A mágneses tér árnyékolásának alapelvei

A mágneses tér árnyékolására két módszert alkalmaznak:

Bypass módszer;

Képernyő mágneses tér módszer.

Nézzük meg közelebbről az egyes módszereket.

Mágneses tér tolatásának módszere képernyővel.

Az állandó és lassan változó váltakozó mágneses tér elleni védelemre a mágneses tér képernyővel történő tolatásának módszerét alkalmazzák. A képernyők ferromágneses anyagokból készülnek, nagy relatív mágneses penetrációval (acél, permalloy). Ha van képernyő, akkor a mágneses indukció vonalai főleg annak falai mentén haladnak (8.15. ábra), amelyek mágneses ellenállása alacsony a képernyőn belüli légtérhez képest. Az árnyékolás minősége az árnyékolás mágneses áteresztőképességétől és a mágneses áramkör ellenállásától függ, pl. Minél vastagabb a képernyő, és minél kevesebb varrat és illesztés fut át ​​a mágneses indukciós vonalak irányában, annál nagyobb az árnyékolás hatékonysága.

A mágneses tér képernyő általi eltolásának módja.

Váltakozó nagyfrekvenciás mágneses terek szűrésére a mágneses mező képernyő általi eltolásának módszerét alkalmazzák. Ebben az esetben nem mágneses fémből készült képernyőket használnak. Az árnyékolás az indukció jelenségén alapul. Itt hasznos az indukció jelensége.

Helyezzünk egy rézhengert az egyenletes váltakozó mágneses tér útjába (8.16a ábra). Változó ED-k gerjesztődnek benne, ami viszont váltakozó induktív örvényáramot (Foucault áramokat) hoz létre. Ezen áramok mágneses tere (8.16b. ábra) zárva lesz; a henger belsejében az izgalmas mező felé, azon kívül pedig az izgalmas mező felé irányul. Az így létrejövő mező (8.16. ábra, c) a henger közelében gyengültnek, azon kívül megerősödöttnek bizonyul, azaz. a mező kiszorul a henger által elfoglalt térből, ami annak árnyékoló hatása, ami minél hatékonyabb lesz, minél kisebb lesz a henger elektromos ellenállása, pl. minél nagyobbak a rajta átfolyó örvényáramok.

A felülethatásnak ("bőrhatás") köszönhetően az örvényáramok sűrűsége és a váltakozó mágneses tér intenzitása exponenciálisan csökken, ahogy az ember mélyebbre megy a fémbe.

, (8.5)

Ahol (8.6)

– a mező és az áramerősség csökkenésének mutatója, amelyet ún egyenértékű behatolási mélység.

Itt látható az anyag relatív mágneses permeabilitása;

– a vákuum mágneses permeabilitása, 1,25*10 8 g*cm -1;

– az anyag ellenállása, Ohm*cm;

- frekvencia Hz.

Az egyenértékű behatolási mélység értéke alkalmas az örvényáramok árnyékoló hatásának jellemzésére. Minél kisebb x0, annál nagyobb mágneses teret hoznak létre, amely kiszorítja a hangszedő forrás külső mezőjét a képernyő által elfoglalt térből.

A (8.6) =1 képletben szereplő nem mágneses anyag esetén az árnyékolási hatást csak a és határozza meg. Mi van, ha a képernyő ferromágneses anyagból készül?

Ha egyenlőek, a hatás jobb lesz, mivel >1 (50...100) és x 0 kisebb lesz.

Tehát x 0 az örvényáramok árnyékoló hatásának kritériuma. Érdekes megbecsülni, hogy az áramsűrűség és a mágneses térerősség hányszor kisebb x 0 mélységben, mint a felszínen. Ehhez behelyettesítjük az x = x 0-t a (8.5) képletbe, majd

amiből látható, hogy x 0 mélységben az áramsűrűség és a mágneses térerősség e-szeresére csökken, azaz. 1/2,72 értékre, ami a felületi sűrűség és feszültség 0,37-e. Mivel a mezőgyengülés csak 2,72 alkalommal x 0 mélységben nem elég az árnyékolóanyag jellemzésére, akkor használjon még két x 0,1 és x 0,01 behatolási mélységet, amelyek az áramsűrűség és a térfeszültség 10-szeres és 100-szoros csökkenését jellemzik a felületen lévő értékekhez képest.

Adjuk meg az x 0,1 és x 0,01 értékeket az x 0 értékkel, ehhez a (8,5) kifejezés alapján elkészítjük az egyenletet

ÉS ,

eldöntöttük, melyiket kapjuk

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8.7)

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

A (8.6) és (8.7) képletek alapján a különböző árnyékoló anyagokra a behatolási mélységek értékeit a szakirodalom megadja. Az érthetőség kedvéért ugyanezeket az adatokat a 8.1. táblázat formájában mutatjuk be.

A táblázat azt mutatja, hogy minden magas frekvenciánál, a középhullám-tartománytól kezdve nagyon hatékony a bármilyen fémből készült, 0,5...1,5 mm vastagságú képernyő. A képernyő vastagságának és anyagának kiválasztásakor nem az anyag elektromos tulajdonságaiból kell kiindulni, hanem az alapján kell vezérelnie a mechanikai szilárdságra, merevségre, korrózióállóságra, az egyes részek egyszerű csatlakoztatására és kis ellenállású átmeneti érintkezők kialakítására vonatkozó szempontok, a forrasztás, hegesztés egyszerűsége stb.

