Принципи на екраниране на магнитното поле

Използват се два метода за екраниране на магнитното поле:

Байпасен метод;

Метод на екранно магнитно поле.

Нека разгледаме по-подробно всеки от тези методи.

Метод за шунтиране на магнитно поле с екран.

Методът на шунтиране на магнитно поле с екран се използва за защита срещу постоянно и бавно променящо се променливо магнитно поле. Екраните са изработени от феромагнитни материали с високо относително магнитно проникване (стомана, пермалой). Ако има екран, линиите на магнитна индукция преминават главно по стените му (Фигура 8.15), които имат ниско магнитно съпротивление в сравнение с въздушното пространство вътре в екрана. Качеството на екранирането зависи от магнитната проницаемост на екрана и съпротивлението на магнитната верига, т.е. Колкото по-дебел е екранът и колкото по-малко шевове и фуги преминават през посоката на линиите на магнитната индукция, ефективността на екрана ще бъде по-висока.

Метод за изместване на магнитно поле от екран.

Методът на изместване на магнитно поле от екран се използва за екраниране на променливи високочестотни магнитни полета. В този случай се използват екрани от немагнитни метали. Екранирането се основава на явлението индукция. Тук е полезен феноменът на индукцията.

Нека поставим меден цилиндър на пътя на еднородно променливо магнитно поле (Фигура 8.16a). В него ще се възбудят променливи ED, което от своя страна ще създаде променливи индуктивни вихрови токове (токове на Фуко). Магнитното поле на тези токове (Фигура 8.16b) ще бъде затворено; вътре в цилиндъра тя ще бъде насочена към възбуждащото поле, а извън него - в същата посока като възбуждащото поле. Полученото поле (Фигура 8.16, c) се оказва отслабено близо до цилиндъра и засилено извън него, т.е. полето се измества от пространството, заемано от цилиндъра, което е неговият екраниращ ефект, който ще бъде толкова по-ефективен, колкото по-ниско е електрическото съпротивление на цилиндъра, т.е. толкова по-големи са вихровите токове, протичащи през него.

Благодарение на повърхностния ефект („ефект на кожата“), плътността на вихровите токове и интензитетът на променливото магнитно поле намаляват експоненциално с навлизането в метала

, (8.5)

Където (8.6)

– индикатор за намаляване на полето и тока, който се нарича еквивалентна дълбочина на проникване.

Тук е относителната магнитна проницаемост на материала;

– магнитна проницаемост на вакуума, равна на 1,25*10 8 g*cm -1;

– съпротивление на материала, Ohm*cm;

- честота Hz.

Стойността на еквивалентната дълбочина на проникване е удобна за характеризиране на екраниращия ефект на вихровите токове. Колкото по-малък е x0, толкова по-голямо е магнитното поле, което създават, което измества външното поле на източника на приемане от пространството, заемано от екрана.

За немагнитен материал във формула (8.6) =1, екраниращият ефект се определя само от и . Ами ако екранът е направен от феромагнитен материал?

Ако са равни, ефектът ще бъде по-добър, тъй като >1 (50..100) и x 0 ще бъде по-малко.

И така, x 0 е критерий за екраниращия ефект на вихровите токове. Интересно е да се оцени колко пъти плътността на тока и силата на магнитното поле стават по-ниски на дълбочина x 0 в сравнение с това, което са на повърхността. За да направим това, заместваме x = x 0 във формула (8.5), тогава

от което се вижда, че на дълбочина x 0, плътността на тока и силата на магнитното поле спадат с e пъти, т.е. до стойност 1/2,72, което е 0,37 от плътността и напрежението на повърхността. Тъй като отслабването на полето е само 2,72 пътина дълбочина х 0 недостатъчно за характеризиране на екраниращия материал, след това използвайте още две стойности на дълбочината на проникване x 0.1 и x 0.01, които характеризират спада на плътността на тока и напрежението на полето с 10 и 100 пъти от техните стойности на повърхността.

Нека изразим стойностите x 0.1 и x 0.01 чрез стойността x 0; за това, въз основа на израз (8.5), създаваме уравнението

И ,

като решим кое получаваме

x 0.1 =x 0 ln10=2.3x 0 ; (8,7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6x 0

Въз основа на формули (8.6) и (8.7) за различни екраниращи материали, стойностите на дълбочините на проникване са дадени в литературата. За по-голяма яснота представяме същите данни под формата на таблица 8.1.

Таблицата показва, че за всички високи честоти, като се започне от средния вълнов диапазон, екранът, изработен от всякакъв метал с дебелина 0,5..1,5 mm, е много ефективен. Когато избирате дебелината и материала на екрана, не трябва да изхождате от електрическите свойства на материала, а да се ръководите от съображения за механична якост, твърдост, устойчивост на корозия, удобство за свързване на отделни части и осъществяване на преходни контакти с ниско съпротивление между тях, удобство на запояване, заваряване и др.

