Главная | Обратная связь

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Различают следующие классы окружающей среды по помехам, вызванным электромагнитным излучением:

Класс 1.Низкий уровень - местные радиостанции находятся на расстоянии более 1 км, допускается наличие переговорных устройств малой мощности.

Класс 2. Средняя интенсивность электромагнитного излучения. Работающие радиотелефоны должны располагаться на расстоянии более 1 м от чувствительных элементов.

Класс 3. Сильное радиоизлучение, вызванное радиотелефонами большой мощности в непосредственной близости от устройств.

Класс 4. Очень сильное излучение. Степень строгости контролируется по согласию между заказчиком и изготовителем.

Если (поглотитель) приемник находится в непосредственной близости от источника, в так называемой ближней зоне, то он воспринимает квазистатическое поле. В частности, штыревая антенна создает квазистатическое электрическое поле, а рамочная квазистатическое магнитное поле. Расстояние R от источника до рассматриваемой точки для ближней зоны: , где λ- длина электромагнитной волны.

Волновое сопротивление среды в ближней зоне зависит от расстояния до источника излучения , где Z_O =377 Ом волновое сопротивление вакуума.

На большом расстоянии от антенны приемник находится в так называемой дальней зоне, где на него воздействует переменное электромагнитное поле. В этом случае волновое сопротивление составляет 377 Ом.

Помехоподавление характеризует степень защитного воздействия электромагнитного экрана, оно чаще всего указывается в функции частоты в децибелах или неперах это, так называемый, коэффициент экранирования:

, . (7.1)

Величины E и H в случае переменного электромагнитного поля связаны между собой посредством волнового сопротивления среды:

Z: . (7.2)

Аналитический расчет экранирующего действия электромагнитных экранов требует решения уравнений Максвелла для областей внутри и вне экрана, а также в самой его стенке. Для быстрых практических оценок Щелкунов разработал простой способ определения коэффициента затухания. Общий коэффициент затухания электромагнитного экрана состоит из коэффициента затухания вследствие отражения на граничных плоскостях P, коэффициента затухания из-за поглощения в стенке экрана Π (переход энергии электромагнитного поля в тепло), корректирующего коэффициента B, учитывающего многократные волны отражения внутри экрана: Э = P + Π + B.

Расчет каждого из компонентов затухания.

Коэффициент затухания вследствие отражения. Этот коэффициент состоит из двух составляющих, они обусловлены двумя граничными плоскостями - снаружи и внутри экрана. При условии, что волновое сопротивление внешней области Z_ВШ значительно больше волнового сопротивления материала стенки экрана Z_Э большая часть энергии, приходящейся на граничную плоскость снаружи экрана отражается обратно к источнику. Отношение напряженностей электромагнитного поля падающей и прошедшей волн определяется формулой:

. (7.3)

Аналогичным образом это отношение определится и на внутренней стенке экрана - на внутреннем пограничном слое. Суммарное влияние отражения можно получить из соотношения:

. (7.4)

Введем обозначение , тогда эта формула принимает вид: . (7.5)

Переходя к логарифмическим характеристикам получаем выражение для коэффициента затухания вследствие отражения:

. (7.6)

Для его определения необходимо знать волновые сопротивления.

Волновое сопротивление в пространстве источника помехи для дальней зоны Z_ВШ=Z₀=377 Ом, для ближней зоны в высокоомных полях , (7.7)

в низкоомных полях

. (7.8)

Волновое сопротивление стенки экрана:

, (7.9)

а при условии, что толщина стенки больше глубины проникновения:

. (7.10)

Выразим коэффициенты затухания вследствие отражения через параметры материала экрана и частоту:

- дальняя зона; (7.11)

-электрич-е. поле в ближней зоне; (7.12)

- магнитное поле в ближней зоне. (7.13)

где r - расстояние от источника помехи, м;

f - частота, МГц;

σ_r - относительная удельная электропроводность, за базовую принята электропроводность меди:

Коэффициенты затухания вследствие поглощения Π описывают экспоненциальное ослабление падающей волны при прохождении стенки экрана толщиной d:

. (7.14)

В логарифмических величинах получаем:

. (7.15)

Учитывая, что получаем для коэффициента затухания вследствие поглощения:

,

где μ и σ_r - относительная магнитная проницаемость и относительная удельная электропроводность соответственно, частота f выражена в МГц.

Коррекция коэффициента затухания при многократном отражении B волны в стенке экрана осуществляется на основании формулы:

, (7.16)

где - комплексный коэффициент распространения.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Пример решения задачи. Рассчитать коэффициент экранирования плоского металлического экрана толщиной 0.05 мм на частоте 10⁵ Гц в ближней и дальней зонах излучателя помех. Проводимость материала экрана 5.8·10⁸ См/м, относительная магнитная проницаемость 100.

Решение. Вводим данные:

Определяем относительную проводимость материала и глубину проникновения волн в него:

Определяем волновое сопротивление материала стенки экрана:

Находим волновое сопротивление пространства в ближней зоне излучателя:

Определяем коэффициент затухания экрана вследствие отражения в дальней зоне:

,

в ближней зоне:

.

Определяем коэффициент затухания вследствие поглощения в стенке экрана:

Находим корректирующий коэффициент:

Общий коэффициент затухания в дальней и ближней зонах:

Задача 7.1. Рассчитать коэффициент экранирования плоского металлического экрана толщиной 0,01 мм на частоте 10³ Гц в ближней (излучение штыревой антенны на расстоянии 0,01λ) и дальней зонах излучателя помех. Проводимость материала экрана 0,8·10⁸ См/м, относительная магнитная проницаемость 200.

 

Задача 7.2. Рассчитать коэффициент экранирования плоского металлического экрана толщиной 0,02мм на частоте 10² Гц в ближней (излучение рамочной антенны на расстоянии 0.03λ) и дальней зонах излучателя помех. Проводимость материала экрана 0,1·10⁸ См/м, относительная магнитная проницаемость 400.

 

Задача 7.3.Определите напряженность магнитного и электрического полей внутри экрана толщиной 0,01 мм на частоте 10² Гц в ближней зоне, на расстоянии 0,01λ от излучателя. Проводимость материала экрана 5,8·10⁸ См/м, относительная магнитная проницаемость 2. Напряженность электрического поля в пространстве излучателя 0,1 В/м.

 

Задача 7.4.Определите напряженность магнитного и электрического полей внутри экрана толщиной 0,03 мм на частоте 10³ Гц на расстоянии 0.1λ от источника излучения. Проводимость материала экрана 5.8·10⁸ См/м, относительная магнитная проницаемость 2. Напряженность магнитного поля в пространстве излучателя 0,1 А/м.

 

 

ВОПРОСЫ

7.1. Опишите физический механизм связи посредством электромагнитного поля.

7.2. Дайте понятия дальней и ближней зон в пространстве излучателей электромагнитной энергии.

7.3. Что такое коэффициент экранирования, из каких компонент он складывается?

7.4. Опишите метод Щелкунова (полных сопротивлений) для расчета экранирующего действия плоского экрана.

7.5. Как находится волновое сопротивление в пространстве источника помех?

7.6. Как находится волновое сопротивление материала стенки экрана?

7.7. Как рассчитать коэффициент поглощения?

7.8. Как рассчитать коэффициент отражения?

7.9. Что такое корректирующий коэффициент, как его определить, в каких случаях им можно пренебречь?

7.10. Как определить напряженности полей в пространстве поглотителей, если известен коэффициент экранирования и напряженности полей на внешней стороне экрана?

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1