A táblázat adataiból az következik 10 MHz-nél nagyobb frekvenciák esetén a 0,1 mm-nél kisebb vastagságú réz és még inkább ezüst film jelentős árnyékoló hatást biztosít. Ezért 10 MHz feletti frekvenciákon teljesen elfogadható a getinax fóliából vagy más szigetelőanyagból készült, réz vagy ezüst bevonattal ellátott képernyők használata.

Az acél árnyékolóként használható, de ne feledje, hogy a nagy ellenállás és hiszterézis jelenség miatt az acél képernyő jelentős veszteségeket okozhat az árnyékoló áramkörökben.

Szűrés

A szűrés a fő eszköze az egyenáramú és váltakozó áramú ES tápellátási és kapcsolóáramköreiben keletkező konstruktív interferencia csökkentésének. Az erre a célra kialakított zajszűrő szűrők lehetővé teszik a külső és belső forrásokból származó vezetett zaj csökkentését. A szűrés hatékonyságát a szűrő által bevezetett csillapítás határozza meg:

dB,

A következő alapvető követelmények vonatkoznak a szűrőre:

Adott S hatásfok biztosítása a szükséges frekvenciatartományban (figyelembe véve az elektromos áramkör belső ellenállását és terhelését);

A szűrőn az egyen- vagy váltakozó feszültség megengedett esésének korlátozása maximális terhelési áram mellett;

Biztosítani kell a tápfeszültség elfogadható nemlineáris torzításait, amelyek meghatározzák a szűrő linearitásának követelményeit;

Tervezési követelmények - árnyékolás hatékonysága, minimális teljes méretek és tömeg, normál hőviszonyok biztosítása, mechanikai és éghajlati hatásokkal szembeni ellenállás, a konstrukció gyárthatósága stb.;

A szűrőelemeket az elektromos áramkör névleges áramainak és feszültségeinek, valamint az általuk okozott elektromos instabilitás és tranziens folyamatok által okozott feszültség- és áramlökések figyelembevételével kell kiválasztani.

Kondenzátorok. Független zajcsillapító elemekként és párhuzamos szűrőegységekként használatosak. Szerkezetileg a zajszűrő kondenzátorok a következőkre oszthatók:

Kétpólusú típus K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Támogatás típusa KO, KO-E, KDO;

Átvezető, nem koaxiális K73-21 típusú;

Átvezető koaxiális típusú KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondenzátor egységek;

A zajszűrő kondenzátor fő jellemzője az impedanciájának a frekvenciától való függése. A körülbelül 10 MHz-ig terjedő frekvenciatartományban előforduló interferencia csökkentése érdekében bipoláris kondenzátorok használhatók, figyelembe véve vezetékeik rövid hosszát. A referencia zajelnyomó kondenzátorokat 30-50 MHz-es frekvenciáig használják. A szimmetrikus áteresztő kondenzátorokat kétvezetékes áramkörben alkalmazzák 100 MHz-es nagyságrendű frekvenciáig. Az áteresztő kondenzátorok széles frekvenciatartományban működnek, körülbelül 1000 MHz-ig.

Induktív elemek. Független zajcsillapító elemekként és zajszűrő szűrők szekvenciális kapcsolataiként használják őket. Szerkezetileg a fojtószelepek leggyakoribb típusai a következők:

Ferromágneses mag bekapcsolása;

Turn-free.

A zajszűrő fojtótekercs fő jellemzője az impedanciájának a frekvenciától való függése. Alacsony frekvencián ajánlott a PP90 és PP250 márkájú, m-permalloy alapú magnetodielektromos magok használata. A legfeljebb 3 A áramerősségű berendezések áramköreiben fellépő interferencia elnyomására ajánlott DM típusú HF fojtótekercset, nagyobb névleges áram esetén pedig D200 sorozatú fojtótekercset használni.

Szűrők. A B7, B14, B23 típusú kerámia áteresztő szűrőket úgy tervezték, hogy elnyomják az interferenciát az egyenáramú, pulzáló és váltakozó áramú áramkörökben a 10 MHz és 10 GHz közötti frekvenciatartományban. Az ilyen szűrők kialakítását a 8.17. ábra mutatja

A B7, B14, B23 szűrők által bevezetett csillapítás a 10..100 MHz frekvenciatartományban körülbelül 20..30-ról 50..60 dB-re nő, a 100 MHz feletti frekvenciatartományban pedig meghaladja az 50 dB-t.

A B23B típusú kerámia átvezető szűrők kerámia lemezkondenzátorokra és fordulatmentes ferromágneses fojtótekercsekre épülnek (8.18. ábra).

A fordulatmentes fojtótekercsek egy cső alakú ferromágneses mag, amely 50-es osztályú VCh-2 ferritből készül, átvezető csatlakozóra szerelve. Az induktor induktivitása 0,08…0,13 μH. A szűrőház UV-61 kerámia anyagból készült, amely nagy mechanikai szilárdságú. A ház ezüstréteggel van bevonva, hogy alacsony érintkezési ellenállást biztosítson a kondenzátor külső bélése és a földelő menetes persely között, amely a szűrő rögzítésére szolgál. A kondenzátor a külső kerület mentén a szűrőházhoz, a belső kerülete mentén pedig az átvezető terminálhoz van forrasztva. A szűrő tömítését a ház végeinek keverékkel való feltöltése biztosítja.