От данните в таблицата следва, че за честоти, по-големи от 10 MHz, филм от мед и още повече от сребро с дебелина по-малка от 0,1 mm дава значителен екраниращ ефект. Следователно, при честоти над 10 MHz е напълно приемливо да се използват екрани, изработени от фолио getinax или друг изолационен материал с нанесено върху него медно или сребърно покритие.

Стоманата може да се използва като екрани, но трябва да запомните, че поради високото съпротивление и феномена на хистерезис, стоманеният екран може да доведе до значителни загуби в екраниращите вериги.

Филтриране

Филтрирането е основното средство за намаляване на конструктивните смущения, създадени в захранващите и комутационните вериги на постоянен и променлив ток ES. Филтрите за потискане на шума, предназначени за тази цел, правят възможно намаляването на провеждания шум от външни и вътрешни източници. Ефективността на филтриране се определя от затихването, въведено от филтъра:

dB,

Следните основни изисквания са наложени на филтъра:

Осигуряване на зададената ефективност S в необходимия честотен диапазон (като се вземат предвид вътрешното съпротивление и натоварването на електрическата верига);

Ограничение на допустимия спад на постоянно или променливо напрежение през филтъра при максимален ток на натоварване;

Осигуряване на приемливи нелинейни изкривявания на захранващото напрежение, които определят изискванията за линейност на филтъра;

Изисквания към конструкцията - ефективност на екраниране, минимални габаритни размери и тегло, осигуряване на нормални топлинни условия, устойчивост на механични и климатични въздействия, технологичност на конструкцията и др.;

Филтърните елементи трябва да бъдат избрани, като се вземат предвид номиналните токове и напрежения на електрическата верига, както и предизвиканите в тях пренапрежения на напрежението и тока, причинени от нестабилност на електрическия режим и преходни процеси.

Кондензатори.Използват се като независими елементи за потискане на шума и като паралелни филтърни единици. Структурно кондензаторите за потискане на шума се разделят на:

Двуполюсен тип K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Опора тип KO, KO-E, KDO;

Проходен некоаксиален тип К73-21;

Проходен коаксиален тип KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Кондензаторни модули;

Основната характеристика на кондензатора за потискане на шума е зависимостта на неговия импеданс от честотата. За намаляване на смущенията в честотния диапазон до приблизително 10 MHz могат да се използват двуполюсни кондензатори, като се вземе предвид късата дължина на техните проводници. Референтните кондензатори за потискане на шума се използват до честоти от 30-50 MHz. Симетричните пропускащи кондензатори се използват в двупроводна верига до честоти от порядъка на 100 MHz. Пропускащите кондензатори работят в широк честотен диапазон до приблизително 1000 MHz.

Индуктивни елементи. Те се използват като независими елементи за потискане на шума и като последователни връзки на филтри за потискане на шума. Структурно най-често срещаните видове дросели са:

Включване на феромагнитна сърцевина;

Без завой.

Основната характеристика на дросела за потискане на шума е зависимостта на неговия импеданс от честотата. При ниски честоти се препоръчва използването на магнитодиелектрични сърцевини от марките PP90 и PP250, направени на базата на m-permalloy. За потискане на смущения във веригите на оборудването с токове до 3А се препоръчва използването на ВЧ дросели от типа DM, а за по-високи номинални токове - дросели от серия D200.

Филтри.Керамичните пропускателни филтри от тип B7, B14, B23 са предназначени за потискане на смущения във вериги на постоянен, пулсиращ и променлив ток в честотния диапазон от 10 MHz до 10 GHz. Дизайнът на такива филтри е показан на фигура 8.17

Затихването, въведено от филтри B7, B14, B23 в честотния диапазон 10..100 MHz нараства от приблизително 20..30 до 50..60 dB и в честотния диапазон над 100 MHz надвишава 50 dB.

Керамичните пропускащи филтри от тип B23B са изградени на базата на керамични дискови кондензатори и безвъртежни феромагнитни дросели (Фигура 8.18).

Дроселите без завъртане са тръбна феромагнитна сърцевина, изработена от ферит клас 50 VCh-2, монтирана на преминаваща клема. Индуктивността на индуктора е 0,08…0,13 μH. Корпусът на филтъра е изработен от UV-61 керамичен материал, който има висока механична якост. Корпусът е метализиран със слой сребро, за да се осигури ниско контактно съпротивление между външната обвивка на кондензатора и заземителната втулка с резба, която се използва за закрепване на филтъра. Кондензаторът е запоен по външния периметър към корпуса на филтъра и по вътрешния периметър към захранващия извод. Уплътняването на филтъра се осигурява чрез запълване на краищата на корпуса със смес.

