состоит в том, чтобы для всего защищаемого помещения создать однородную проводящую отражающую электромагнитное излучение оболочку.

Важнейшими элементами для реализации этого являются:

- экранирующие модули для стен и потолков (стальные листы, стальная и медная фольга для болтового или сварного соединения);

- двери, ворота и тамбуры с высокочастотным уплотнением;

- внутренние и внешние окна помещений с демпфирующими высокочастотными свойствами;

- сотовые каминные элементы для каналов кондиционирования воздуха;

- полые вводы для световодов;

- электрические фильтры для системы электрообеспечения, линий передачи данных, коммуникаций и управления, предотвращающие как поступление, так и выход помех, обусловленных гальванической связью.

При тщательном выполнении экранирования помещений коэффициент затухания достигает 80-100 дБ в диапазоне ГГц.

По условиям обеспечения безопасности (защиты от напряжения прикосновения) корпусы приборов и экраны помещений заземляются в определенных точках.

Экраны кабелей

Кабельные экраны предназначены для снижения влияния напряжений помех на кабели и излучений помех кабелями и проводами, а также для того, чтобы обеспечить развязку помехосодержащих и чувствительных к помехам проводов при их прокладке в общих кабельных трассах, каналах или жгутах, если это необходимо по каким-либо внешним условиям.

Кабельные экраны из хорошо проводящих материалов (медные или алюминиевые оплетки) позволяют ослабить эти напряжения, однако при этом существенную роль играет заземление экрана. Если экран заземлен только с одной стороны, то снижается поперечное напряжение, вызванное полем , вследствие безопасного действия экрана ( ). На первый взгляд, все равно, заземлен ли экран слева или справа (рис. 4, б). При двустороннем заземлении экрана (рис. 4, в) возникает замкнутый контур, в котором при изменении магнитного поля во времени индуктируется ток . Продольное напряжение при этом уменьшается( , где - комплексное полное сопротивление связи экранированного кабеля).

Если затухание в одном экране недостаточно, используют два экрана, наложенные друг на друга и изолированные один от другого.

При двустороннем заземлении продольное напряжение,

(9)

а при одностороннем заземлении

(10)

В этих уравнениях представляет собой индуктивность соединения, а – емкость между экранами и – комплесные полные сопротивления внутреннего и внешнего экранов соответственно.

Сравнение (9) и (10) позволяет сделать следующие выводы. Двусторонне заземленный внутренний экран при низких частотах не оказывает сильного экранирующего действия, так как практически параллельно соединены лишь и . Напротив, при высоких частотах ( ) имеет место значительно лучшее экранирование, чем при одном экране. При одностороннем заземлении внутреннего экрана картина обратная.

Для того чтобы полностью использовать возможности кабельных экранов, необходимо соблюдать следующие правила:

- обычные экраны и внешние оболочки двойных экранов должны иметь на обоих концах хорошие контакты с корпусами приборов;

- внутренний экран в зависимости от частоты поля помехи следует и заземлять с одной стороны или с обеих сторон;

- внешний экран нельзя вводить внутрь прибора или там заземлять, так как при этом могут частично утрачиваться экранирующие свойства корпуса

Отметим, что экранирование кабелей служит и для того, чтобы снизить влияние разности потенциалов между точками заземления корпусов приборов, связанных кабелями. Отсюда вытекают дальнейшие требования по экранированию и прокладке, например силовых кабелей.