B23B szűrők esetén:

névleges szűrőkapacitások – 0,01-6,8 µF,

névleges feszültség 50 és 250 V,

névleges áram 20A-ig,

A szűrő teljes méretei:

L = 25 mm, D = 12 mm

A B23B szűrők által bevezetett csillapítás a 10 kHz-től 10 MHz-ig terjedő frekvenciatartományban körülbelül 30..50-ről 60..70 dB-re nő, a 10 MHz feletti frekvenciatartományban pedig meghaladja a 70 dB-t.

A fedélzeti ES-k esetében ígéretes speciális zajcsökkentő vezetékek alkalmazása ferrofillerekkel, amelyek nagy mágneses permeabilitással és nagy fajlagos veszteséggel rendelkeznek. Tehát a PPE márkájú vezetékeknél a beillesztési csillapítás az 1...1000 MHz frekvenciatartományban 6-ról 128 dB/m-re nő.

Ismeretes a többtűs csatlakozók kialakítása, amelyeknél minden érintkezőre egy U alakú zajszűrő van beépítve.

A beépített szűrő teljes méretei:

hossza 9,5 mm,

átmérője 3,2 mm.

A szűrő által bevezetett csillapítás egy 50 ohmos áramkörben 20 dB 10 MHz frekvencián és legfeljebb 80 dB 100 MHz frekvencián.

Digitális elektronikus eszközök tápáramköreinek szűrése.

A digitális integrált áramkörök (DIC) kapcsolása során fellépő, valamint kívülről behatoló impulzuszaj a teljesítménybuszokban a digitális információfeldolgozó eszközök működési zavaraihoz vezethet.

A teljesítménybuszok zajszintjének csökkentése érdekében áramkör-tervezési módszereket alkalmaznak:

A „teljesítmény” buszok induktivitásának csökkentése, figyelembe véve az előremenő és a hátrameneti vezetők kölcsönös mágneses csatolását;

A „teljesítmény” buszok szakaszainak hosszának csökkentése, amelyek általánosak a különféle digitális információs rendszerek áramainál;

Az impulzusáramok széleinek lassítása a „teljesítmény” buszokban zajcsökkentő kondenzátorok segítségével;

Nyomtatott áramköri áramkörök racionális topológiája.

A vezetők keresztmetszeti méretének növelése a buszok belső induktivitásának csökkenéséhez vezet, és csökkenti az aktív ellenállásukat is. Ez utóbbi különösen fontos a földbusz esetében, amely a jeláramkörök visszatérő vezetéke. Ezért a többrétegű nyomtatott áramköri kártyákban kívánatos, hogy a „teljesítmény” buszokat a szomszédos rétegekben elhelyezkedő vezető síkok formájában készítsék el (8.19. ábra).

A digitális IC-k nyomtatott áramköri egységeiben használt felső teljesítménybuszok keresztirányú méretei nagyobbak, mint a nyomtatott vezetők formájában készült sínek, ezért kisebb az induktivitásuk és az ellenállásuk. A szerelt teljesítménybuszok további előnyei a következők:

Jeláramkörök egyszerűsített útválasztása;

A PP merevségének növelése további bordák létrehozásával, amelyek korlátozóként működnek, és megvédik a szerelt ERE-vel ellátott IC-t a mechanikai sérülésektől a termék telepítése és konfigurálása során (8.20. ábra).

A nyomtatással gyártott és függőlegesen a NYÁK-ra szerelt „power” rudak technológiailag igen fejlettek (6.12c ábra).

Ismeretesek az IC teste alá szerelt szerelt gyűjtősínek kivitelei, amelyek a táblán sorokban helyezkednek el (8.22. ábra).

Az „ellátó” buszok figyelembe vett kialakítása nagy lineáris kapacitást is biztosít, ami a „táp” vezeték hullámimpedanciájának csökkenéséhez, és ennek következtében az impulzuszaj szintjének csökkenéséhez vezet.

Az IC áramelosztását a NYÁK-hoz nem sorosan (8.23a ábra), hanem párhuzamosan (8.23b ábra) kell végrehajtani.

Az áramelosztást zárt áramkörök formájában kell alkalmazni (8.23c ábra). Ez a kialakítás elektromos paramétereiben közel áll a szilárd teljesítménysíkhoz. A külső interferenciát hordozó mágneses mező hatása elleni védelem érdekében a PP kerülete mentén külső zárt hurkot kell biztosítani.

Földelés

A földelési rendszer egy elektromos áramkör, amely képes fenntartani egy minimális potenciált, amely egy adott termékben a referenciaszint. A tápegység földelő rendszerének jel- és áram-visszatérő áramköröket kell biztosítania, meg kell védenie az embereket és a berendezéseket az áramforrás áramköreinek hibáitól, és el kell távolítania a statikus töltéseket.

A földelőrendszerekre a következő alapvető követelmények vonatkoznak:

1) a földbusz teljes impedanciájának minimalizálása;

2) a zárt földelési hurkok hiánya, amelyek érzékenyek a mágneses mezőkre.

Az ES legalább három különálló földelő áramkört igényel:

Alacsony áramú és feszültségű jeláramkörökhöz;

Nagy teljesítményű áramkörökhöz (tápegységek, ES kimeneti fokozatok stb.)

Karosszériaáramkörökhöz (alváz, panelek, képernyők és fémezés).

