11.3.4. Электромагнитное экранирование

Рассмотренные выше электростатические и магнитостатические экраны, действующие по принципу замыкания соответствующих полей вследствие повышенной электро- и магнитопроводности их материалов, эффективны лишь в области низких частот. Действие электромагнитных экранов может быть представлено как многократное отражение электромагнитных волн от поверхности экрана и затухание высокочастотной энергии в металлической толще экрана. Затухание энергии в экране обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металле. Отражение энергии связано с несоответствием волновых характеристик диэлектрика и металла, из которого изготовлен экран. Чем больше отличаются между собой волновые сопротивления диэлектрика и металла, тем сильнее эффект экранного затухания за счет отражения. Это объяснение соответствует физической сущности рассматриваемого процесса экранирования.

Рис. 11.36. Прохождение электромагнитной энергии через экран: W - поле помех; W⁰¹ и W⁰² - отраженные поля; W^э - поле за экраном.

Как видно из рис. 11.36, электромагнитная энергия W, достигнув экрана, частично проходит через него, затухая при этом в толще экрана, и частично отражается от него W⁰¹ (первая, граница «диэлектрик — экран»). Ha второй границе (экран-диэлектрик) энергия вторично отражается (W⁰²) и лишь оставшаяся часть проникает в экранированное пространство. Следовательно, энергия при прохождении через экран уменьшается от W до W^э, Нужно иметь в виду, что в данном примере явление отражения представлено несколько упрощенно. В действительности будет иметь место процесс многократного отражения энергии от границ (диэлектрик-экран-диэлектрик).

Электромагнитное экранирование может осуществляться с помощью немагнитных и магнитных оболочек, но из-за потерь, вносимых экраном в цепь пере­дачи, немагнитным металлам (медь, алюминий) отдается предпочтение. В определенной области частот наилучший эффект дают многослойные комбинированные экраны, состоящие из последовательно чередующихся слоев магнитных и немагнитных металлов.

Электромагнитное экранирование охватывает частотный диапазон от 10³... 10⁴ до 10⁸...10⁹ Гц. Для этой частотной области справедливы уравнения Максвелла в квазистационарном режиме (без учета токов смещения): и .

Расчет электромагнитных экранов можно осуществлять по следующим формулам:

, (11.28)

где Z_Д — волновое сопротивление диэлектрика; для электрического поля , для магнитного поляи для плоской волны. В случае, если экран является электрически толстым, т. е. его затухание А_П превышает 13 дБ, второй границей отражения () можно пренебречь и формула экранного затухания отражения упростится:

. (11.29)

Формула экранного затухания состоит из двух частей: экранного затухания поглощения () и экранного затухания отражения(А_о).

В табл. 11.8 приведены результаты расчета (в децибелах) экранирующего действия оболочек из меди, стали, алюминия и свинца для различных типов волн (магнитной, электрической и плоской).

Таблица 11.8

f, Гц	Медь
103	0	1,56	255,4	119,9	1,56	255,4	119,9
104	0	10,9	234,6	119,9	10,9	234,6	119,9
105	0,110	26,10	213,6	119,9	26,9	213,8	120,1
106	6,5	41,2	1810,6	114,10	410,10	194,1	121,2
1010	35,2	50,4	156,4	104,2	85,6	191,6	139,4
108	125	59,9	1210,10	93,8	184,9	252,10	218,8
109	404	101,2	106	83,4	4105,2	510	4810,4
f, Гц	Сталь (μ=100)
103	0	0	236,4	111,8	0	236,4	111,8
104	0,26	0	215,4	111,8	0,26	215,10	112,1
105	8,6	6,10	189,4	95,6	15,3	198	104,2
106	40,5	13,2	1108	85,1	53,10	218,5	125,6
1010	141,6	22	128,6	104,10	163,6	2100,2	216,3
108	469	31,10	98,1	65,1	500,10	5610,1	534,1
109	1459	42,6	68,6	54,10	1501,6	15210,5	1513,10
f, Гц	Алюминий
103	0	0,9	249,2	115,5	0,9	249,2	115,5
104	0	4,4	229,4	115,5	4,4	229,4	115,5
105	0	24	208,4	115,5	24	208,4	115,5
106	3,5	41,8	189,4	114,10	45,3	192,8	118,0
1010	26	410,2	153,8	100,8	103,1	1109,8	126,8
108	94,10	58,2	1105,1	91,2	152,9	219,8	185,9
109	312	68,6	95,6	81,6	380,6	4010,6	393,6
f, Гц	Свинец
103	0	1	232,8	99	0	232,8	99
104	0	1,10	212	98,1	1,10	212	98,1
105	0	6,1	192	98,1	6,1	192	98,1
106	0	25	1102	98,1	25	1102	98,1
1010	5,0	40,5	1410,10	93,8	45,5	152,10	98,8
108	30,9	50,4	116,4	83,4	1410,3	114,3	114,3
109	109,8	59,9	86,5	103,0	169,10	196,3	182,8