Расчет и конструирование электромагнитных экранов

Экранирование с использованием вихревых токов обеспечивает одновременное ослабление как магнитных, так и электрических полей. Поэтому этот способ экранирования называется электромагнитным.

Эффективность экранирования ЭМЭ в ближней зоне (зоне индукции) будет разная для магнитной и электрической составляющих электромагнитного поля (см. раздел 5.1). В связи с этим для ближней зоны необходимо рассчитывать эффективность экранирования для каждой компоненты в отдельности. В дальней зоне расчет проводится для любой из компонент, т.к. их свойства в дальней зоне одинаковы.

Физическая сущность ЭМЭ представляет с точки зрения:

· волновой теории поля многократное отражение электромагнитной волны от поверхности экрана и затухание энергии волны в толще экрана;

· теории электромагнитного поля и теории электрических цепей объясняется возникновением на стороне, обращенной к источнику поля, зарядов, а в его стенках - токов, поле которых противоположно по направлению к полю источника и интенсивности близкой к первичному полю. В результате сложения первичного поля и вторичного поля (поля наведенных токов) происходит компенсация полей.

Таким образом, эффективность экранирования электрически герметичного экрана определяется выражением

Э = Э_отрЭ_поглЭ_вн.отр , (5.86)

где Э_отр - ослабление энергии волны за счет отражения на границе сред;

Э_погл - ослабление за счет затухания энергии волны в толще экрана;

Э_вн.отр - ослабление энергии волны из-за внутреннего переотражения от внутренних стенок экрана.

На практике учитывают только первые две составляющие, т.к. Э_вн.отр очень мало. В этом случае удобно вести расчеты по формуле

Э = 20lgЭ_отр + 20lgЭ_погл . (5.87)

Рассмотрим бесконечно плоский экран, на который падает электромагнитная волна.

Известно, что в металле электромагнитная волна затухает по экспоненциальному закону. При прохождении волны через стенку экрана толщиной, равной d, она будет ослабевать в раз. Тогда

Э_погл = 8,7( ) [дБ]. (5.88)

Глубина проникновения характеризует материал экрана и зависит от частоты

= [м], (5.89)

где ρ - удельное сопротивление материала экрана, Ом∙м;

λ - длина волны в воздухе, м;

f – частота, мГц;

μ_r - относительная магнитная проницаемость материала экрана.

Эффективность экранирования только за счет поглощения определяется соотношениями

Э_погл = , (5.90)

где d - толщина экрана, м.

Как видно из (5.90), с ростом частоты ЭЭ также возрастает.

В общем случае ЭЭ бесконечного плоского экрана с учетом отражения и поглощения плоской волны может быть определена

Э_пл = , (5.91)

где Z_м, Z_с - волновые сопротивления металла и среды;

z_м, z_с - модули сопротивлений Z_м, Z_с соответственно.

В практике ЭМЭ различают электрически толстые экраны ( ) > 0,8 и электрически тонкие экраны ( ) < 0,8.

ЭЭ электрически тонкого плоского экрана с учетом внутренних отражений может быть рассчитана по формуле

Э_пл = . (5.92)

ЭЭ электрически толстого экрана будет определятся выражением

Э_пл = . (5.93)

Это выражение можно представить в виде

Э_пл = 36 +20lg( ) + 8,7( ). (5.94)

В этой формуле слагаемое 8,7( ) учитывает потери на поглощение, а остальные слагаемые - на отражение.