Az ES elektromos áramkörei a következő módon vannak földelve: egy ponton és több ponton, amelyek a legközelebb vannak a földelési referenciaponthoz (8.24. ábra)

Ennek megfelelően a földelési rendszereket nevezhetjük egypontosnak és többpontosnak.

A legmagasabb szintű interferencia az egypontos földelési rendszerben jelentkezik, közös sorosan kapcsolt földelőbusszal (8.24 a ábra).

Minél távolabb van a földelési pont, annál nagyobb a potenciálja. Nem használható nagy energiafogyasztású áramkörökben, mivel a nagy teljesítményű FU-k nagy visszatérő földáramot hoznak létre, amely befolyásolhatja a kis jelű FU-kat. Ha szükséges, a legkritikusabb FU-t a referencia földponthoz a lehető legközelebb kell csatlakoztatni.

A nagyfrekvenciás áramkörökhöz (f≥10 MHz) többpontos földelési rendszert (8.24 c ábra) kell használni, amely a RES FU-t a referencia földelési ponthoz legközelebb eső pontokon köti össze.

Érzékeny áramkörök esetén lebegő földelő áramkört használnak (8.25. ábra). Egy ilyen földelési rendszer megköveteli az áramkör teljes leválasztását a háztól (nagy ellenállás és alacsony kapacitás), különben hatástalan. Az áramkörök táplálhatók napelemekkel vagy akkumulátorokkal, és a jeleknek transzformátorokon vagy optocsatolókon keresztül kell belépniük az áramkörbe, illetve elhagyniuk azt.

A kilenc sávos digitális szalagos meghajtó esetében a figyelembe vett földelési elvek megvalósításának példája a 8.26. ábrán látható.

A következő földi buszok vannak: három jel, egy táp és egy test. Az interferenciára leginkább érzékeny analóg FU-k (kilenc érzékelős erősítők) két különálló földbusz segítségével vannak földelve. A harmadik jelbuszra, a földre csatlakozik kilenc íráserősítő, amelyek magasabb jelszinten működnek, mint az olvasási erősítők, valamint vezérlő IC-k és adattermékekkel rendelkező interfész áramkörök. A három egyenáramú motor és a hozzájuk tartozó vezérlőáramkörök, relék és mágnesszelepek a teljesítménybusz földelésére csatlakoznak. A legérzékenyebb hajtótengely motorvezérlő áramkör a test referenciapontjához legközelebb van csatlakoztatva. Az alváz földelő busza az alváz és a ház összekapcsolására szolgál. A jel-, a táp- és az alváz földelőbusz a másodlagos tápegység egy pontján össze van kötve. Megjegyzendő, hogy a megújuló energiaforrások tervezésénél célszerű szerkezeti kapcsolási rajzokat készíteni.

A mágneses tér árnyékolására két módszert alkalmaznak:

Bypass módszer;

Képernyő mágneses tér módszer.

Nézzük meg közelebbről az egyes módszereket.

Mágneses tér tolatásának módszere képernyővel.

Az állandó és lassan változó váltakozó mágneses tér elleni védelemre a mágneses tér képernyővel történő tolatásának módszerét alkalmazzák. A képernyők ferromágneses anyagokból készülnek, nagy relatív mágneses penetrációval (acél, permalloy). Ha van képernyő, akkor a mágneses indukció vonalai főleg annak falai mentén haladnak (8.15. ábra), amelyek mágneses ellenállása alacsony a képernyőn belüli légtérhez képest. Az árnyékolás minősége az árnyékolás mágneses áteresztőképességétől és a mágneses áramkör ellenállásától függ, pl. Minél vastagabb a képernyő, és minél kevesebb varrat és illesztés fut át ​​a mágneses indukciós vonalak irányában, annál nagyobb az árnyékolás hatékonysága.

A mágneses tér képernyő általi eltolásának módja.

Váltakozó nagyfrekvenciás mágneses terek szűrésére a mágneses mező képernyő általi eltolásának módszerét alkalmazzák. Ebben az esetben nem mágneses fémből készült képernyőket használnak. Az árnyékolás az indukció jelenségén alapul. Itt hasznos az indukció jelensége.

Helyezzünk egy rézhengert az egyenletes váltakozó mágneses tér útjába (8.16a ábra). Változó ED-k gerjesztődnek benne, ami viszont váltakozó induktív örvényáramot (Foucault áramokat) hoz létre. Ezen áramok mágneses tere (8.16b. ábra) zárva lesz; a henger belsejében az izgalmas mező felé, azon kívül pedig az izgalmas mező felé irányul. Az így létrejövő mező (8.16. ábra, c) a henger közelében gyengültnek, azon kívül megerősödöttnek bizonyul, azaz. a mező kiszorul a henger által elfoglalt térből, ami annak árnyékoló hatása, ami minél hatékonyabb lesz, minél kisebb lesz a henger elektromos ellenállása, pl. minél nagyobbak a rajta átfolyó örvényáramok.

A felülethatásnak ("bőrhatás") köszönhetően az örvényáramok sűrűsége és a váltakozó mágneses tér intenzitása exponenciálisan csökken, ahogy az ember mélyebbre megy a fémbe.

, (8.5)

Ahol (8.6)

– a mező és az áramerősség csökkenésének mutatója, amelyet ún egyenértékű behatolási mélység.

Itt látható az anyag relatív mágneses permeabilitása;

– a vákuum mágneses permeabilitása, 1,25*10 8 g*cm -1;

– az anyag ellenállása, Ohm*cm;

- frekvencia Hz.