За филтри B23B:

номинален капацитет на филтъра – от 0,01 до 6,8 µF,

номинално напрежение 50 и 250V,

номинален ток до 20А,

Габаритни размери на филтъра:

L=25mm, D= 12mm

Затихването, въведено от филтрите B23B в честотния диапазон от 10 kHz до 10 MHz, нараства от приблизително 30..50 до 60..70 dB и в честотния диапазон над 10 MHz надвишава 70 dB.

За бордови ES е обещаващо използването на специални шумопотискащи проводници с феропълнители с висока магнитна пропускливост и високи специфични загуби. Така че, за проводниците на марката PPE, затихването на вмъкване в честотния диапазон 1...1000 MHz се увеличава от 6 до 128 dB/m.

Известен е дизайнът на многощифтови съединители, в които на всеки контакт е инсталиран един U-образен филтър за потискане на шума.

Габаритни размери на вградения филтър:

дължина 9,5 мм,

диаметър 3,2 мм.

Затихването, въведено от филтъра в 50-омова верига, е 20 dB при честота 10 MHz и до 80 dB при честота 100 MHz.

Филтриране на захранващи вериги на цифрови електронни устройства.

Импулсният шум в захранващите шини, който възниква по време на превключване на цифрови интегрални схеми (DIC), както и проникващ отвън, може да доведе до неизправности в работата на устройствата за цифрова обработка на информация.

За да се намали нивото на шума в захранващите автобуси, се използват методи за проектиране на верига:

Намаляване на индуктивността на "силовите" шини, като се вземе предвид взаимното магнитно свързване на предния и обратния проводник;

Намаляване на дължините на секциите на „мощните” шини, които са общи за токове за различни цифрови информационни системи;

Забавяне на ръбовете на импулсните токове в "мощните" шини с помощта на шумопотискащи кондензатори;

Рационална топология на силови вериги на печатна платка.

Увеличаването на размерите на напречното сечение на проводниците води до намаляване на собствената индуктивност на шините, а също така намалява тяхното активно съпротивление. Последното е особено важно в случая на заземителната шина, която е обратният проводник за сигналните вериги. Следователно, в многослойните печатни платки е желателно да се направят "мощни" автобуси под формата на проводящи равнини, разположени в съседни слоеве (Фигура 8.19).

Въздушните захранващи шини, използвани в сглобките на печатни схеми на цифрови интегрални схеми, имат по-големи напречни размери в сравнение с шините, направени под формата на печатни проводници, и следователно имат по-ниска индуктивност и съпротивление. Допълнителни предимства на монтираните електрически автобуси са:

Опростено маршрутизиране на сигнални вериги;

Увеличаване на твърдостта на PP чрез създаване на допълнителни ребра, които действат като ограничители, които предпазват IC с монтиран ERE от механични повреди по време на инсталиране и конфигуриране на продукта (Фигура 8.20).

„Захранващите“ шини, произведени чрез печат и монтирани вертикално върху печатната платка, са високо технологично напреднали (Фигура 6.12c).

Известни са конструкции на монтирани шини, монтирани под тялото на IC, които са разположени на платката в редове (Фигура 8.22).

Разгледаните конструкции на "захранващите" шини също осигуряват голям линеен капацитет, което води до намаляване на вълновия импеданс на "захранващата" линия и следователно до намаляване на нивото на импулсния шум.

Разпределението на мощността на IC към PP не трябва да се извършва последователно (Фигура 8.23a), а паралелно (Фигура 8.23b)

Необходимо е да се използва разпределение на мощността под формата на затворени вериги (фиг. 8.23c). Този дизайн е близък по своите електрически параметри до твърдите силови самолети. За защита срещу влиянието на външно магнитно поле, носещо смущения, по периметъра на РР трябва да се предвиди външен затворен контур.

Заземяване

Заземителната система е електрическа верига, която има свойството да поддържа минимален потенциал, което е референтното ниво в конкретен продукт. Системата за заземяване в електрозахранването трябва да осигурява вериги за сигнал и връщане на захранване, да предпазва хората и оборудването от повреди във веригите на източника на захранване и да премахва статични заряди.

Следните основни изисквания се прилагат към заземителните системи:

1) минимизиране на общия импеданс на заземителната шина;

2) липсата на затворени заземяващи вериги, чувствителни към магнитни полета.

ES изисква поне три отделни заземителни вериги:

За сигнални вериги с ниски токове и напрежения;

За силови вериги с висока консумация на енергия (захранвания, ES изходни етапи и др.)

За вериги на тялото (шаси, панели, екрани и метализация).

Електрическите вериги в ES са заземени по следните начини: в една точка и в няколко точки, най-близки до референтната точка на заземяване (Фигура 8.24)

Съответно заземителните системи могат да се нарекат едноточкови и многоточкови.

