Электромагнитное экранирование РЭА низкочастотного диапазона

Лекция: Электромагнитное экранирование РЭА низкочастотного диапазона.

Вопросы:

1. Общая характеристика паразитных связей.

2. Электростатические экраны.

3. Магнитостатические экраны.

4. Электромагнитные экраны.

5. Конструкции и расчет экранов

1. Общая характеристика паразитных связей

При разработке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), начиная с первых этапов конструирования, уделяется значительное внимание уменьшению возможных паразитных связей как внутри отдельных радиоэлектронных устройств, так и между различными устройствами.

Под паразитной связью понимается всякая электрическая, магнитная или электромагнитная связь, дестабилизирующая нормальную работу РЭА. В результате взаимодействия различных частей РЭА через паразитные связи изменяется  распределение потенциалов или токов в электрических цепях за счет возникновения в них паразитных наводок напряжения или токов. В общем случае, при анализе возникающих в РЭА паразитных наводок, можно выделить три характерных объекта, участвующих в их создании (рис.1): источник наводки, паразитная связь, приемник наводки. При этом возможны случаи, когда отдельные элементы РЭА создают взаимные паразитные наводки.

Наличие паразитных связей приводит к появлению помех, ухудшающих качественные показатели РЭА. Паразитные связи приводят к искажениям сигналов при обработке, увеличивают собственные шумы радиоэлектронных устройств, могут привести к самовозбуждению отдельных каскадов РЭА; они также затрудняют настройку и регулировку радиоаппаратуры при производстве ремонте.

Паразитные связи могут осуществляться как через общие электрические цепи, так и за счет электрических, магнитных или электромагнитных полей. При наличии паразитных связей через общие электрические цепи стремятся устранить или уменьшить их до допустимого предела изменением монтажной схемы РЭА или применением в цепях развязывающих фильтров. Если существуют паразитные связи через электромагнитные поля, то их уменьшают, изменяя компоновку РЭА или применяя экраны. Экранами называются элементы конструкции РЭА или отдельных ее узлов, предназначенные для защиты РЭА (или отдельных узлов) от паразитных наводок, обусловленных паразитными связями через электрические, магнитные или электромагнитные поля. Применяются две схемы включения экранов (рис.2):

1.  Экранируется источник паразитной наводки (рис.2а). Такая схема включения экрана применяется, если источник наводки через паразитные связи связан с несколькими приемниками наводки.

2.  Экранируется приемник паразитной наводки (рис2б). Такая схема включения экрана применяются, если на один приемник наводки воздействуют несколько источников паразитной наводки.

Экраны препятствуют распространению поля от источника к приемнику наводки и тем самым уменьшают паразитные связи. Эффективность действия экранов количественно оценивается коэффициентом экранирования  

                                              ,                                                         (1)

где U_пнэ – напряженность поля, воздействующего на приемник наводки, при        использовании экрана;

       U_пн – напряженность поля, воздействующего на приемник наводки без экрана.

    Применяется также логарифмическая единица А_Э, называемая экранным затуханием, которая определяется через коэффициент экранирования

                                   ,                      (2)

    Кроме полезного эффекта уменьшения паразитных связей экран может оказывать побочные воздействия на экранируемое  устройство, так как он может взаимодействовать с электромагнитным полем, создаваемым экранируемым устройством. Для оценки этого воздействия вводится величина, называемая коэффициентом реакции экрана

 ,                                                    (3)

здесь U_энэ – напряженность электромагнитного поля, создаваемого экранируемым устройством, при наличии экрана;

          U_эн – напряженность электромагнитного поля, создаваемого экранируемым устройством, без экрана.

Коэффициент реакции экрана, так же как и коэффициент экранирования, величина комплексная. Действительная часть Re(W) определяет величину дополнительных активных потерь, вносимых экраном в экранирующее устройство, а мнимая часть Im(W) определяет изменение реактивных параметров экранируемого устройства, обусловленное экраном.

Коэффициент экранирования можно также трактовать, как коэффициент похождения поля, создающего паразитную наводку, через экран, а коэффициент реакции экрана – как коэффициент отражения от экрана поля, создаваемого экранируемым устройством.

В зависимости от вида поля, через которое осуществляется паразитная связь, различают экраны:

электростатические, магнитостатические, электромагнитные.

Часто одни и те же экраны предназначены для защиты РЭА от различных полей, в этом случае при анализе работы экранов различают электростатический, магнитостатический и электромагнитный режим работы экранов.