Az egyenértékű behatolási mélység értéke alkalmas az örvényáramok árnyékoló hatásának jellemzésére. Minél kisebb x0, annál nagyobb mágneses teret hoznak létre, amely kiszorítja a hangszedő forrás külső mezőjét a képernyő által elfoglalt térből.

A (8.6) =1 képletben szereplő nem mágneses anyag esetén az árnyékolási hatást csak a és határozza meg. Mi van, ha a képernyő ferromágneses anyagból készül?

Ha egyenlőek, a hatás jobb lesz, mivel >1 (50...100) és x 0 kisebb lesz.

Tehát x 0 az örvényáramok árnyékoló hatásának kritériuma. Érdekes megbecsülni, hogy az áramsűrűség és a mágneses térerősség hányszor kisebb x 0 mélységben, mint a felszínen. Ehhez behelyettesítjük az x = x 0-t a (8.5) képletbe, majd

amiből látható, hogy x 0 mélységben az áramsűrűség és a mágneses térerősség e-szeresére csökken, azaz. 1/2,72 értékre, ami a felületi sűrűség és feszültség 0,37-e. Mivel a mezőgyengülés csak 2,72 alkalommal x 0 mélységben nem elég az árnyékolóanyag jellemzésére, akkor használjon még két x 0,1 és x 0,01 behatolási mélységet, amelyek az áramsűrűség és a térfeszültség 10-szeres és 100-szoros csökkenését jellemzik a felületen lévő értékekhez képest.

Adjuk meg az x 0,1 és x 0,01 értékeket az x 0 értékkel, ehhez a (8,5) kifejezés alapján elkészítjük az egyenletet

ÉS ,

eldöntöttük, melyiket kapjuk

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3x 0 ; (8.7)

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

A (8.6) és (8.7) képletek alapján a különböző árnyékoló anyagokra a behatolási mélységek értékeit a szakirodalom megadja. Az érthetőség kedvéért ugyanezeket az adatokat a 8.1. táblázat formájában mutatjuk be.

A táblázat azt mutatja, hogy minden magas frekvenciánál, a középhullám-tartománytól kezdve nagyon hatékony a bármilyen fémből készült, 0,5...1,5 mm vastagságú képernyő. A képernyő vastagságának és anyagának kiválasztásakor nem az anyag elektromos tulajdonságaiból kell kiindulni, hanem az alapján kell vezérelnie a mechanikai szilárdságra, merevségre, korrózióállóságra, az egyes részek egyszerű csatlakoztatására és kis ellenállású átmeneti érintkezők kialakítására vonatkozó szempontok, a forrasztás, hegesztés egyszerűsége stb.

A táblázat adataiból az következik 10 MHz-nél nagyobb frekvenciák esetén a 0,1 mm-nél kisebb vastagságú réz és még inkább ezüst film jelentős árnyékoló hatást biztosít. Ezért 10 MHz feletti frekvenciákon teljesen elfogadható a getinax fóliából vagy más szigetelőanyagból készült, réz vagy ezüst bevonattal ellátott képernyők használata.

Az acél árnyékolóként használható, de ne feledje, hogy a nagy ellenállás és hiszterézis jelenség miatt az acél képernyő jelentős veszteségeket okozhat az árnyékoló áramkörökben.

Mágneses mező árnyékolás.

Bypass módszer. - Képernyő mágneses tér módszer.

Mágneses tér tolatásának módszere képernyővelállandó és lassan változó váltakozó mágneses mezők elleni védelemre szolgál. A képernyők ferromágneses anyagokból készülnek, nagy relatív mágneses penetrációval (acél, permalloy). Ha van képernyő, akkor a mágneses indukció vonalai főként annak falai mentén haladnak, amelyek mágneses ellenállása alacsony a képernyőn belüli légtérhez képest. Minél vastagabb a képernyő, és minél kevesebb varrat és illesztés, annál hatékonyabb az árnyékolás. A mágneses tér képernyő általi eltolásának módja váltakozó nagyfrekvenciás mágneses mezők árnyékolására szolgál. Ebben az esetben nem mágneses fémből készült képernyőket használnak. Az árnyékolás az indukció jelenségén alapul.

Ha egy egyenletesen váltakozó mágneses mól útjába egy rézhengert helyezünk, amelyben váltakozó örvényindukciós áramok (Foucault-áramok) lesznek gerjesztve. Ezen áramok mágneses tere zárva lesz; a henger belsejében az izgalmas mező felé, azon kívül pedig az izgalmas mező felé irányul. A keletkező mezőről kiderül, hogy a henger közelében gyengült, azon kívül pedig erősödik, azaz. a mező kiszorul a henger által elfoglalt térből, ami annak árnyékoló hatása, ami minél hatékonyabb lesz, minél kisebb lesz a henger elektromos ellenállása, pl. minél nagyobbak a rajta átfolyó örvényáramok.

A felülethatásnak ("bőrhatás") köszönhetően az örvényáramok sűrűsége és a váltakozó mágneses tér intenzitása exponenciálisan csökken, ahogy az ember mélyebbre megy a fémbe.

Ahol

μ – az anyag relatív mágneses permeabilitása; μ˳ – a vákuum mágneses permeabilitása, 1,25*108 g*cm-1; ρ – anyag-ellenállás, Ohm*cm; ƒ – frekvencia, Hz.

Nem mágneses anyag esetén μ = 1. Az árnyékoló hatást pedig csak ƒ és ρ határozza meg.