Най-високото ниво на смущение възниква в едноточкова заземителна система с обща последователно свързана заземителна шина (Фигура 8.24 a).

Колкото по-далеч е точката на заземяване, толкова по-висок е нейният потенциал. Не трябва да се използва за вериги с голямо разпределение на консумацията на енергия, тъй като FU с висока мощност създават големи обратни земни токове, които могат да повлияят на FU с малък сигнал. Ако е необходимо, най-критичният FU трябва да бъде свързан възможно най-близо до референтната точка на заземяване.

Многоточкова заземителна система (Фигура 8.24 c) трябва да се използва за високочестотни вериги (f≥10 MHz), свързвайки RES FU в точките, които са най-близо до еталонната точка на заземяване.

За чувствителни вериги се използва плаваща земна верига (Фигура 8.25). Тази система за заземяване изисква пълна изолация на веригата от шасито (високо съпротивление и нисък капацитет), в противен случай е неефективна. Веригите могат да се захранват от слънчеви клетки или батерии, а сигналите трябва да влизат и излизат от веригата чрез трансформатори или оптрони.

Пример за прилагане на разгледаните принципи на заземяване за деветпистово цифрово лентово устройство е показано на Фигура 8.26.

Има следните наземни шини: три сигнални, една захранваща и една корпусна. Аналоговите FU, които са най-податливи на смущения (девет сензорни усилвателя), са заземени с помощта на две отделни заземяващи шини. Девет усилвателя за запис, които работят при по-високи нива на сигнала от усилвателите за четене, както и контролни интегрални схеми и интерфейсни вериги с продукти за данни са свързани към третата сигнална шина, земя. Трите постояннотокови двигателя и техните управляващи вериги, релета и соленоиди са свързани към масата на захранващата шина. Най-чувствителната верига за управление на двигателя на задвижващия вал е свързана най-близо до референтната точка на земята. Шината за заземяване на шасито се използва за свързване на шасито и корпуса. Шините за сигнал, захранване и заземяване на шасито са свързани заедно в една точка на вторичното захранване. Трябва да се отбележи, че е препоръчително да се изготвят структурни схеми на окабеляване при проектиране на ВЕИ.

Използват се два метода за екраниране на магнитното поле:

Байпасен метод;

Метод на екранно магнитно поле.

Нека разгледаме по-подробно всеки от тези методи.

Метод за шунтиране на магнитно поле с екран.

Методът на шунтиране на магнитно поле с екран се използва за защита срещу постоянно и бавно променящо се променливо магнитно поле. Екраните са изработени от феромагнитни материали с високо относително магнитно проникване (стомана, пермалой). Ако има екран, линиите на магнитна индукция преминават главно по стените му (Фигура 8.15), които имат ниско магнитно съпротивление в сравнение с въздушното пространство вътре в екрана. Качеството на екранирането зависи от магнитната проницаемост на екрана и съпротивлението на магнитната верига, т.е. Колкото по-дебел е екранът и колкото по-малко шевове и фуги преминават през посоката на линиите на магнитната индукция, ефективността на екрана ще бъде по-висока.

Метод за изместване на магнитно поле от екран.

Методът на изместване на магнитно поле от екран се използва за екраниране на променливи високочестотни магнитни полета. В този случай се използват екрани от немагнитни метали. Екранирането се основава на явлението индукция. Тук е полезен феноменът на индукцията.

Нека поставим меден цилиндър на пътя на еднородно променливо магнитно поле (Фигура 8.16a). В него ще се възбудят променливи ED, което от своя страна ще създаде променливи индуктивни вихрови токове (токове на Фуко). Магнитното поле на тези токове (Фигура 8.16b) ще бъде затворено; вътре в цилиндъра тя ще бъде насочена към възбуждащото поле, а извън него - в същата посока като възбуждащото поле. Полученото поле (Фигура 8.16, c) се оказва отслабено близо до цилиндъра и засилено извън него, т.е. полето се измества от пространството, заемано от цилиндъра, което е неговият екраниращ ефект, който ще бъде толкова по-ефективен, колкото по-ниско е електрическото съпротивление на цилиндъра, т.е. толкова по-големи са вихровите токове, протичащи през него.

Благодарение на повърхностния ефект („ефект на кожата“), плътността на вихровите токове и интензитетът на променливото магнитно поле намаляват експоненциално с навлизането в метала

, (8.5)

Където (8.6)

– индикатор за намаляване на полето и тока, който се нарича еквивалентна дълбочина на проникване.

Тук е относителната магнитна проницаемост на материала;

– магнитна проницаемост на вакуума, равна на 1,25*10 8 g*cm -1;

– съпротивление на материала, Ohm*cm;

- честота Hz.