Az árnyékolás az információ védelmének aktív módszere. Mágneses tér árnyékolás (magnetosztatikus árnyékolás) akkor használatos, ha szükséges az interferencia elnyomása alacsony frekvencián, 0 és 3...10 kHz között. A magnetosztatikus árnyékolás hatékonysága növekszik, ha többrétegű árnyékolást használnak.

A mágneses árnyékolás hatékonysága az árnyékolás anyagának frekvenciájától és elektromos tulajdonságaitól függ. Minél alacsonyabb a frekvencia, annál gyengébb a képernyő, annál vastagabbra kell készíteni, hogy ugyanazt az árnyékolást elérjük. Magas frekvenciákon, a középhullám-tartománytól kezdve, a 0,5 ... 1,5 mm vastagságú bármilyen fémből készült képernyő nagyon hatékony. A képernyő vastagságának és anyagának megválasztásakor figyelembe kell venni a mechanikai szilárdságot, a merevséget, a korrózióállóságot, az egyes részek könnyű összeillesztését és kis ellenállású átmeneti érintkezések kialakítását közöttük, könnyű forrasztást, hegesztést stb. A fenti frekvenciáknál 10 MHz, a réz és még inkább a 0,1 mm-nél vastagabb ezüstfilm jelentős árnyékoló hatást biztosít. Ezért 10 MHz feletti frekvenciákon teljesen elfogadható a getinax fóliából vagy más szigetelőanyagból készült, réz vagy ezüst bevonattal ellátott képernyők használata. A képernyők gyártásához a következőket használják: fémanyagok, dielektromos anyagok, vezetőképes bevonatú üveg, speciális fémezett szövetek, vezető festékek. Az árnyékoláshoz használt fémanyagokat (acél, réz, alumínium, cink, sárgaréz) lemez, háló és fólia formájában gyártják.

Mindezek az anyagok megfelelnek a korrózióállóság követelményének, ha megfelelő védőbevonattal használják őket. Az acélból készült szitakonstrukciók technológiailag a legfejlettebbek, mivel a hegesztés vagy forrasztás széles körben alkalmazható gyártásuk és beépítésük során. A fémlemezeket a teljes kerület mentén elektromosan össze kell kötni egymással. Az elektromos hegesztési vagy forrasztási varratnak folyamatosnak kell lennie ahhoz, hogy teljesen hegesztett szitaszerkezetet kapjunk. Az acél vastagságát a szitaszerkezet célja és az összeszerelés körülményei, valamint a gyártás során a folyamatos hegesztések biztosításának lehetősége alapján választják ki. Az acél képernyők több mint 100 dB-lel csillapítják az elektromágneses sugárzást. A hálós szitákat könnyebb gyártani, kényelmes az összeszerelés és a működtetés. A korrózió elleni védelem érdekében célszerű a hálót korróziógátló lakkal bevonni. A hálós sziták hátrányai közé tartozik az alacsony mechanikai szilárdság és a lapos szitákhoz képest alacsonyabb rostálási hatékonyság. Hálós hálókhoz bármilyen varratkialakítás alkalmas, amely legalább 10-15 mm-enként jó elektromos kapcsolatot biztosít a szomszédos hálópanelek között. Erre a célra forrasztás vagy ponthegesztés használható. Egy ónozott, alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélhálóból készült, 2,5-3 mm-es szembőségű szita kb. 55-60 dB csillapítást ad, és ugyanabból a kettősből (100 mm-es külső és belső háló távolsággal) kb. 90 dB. Az egyetlen rézhálóból, 2,5 mm-es cellával készült képernyő csillapítása körülbelül 65-70 dB

A mágneses mező árnyékolása kétféle módon történhet:

Árnyékolás ferromágneses anyagokkal.

Árnyékolás örvényárammal.

Az első módszert általában állandó MF-ek és alacsony frekvenciájú mezők árnyékolására használják. A második módszer jelentős hatékonyságot biztosít a nagyfrekvenciás MP-k árnyékolásában. A felületi hatás miatt az örvényáramok sűrűsége és a váltakozó mágneses tér intenzitása exponenciálisan csökken, ahogy az ember mélyebbre megy a fémbe:

A tér- és áramcsökkentés mértéke, amelyet egyenértékű behatolási mélységnek nevezünk.

Minél kisebb a behatolási mélység, annál nagyobb áram folyik a képernyő felületi rétegeiben, annál nagyobb az általa létrehozott fordított MF, amely kiszorítja az interferenciaforrás külső mezőjét a képernyő által elfoglalt térből. Ha a képernyő nem mágneses anyagból készül, akkor az árnyékoló hatás csak az anyag vezetőképességétől és az árnyékoló tér frekvenciájától függ. Ha az ernyő ferromágneses anyagból készül, akkor a külső tér hatására más tényezők fennállása esetén nagy e-t indukálnak benne. d.s. a mágneses erővonalak nagyobb koncentrációja miatt. Az anyag azonos fajlagos vezetőképessége mellett az örvényáramok növekednek, ami kisebb behatolási mélységet és jobb árnyékoló hatást eredményez.

A képernyő vastagságának és anyagának megválasztásakor nem az anyag elektromos tulajdonságaiból kell kiindulni, hanem a mechanikai szilárdság, súly, merevség, korrózióállóság, az egyes részek könnyű összeilleszthetősége és a közöttük lévő átmeneti érintkezések kialakítása szempontjai alapján kell eljárni. alacsony ellenállással, könnyű forrasztással, hegesztéssel stb.