Стойността на еквивалентната дълбочина на проникване е удобна за характеризиране на екраниращия ефект на вихровите токове. Колкото по-малък е x0, толкова по-голямо е магнитното поле, което създават, което измества външното поле на източника на приемане от пространството, заемано от екрана.

За немагнитен материал във формула (8.6) =1, екраниращият ефект се определя само от и . Ами ако екранът е направен от феромагнитен материал?

Ако са равни, ефектът ще бъде по-добър, тъй като >1 (50..100) и x 0 ще бъде по-малко.

И така, x 0 е критерий за екраниращия ефект на вихровите токове. Интересно е да се оцени колко пъти плътността на тока и силата на магнитното поле стават по-ниски на дълбочина x 0 в сравнение с това, което са на повърхността. За да направим това, заместваме x = x 0 във формула (8.5), тогава

от което се вижда, че на дълбочина x 0, плътността на тока и силата на магнитното поле спадат с e пъти, т.е. до стойност 1/2,72, което е 0,37 от плътността и напрежението на повърхността. Тъй като отслабването на полето е само 2,72 пътина дълбочина х 0 недостатъчно за характеризиране на екраниращия материал, след това използвайте още две стойности на дълбочината на проникване x 0.1 и x 0.01, които характеризират спада на плътността на тока и напрежението на полето с 10 и 100 пъти от техните стойности на повърхността.

Нека изразим стойностите x 0.1 и x 0.01 чрез стойността x 0; за това, въз основа на израз (8.5), създаваме уравнението

И ,

като решим кое получаваме

x 0.1 =x 0 ln10=2.3x 0 ; (8,7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6x 0

Въз основа на формули (8.6) и (8.7) за различни екраниращи материали, стойностите на дълбочините на проникване са дадени в литературата. За по-голяма яснота представяме същите данни под формата на таблица 8.1.

Таблицата показва, че за всички високи честоти, като се започне от средния вълнов диапазон, екранът, изработен от всякакъв метал с дебелина 0,5..1,5 mm, е много ефективен. Когато избирате дебелината и материала на екрана, не трябва да изхождате от електрическите свойства на материала, а да се ръководите от съображения за механична якост, твърдост, устойчивост на корозия, удобство за свързване на отделни части и осъществяване на преходни контакти с ниско съпротивление между тях, удобство на запояване, заваряване и др.

От данните в таблицата следва, че за честоти, по-големи от 10 MHz, филм от мед и още повече от сребро с дебелина по-малка от 0,1 mm дава значителен екраниращ ефект. Следователно, при честоти над 10 MHz е напълно приемливо да се използват екрани, изработени от фолио getinax или друг изолационен материал с нанесено върху него медно или сребърно покритие.

Стоманата може да се използва като екрани, но трябва да запомните, че поради високото съпротивление и феномена на хистерезис, стоманеният екран може да доведе до значителни загуби в екраниращите вериги.

Екраниране на магнитно поле.

Обходен метод. -Метод на екранното магнитно поле.

Метод за шунтиране на магнитно поле с екранизползва се за защита срещу постоянни и бавно променящи се променливи магнитни полета. Екраните са изработени от феромагнитни материали с високо относително магнитно проникване (стомана, пермалой). Ако има екран, линиите на магнитна индукция преминават главно по стените му, които имат ниско магнитно съпротивление в сравнение с въздушното пространство вътре в екрана. Колкото по-дебел е екранът и по-малко шевове и фуги, толкова по-ефективно е екранирането. Метод за изместване на магнитно поле от екранизползвани за екраниране на променливи високочестотни магнитни полета. В този случай се използват екрани от немагнитни метали. Екранирането се основава на явлението индукция.

Ако поставите меден цилиндър на пътя на равномерно редуващ се магнитен мол, в който ще се възбудят променливи вихрови индукционни токове (токове на Фуко). Магнитното поле на тези токове ще бъде затворено; вътре в цилиндъра тя ще бъде насочена към възбуждащото поле, а извън него - в същата посока като възбуждащото поле. Полученото поле се оказва отслабено в близост до цилиндъра и усилено извън него, т.е. полето се измества от пространството, заемано от цилиндъра, което е неговият екраниращ ефект, който ще бъде толкова по-ефективен, колкото по-ниско е електрическото съпротивление на цилиндъра, т.е. толкова по-големи са вихровите токове, протичащи през него.

Благодарение на повърхностния ефект („ефект на кожата“), плътността на вихровите токове и интензитетът на променливото магнитно поле намаляват експоненциално с навлизането в метала

Където

μ – относителна магнитна проницаемост на материала; μ˳ – магнитна проницаемост на вакуума, равна на 1,25*108 g*cm-1; ρ – съпротивление на материала, Ohm*cm; ƒ – честота, Hz.

За немагнитен материал μ = 1. И екраниращият ефект се определя само от ƒ и ρ.

Екранирането е активен метод за защита на информацията. Екраниране на магнитно поле (магнитостатично екраниране) се използва, когато е необходимо да се потиснат смущенията при ниски честоти от 0 до 3..10 kHz. Ефективността на магнитостатичното екраниране се увеличава, когато се използват многослойни екрани.

Ефективността на магнитното екраниране зависи от честотата и електрическите свойства на материала на екрана. Колкото по-ниска е честотата, толкова по-слаб е екранът, толкова по-дебел трябва да бъде направен, за да се постигне същия ефект на екраниране. За високи честоти, като се започне от диапазона на средните вълни, екранът, изработен от всеки метал с дебелина 0,5 ... 1,5 mm, е много ефективен. При избора на дебелината и материала на екрана трябва да се вземе предвид механичната якост, твърдост, устойчивост на корозия, лекота на свързване на отделни части и осъществяване на преходни контакти между тях с ниско съпротивление, лекота на запояване, заваряване и др. За честотите по-горе 10 MHz, меден и още повече дебел сребърен филм над 0,1 mm дава значителен екраниращ ефект. Следователно, при честоти над 10 MHz е напълно приемливо да се използват екрани, изработени от фолио getinax или друг изолационен материал с нанесено върху него медно или сребърно покритие. За производството на екрани се използват: метални материали, диелектрични материали, стъкло с проводимо покритие, специални метализирани тъкани, проводими бои. Металните материали (стомана, мед, алуминий, цинк, месинг), използвани за екраниране, се произвеждат под формата на листове, мрежи и фолио.

Всички тези материали отговарят на изискването за устойчивост на корозия, когато се използват с подходящи защитни покрития. Най-технологично напредналите конструкции на екрани са изработени от стомана, тъй като заваряването или запояването могат да бъдат широко използвани при тяхното производство и монтаж. Металните листове трябва да бъдат електрически свързани помежду си по целия периметър. Електрическият заваръчен или спояващ шев трябва да бъде непрекъснат, за да се получи изцяло заварена екранна структура. Дебелината на стоманата се избира въз основа на предназначението на екранната конструкция и условията на нейното сглобяване, както и възможността за осигуряване на непрекъснати заварки по време на производството. Стоманените екрани осигуряват отслабване на електромагнитното излъчване с повече от 100 dB. Мрежестите екрани са по-лесни за производство, удобни за монтаж и работа. За защита от корозия е препоръчително да покриете мрежата с антикорозионен лак. Недостатъците на мрежестите екрани включват ниска механична якост и по-ниска ефективност на екраниране в сравнение с листовите. За мрежести екрани е подходящ всякакъв дизайн на шевове, който осигурява добър електрически контакт между съседни мрежести панели поне на всеки 10-15 mm. За тази цел може да се използва запояване или точково заваряване. Екран от калайдисана нисковъглеродна стоманена мрежа с размер на окото 2,5-3 mm дава затихване от около 55-60 dB, а от същия двоен (с разстояние между външната и вътрешната мрежа 100 mm) около 90 dB. Екранът, изработен от единична медна мрежа с клетка 2,5 mm, има затихване от около 65-70 dB

Екранирането на магнитни полета може да се извърши по два метода:

Екраниране с феромагнитни материали.

Екраниране с помощта на вихрови токове.

Първият метод обикновено се използва при екраниране на постоянни МЧ и нискочестотни полета. Вторият метод осигурява значителна ефективност при екраниране на високочестотни MP. Поради повърхностния ефект, плътността на вихровите токове и интензитетът на променливото магнитно поле намаляват експоненциално с навлизането по-дълбоко в метала:

Мярка за намаляване на полето и тока, която се нарича еквивалентна дълбочина на проникване.

Колкото по-малка е дълбочината на проникване, толкова по-голям е токът в повърхностните слоеве на екрана, толкова по-голяма е създадената от него обратна МП, която измества външното поле на източника на смущение от пространството, заемано от екрана. Ако екранът е направен от немагнитен материал, екраниращият ефект ще зависи само от проводимостта на материала и честотата на екраниращото поле. Ако екранът е направен от феромагнитен материал, тогава при равни други условия в него ще бъде индуцирано голямо e от външното поле. д.с. поради по-голямата концентрация на линиите на магнитното поле. При същата специфична проводимост на материала, вихровите токове ще се увеличат, което ще доведе до по-малка дълбочина на проникване и по-добър екраниращ ефект.

При избора на дебелината и материала на екрана не трябва да се изхожда от електрическите свойства на материала, а да се ръководи от съображения за механична якост, тегло, твърдост, устойчивост на корозия, лекота на свързване на отделни части и осъществяване на преходни контакти между тях с ниско съпротивление, лекота на запояване, заваряване и др.