A táblázat adataiból jól látható, hogy 10 MHz feletti frekvenciák esetén a réz és különösen a körülbelül 0,1 mm vastagságú ezüstfilmek jelentős árnyékoló hatást biztosítanak. Ezért 10 MHz feletti frekvenciákon teljesen elfogadható a getinax fóliából vagy üvegszálból készült képernyők használata. Magas frekvenciákon az acél nagyobb árnyékoló hatást biztosít, mint a nem mágneses fémek. Érdemes azonban figyelembe venni, hogy az ilyen képernyők jelentős veszteségeket okozhatnak az árnyékolt áramkörökben a nagy ellenállás és a hiszterézis jelensége miatt. Ezért az ilyen képernyők csak olyan esetekben alkalmazhatók, amikor a beillesztési veszteség figyelmen kívül hagyható. Ezenkívül a nagyobb árnyékolási hatékonyság érdekében a képernyőnek kisebb mágneses ellenállással kell rendelkeznie, mint a levegőnek, akkor a mágneses erővonalak általában a képernyő falai mentén haladnak át, és kevésbé hatolnak be a képernyőn kívüli térbe. Az ilyen képernyő egyaránt alkalmas a mágneses tér behatása elleni védelemre és a külső tér védelmére a képernyőn belüli forrás által létrehozott mágneses tér hatásától.

Sokféle acél és permalloy létezik, amelyek mágneses permeabilitási értékei eltérőek, ezért minden anyaghoz ki kell számítani a behatolási mélységet. A számítás a közelítő egyenlet segítségével történik:

1) Védelem a külső mágneses tér ellen

A külső mágneses tér mágneses erővonalai (az interferencia mágneses tér indukciós vonalai) főként a képernyő falainak vastagságán haladnak át, aminek a mágneses ellenállása alacsony a képernyőn belüli tér ellenállásához képest. Ennek eredményeként az interferencia külső mágneses mezője nem befolyásolja az elektromos áramkör működési módját.

2) A saját mágneses mező árnyékolása

Ilyen árnyékolást akkor alkalmaznak, ha a feladat a külső elektromos áramkörök védelme a tekercsáram által keltett mágneses tér hatásaitól. L induktivitás, azaz amikor az L induktivitás által keltett interferenciát praktikusan lokalizálni kell, akkor ezt a problémát mágneses képernyő segítségével oldjuk meg, ahogy az ábrán sematikusan látható. Itt az induktortekercs szinte minden erővonala a képernyő falainak vastagságán keresztül le lesz zárva, anélkül, hogy túllépné azokat, mivel a képernyő mágneses ellenállása sokkal kisebb, mint a környező tér ellenállása.

3) Kettős képernyő

Egy kettős mágneses képernyőnél elképzelhető, hogy az egyik képernyő falainak vastagságán túlnyúló mágneses erővonalak egy része a második képernyő falainak vastagságán keresztül záródik. Ugyanígy elképzelhető egy kettős mágneses képernyő működése az első (belső) képernyőn belül elhelyezkedő elektromos áramkör eleme által keltett mágneses interferencia lokalizálásakor: a mágneses erővonalak (mágneses szórási vonalak) nagy része bezárul. a külső képernyő falain keresztül. Természetesen a dupla ernyőknél racionálisan kell megválasztani a falvastagságot és a köztük lévő távolságot.

Az összárnyékolási együttható azokban az esetekben éri el a legnagyobb nagyságát, amikor a falak vastagsága és az ernyők közötti rés a képernyő középpontjától való távolság arányában növekszik, és a rés értéke a falvastagságok geometriai átlaga. a szomszédos képernyőket. Ebben az esetben az árnyékolási együttható:

L = 20 lg (H/Né)

A kettős képernyők ezen ajánlás szerinti gyártása technológiai okokból gyakorlatilag nehézkes. Sokkal célszerűbb olyan távolságot választani a héjak között a képernyők légrésénél, amely nagyobb, mint az első szita vastagsága, megközelítőleg megegyezik az első szita kötegének és az árnyékolt áramkör széle közötti távolsággal. elemet (például induktortekercset). A mágneses árnyékolás falainak egyik vagy másik vastagságának megválasztása nem lehet egyértelmű. Meghatározzuk a racionális falvastagságot. képernyő anyaga, interferencia-frekvencia és meghatározott árnyékolási együttható. Célszerű figyelembe venni a következőket.

1. Az interferencia frekvenciájának növekedésével (az interferencia váltakozó mágneses mezőjének frekvenciája) az anyagok mágneses permeabilitása csökken, és ez az anyagok árnyékolási tulajdonságainak csökkenését okozza, mivel a mágneses permeabilitás csökkenésével a mágneses fluxussal szembeni ellenállás a képernyő által biztosított növekszik. A mágneses permeabilitás frekvenciájának növekedésével járó csökkenése általában azoknál a mágneses anyagoknál a legintenzívebb, amelyeknek a kezdeti mágneses permeabilitása a legmagasabb. Például az alacsony kezdeti mágneses permeabilitású elektroacél lemezek jx értéke keveset változtat a frekvencia növekedésével, és a nagy kezdeti mágneses permeabilitási értékekkel rendelkező permalloy nagyon érzékeny a mágneses mező frekvenciájának növekedésére. ; mágneses permeabilitása a frekvenciával meredeken csökken.