От данните в таблицата става ясно, че за честоти над 10 MHz медните и особено сребърните филми с дебелина около 0,1 mm осигуряват значителен екраниращ ефект. Следователно, при честоти над 10 MHz е напълно приемливо да се използват екрани, изработени от фолио getinax или фибростъкло. При високи честоти стоманата осигурява по-голям екраниращ ефект от немагнитните метали. Струва си обаче да се има предвид, че такива екрани могат да внесат значителни загуби в екранираните вериги поради високо съпротивление и феномена на хистерезис. Следователно такива екрани са приложими само в случаите, когато загубите на вмъкване могат да бъдат пренебрегнати. Освен това, за по-голяма ефективност на екраниране, екранът трябва да има по-малко магнитно съпротивление от въздуха, тогава линиите на магнитното поле са склонни да преминават покрай стените на екрана и да проникват по-малко в пространството извън екрана. Такъв екран е еднакво подходящ за защита срещу въздействието на магнитно поле и за защита на външното пространство от въздействието на магнитно поле, създадено от източник вътре в екрана.

Има много видове стомана и пермалой с различни стойности на магнитна проницаемост, така че дълбочината на проникване трябва да се изчисли за всеки материал. Изчислението се прави с помощта на приблизителното уравнение:

1) Защита от външно магнитно поле

Линиите на магнитното поле на външното магнитно поле (индукционните линии на магнитното поле на смущение) ще преминават главно през дебелината на стените на екрана, която има ниско магнитно съпротивление в сравнение със съпротивлението на пространството вътре в екрана. В резултат на това външното магнитно поле на смущения няма да повлияе на работния режим на електрическата верига.

2) Екраниране на вашето собствено магнитно поле

Такова екраниране се използва, ако задачата е да се защитят външните електрически вериги от ефектите на магнитното поле, създадено от тока на намотката. Индуктивност L, т.е. когато е необходимо практически да се локализират смущенията, създадени от индуктивност L, тогава този проблем се решава с помощта на магнитен екран, както е показано схематично на фигурата. Тук почти всички линии на полето на бобината на индуктора ще бъдат затворени през дебелината на стените на екрана, без да излизат извън тях поради факта, че магнитното съпротивление на екрана е много по-малко от съпротивлението на околното пространство.

3) Двоен екран

В двоен магнитен екран можем да си представим, че част от магнитните силови линии, които се простират отвъд дебелината на стените на единия екран, ще бъдат затворени през дебелината на стените на втория екран. По същия начин може да си представим действието на двоен магнитен екран при локализиране на магнитни смущения, създадени от елемент на електрическа верига, разположен вътре в първия (вътрешен) екран: по-голямата част от линиите на магнитното поле (линиите на магнитно разсейване) ще се затворят през стените на външния екран. Разбира се, при двойните паравани дебелините на стените и разстоянието между тях трябва да бъдат рационално избрани.

Общият коефициент на екраниране достига най-голямата си величина в случаите, когато дебелината на стените и пролуката между екраните се увеличава пропорционално на разстоянието от центъра на екрана, а стойността на пропастта е средната геометрична стойност на дебелината на стените на съседните екрани. В този случай коефициентът на екраниране е:

L = 20lg (H/Ne)

Производството на двойни екрани в съответствие с тази препоръка е практически трудно по технологични причини. Много по-целесъобразно е да изберете разстояние между черупките, съседни на въздушната междина на екраните, което е по-голямо от дебелината на първия екран, приблизително равно на разстоянието между стека на първия екран и ръба на екранираната верига елемент (например бобина на индуктор). Изборът на една или друга дебелина на стените на магнитния щит не може да бъде еднозначен. Определя се рационалната дебелина на стената. материал на екрана, честота на смущения и определен коефициент на екраниране. Полезно е да се вземе предвид следното.

1. С увеличаване на честотата на смущението (честотата на променливото магнитно поле на смущението), магнитната пропускливост на материалите намалява и причинява намаляване на екраниращите свойства на тези материали, тъй като с намаляването на магнитната пропускливост съпротивлението на магнитния поток предоставени от екрана се увеличава. По правило намаляването на магнитната проницаемост с нарастваща честота е най-интензивно за тези магнитни материали, които имат най-висока първоначална магнитна проницаемост. Например, листова електрическа стомана с ниска първоначална магнитна проницаемост се променя малко в стойността на jx с нарастваща честота, а пермалой, който има големи начални стойности на магнитна проницаемост, е много чувствителен към увеличаване на честотата на магнитното поле ; неговата магнитна проницаемост пада рязко с честотата.