2. A nagyfrekvenciás mágneses tér interferenciájának kitett mágneses anyagokban érezhetően megnyilvánul a felületi hatás, azaz a mágneses fluxus elmozdulása a képernyő falainak felületére, ami a képernyő mágneses ellenállásának növekedését okozza. Ilyen körülmények között szinte haszontalannak tűnik a képernyő falainak vastagságát az adott frekvencián lévő mágneses fluxus által elfoglalt fölé növelni. Ez a következtetés téves, mert a falvastagság növekedése a képernyő mágneses ellenállásának csökkenéséhez vezet még felületi hatás jelenlétében is. Ebben az esetben a mágneses permeabilitás változását is figyelembe kell venni. Mivel a felületi hatás jelensége a mágneses anyagokban általában érezhetőbben kezd hatni önmagára, mint a mágneses permeabilitás csökkenése az alacsony frekvenciájú tartományban, mindkét tényező befolyása a képernyő falvastagságának megválasztására eltérő lesz a különböző frekvenciatartományokban. mágneses interferencia. Általában az árnyékolási tulajdonságok csökkenése az interferencia gyakoriságának növekedésével kifejezettebb a nagy kezdeti mágneses permeabilitású anyagokból készült képernyőknél. A mágneses anyagok fent említett jellemzői alapot adnak a mágneses képernyők anyagválasztására és falvastagságára vonatkozó ajánlásokhoz. Ezeket az ajánlásokat a következőképpen lehet összefoglalni:

A) a hagyományos elektromos (transzformátor) acélból készült, alacsony kezdeti mágneses permeabilitású ernyők szükség esetén alkalmazhatók az alacsony árnyékolási együtthatók (Ke 10) biztosítására; az ilyen képernyők szinte állandó árnyékolási együtthatót biztosítanak meglehetősen széles frekvenciasávon, akár több tíz kilohertzig; az ilyen képernyők vastagsága az interferencia gyakoriságától függ, és minél alacsonyabb a frekvencia, annál nagyobb a szükséges képernyő vastagsága; például 50-100 Hz-es mágneses interferencia térfrekvencia esetén a képernyő falainak vastagságának körülbelül 2 mm-nek kell lennie; ha az árnyékolási együttható növelésére vagy nagyobb szitavastagságra van szükség, akkor célszerű több, kisebb vastagságú árnyékolóréteget (dupla vagy hármas képernyő) alkalmazni;

B) Nagy kezdeti áteresztőképességű (például permalloy) mágneses anyagokból készült képernyők használata akkor célszerű, ha viszonylag szűk frekvenciasávban nagy árnyékolási együttható (Ke > 10) biztosítása szükséges, és nem célszerű a az egyes mágneses képernyőhéj vastagsága több mint 0,3-0,4 mm; az ilyen képernyők árnyékoló hatása észrevehetően csökkenni kezd több száz vagy ezer hertz feletti frekvenciákon, az anyagok kezdeti áteresztőképességétől függően.

A mágneses pajzsokról fentebb elmondottak igazak a gyenge mágneses interferenciamezőkre. Ha a képernyő erős interferenciaforrások közelében helyezkedik el, és nagy mágneses indukciójú mágneses fluxusok keletkeznek benne, akkor, mint ismeretes, figyelembe kell venni a mágneses dinamikus permeabilitás változását az indukciótól függően; Figyelembe kell venni a képernyő vastagságában bekövetkező veszteségeket is. A gyakorlatban nem találkozunk olyan erős mágneses interferencia-forrásokkal, amelyeknél figyelembe kellene venni a képernyőre gyakorolt ​​hatásukat, kivéve néhány speciális esetet, amelyek nem biztosítják az amatőr rádiózást és a normál működési feltételeket széles körben. használt rádiókészülékeket.

Teszt

1. Mágneses árnyékolás használatakor a képernyőnek:
1) Kisebb a mágneses ellenállása, mint a levegőnek
2) mágneses ellenállása egyenlő a levegővel
3) nagyobb mágneses ellenállásuk van, mint a levegő

2. A mágneses mező árnyékolásakor Az árnyékolás földelése:
1) Nem befolyásolja az árnyékolás hatékonyságát
2) Növeli a mágneses árnyékolás hatékonyságát
3) Csökkenti a mágneses árnyékolás hatékonyságát

3. Alacsony frekvencián (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Képernyővastagság, b) Az anyag mágneses permeabilitása, c) A képernyő és más mágneses áramkörök közötti távolság.
1) Csak a és b helyes
2) Csak b és c igaz
3) Csak a és c igaz
4) Minden lehetőség helyes

4. Mágneses árnyékolás alacsony frekvencián:
1) Réz
2) Alumínium
3) Permalloy.

5. Mágneses árnyékolás magas frekvencián:
1) Vas
2) Permalloy
3) Réz

6. Magas frekvenciákon (>100 kHz) a mágneses árnyékolás hatékonysága nem függ a következőktől:
1) A képernyő vastagsága

2) Az anyag mágneses permeabilitása
3) A képernyő és más mágneses áramkörök közötti távolságok.

Felhasznált irodalom:

2. Semenenko, V. A. Információbiztonság / V. A. Semenenko - Moszkva, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Információbiztonság / V. I. Yarochkin - Moszkva, 2000.

4. Demirchan, K. S. Az elektrotechnika elméleti alapjai, III. kötet / K. S. Demirchan S.-P, 2003.