2. В магнитните материали, изложени на високочестотни смущения на магнитното поле, повърхностният ефект се проявява забележимо, т.е. изместването на магнитния поток към повърхността на стените на екрана, което води до увеличаване на магнитното съпротивление на екрана. При такива условия изглежда почти безполезно да се увеличава дебелината на стените на екрана извън тези, заети от магнитния поток при дадена честота. Това заключение е неправилно, тъй като увеличаването на дебелината на стената води до намаляване на магнитното съпротивление на екрана дори при наличие на повърхностен ефект. В този случай промяната в магнитната проницаемост трябва да се вземе предвид едновременно. Тъй като феноменът на повърхностния ефект в магнитните материали обикновено започва да се отразява по-забележимо от намаляването на магнитната пропускливост в нискочестотната област, влиянието на двата фактора върху избора на дебелина на стената на екрана ще бъде различно при различни честотни диапазони на магнитни смущения. Като правило намаляването на екраниращите свойства с увеличаване на честотата на смущения е по-изразено при екрани, изработени от материали с висока първоначална магнитна пропускливост. Гореспоменатите характеристики на магнитните материали осигуряват основата за препоръки относно избора на материали и дебелина на стените на магнитните екрани. Тези препоръки могат да бъдат обобщени, както следва:

А) екрани, изработени от обикновена електрическа (трансформаторна) стомана, които имат ниска първоначална магнитна проницаемост, могат да се използват, ако е необходимо, за да се осигурят ниски коефициенти на екраниране (Ke 10); такива екрани осигуряват почти постоянен коефициент на екраниране в доста широка честотна лента, до няколко десетки килохерца; дебелината на такива екрани зависи от честотата на смущенията и колкото по-ниска е честотата, толкова по-голяма дебелина на екрана е необходима; например, при честота на полето на магнитно смущение 50-100 Hz, дебелината на стените на екрана трябва да бъде приблизително 2 mm; ако е необходимо увеличаване на коефициента на екраниране или по-голяма дебелина на екрана, тогава е препоръчително да се използват няколко слоя екраниране (двойни или тройни екрани) с по-малка дебелина;

Б) Препоръчително е да се използват екрани от магнитни материали с висока начална пропускливост (например пермалой), ако е необходимо да се осигури голям коефициент на екраниране (Ke> 10) в относително тясна честотна лента и не е препоръчително да се избира дебелина на всяка обвивка на магнитен екран повече от 0,3-0,4 mm; екраниращият ефект на такива екрани започва да намалява забележимо при честоти над няколкостотин или хиляди херца, в зависимост от първоначалната пропускливост на тези материали.

Всичко казано по-горе за магнитните щитове е вярно за слаби полета с магнитни смущения. Ако екранът е разположен близо до мощни източници на смущения и в него възникват магнитни потоци с висока магнитна индукция, тогава, както е известно, е необходимо да се вземе предвид промяната в магнитната динамична пропускливост в зависимост от индукцията; Необходимо е също така да се вземат предвид загубите в дебелината на екрана. На практика не се срещат такива силни източници на магнитни смущаващи полета, при които би трябвало да се вземе предвид ефектът им върху екраните, с изключение на някои специални случаи, които не предвиждат радиолюбителска практика и нормални условия на работа за широко използвани радиоустройства.

Тест

1. Когато използвате магнитно екраниране, екранът трябва:
1) Имат по-малко магнитно съпротивление от въздуха
2) имат магнитно съпротивление, равно на въздуха
3) имат по-голямо магнитно съпротивление от въздуха

2. При екраниране на магнитно поле Заземяване на екрана:
1) Не влияе на ефективността на екранирането
2) Повишава ефективността на магнитното екраниране
3) Намалява ефективността на магнитното екраниране

3. При ниски честоти (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
а) Дебелина на екрана, б) Магнитна пропускливост на материала, в) Разстояние между екрана и другите магнитни вериги.
1) Само a и b са правилни
2) Само b и c са верни
3) Само a и c са верни
4) Всички опции са правилни

4. Магнитното екраниране при ниски честоти използва:
1) Мед
2) Алуминий
3) Пермалой.

5. Магнитното екраниране при високи честоти използва:
1) Желязо
2) Пермалой
3) Мед

6. При високи честоти (>100 kHz) ефективността на магнитното екраниране не зависи от:
1) Дебелина на екрана

2) Магнитна пропускливост на материала
3) Разстояния между екрана и другите магнитни вериги.

Използвана литература:

2. Семененко, В. А. Информационна сигурност / В. А. Семененко - Москва, 2008 г.

3. Ярочкин, В. И. Информационна сигурност / В. И. Ярочкин - Москва, 2000 г.

4. Демирчан, К. С. Теоретични основи на електротехниката, том III / К. С. Демирчан С.-П, 2003.