WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

П =[Е Н] называемого вектором Пойтинга, который является вектором плотности потока электромагнитной мощности в точке пространства.

В А Вт Размерность: Е =, Н =, П = м м м Вектор П определяет мощность, проходящую через единицу площади.

Электромагнитное поле в конструкциях СУ приходится учитывать чаще, чем статические поля.

Подход к изучению электромагнитного поля зависит от частоты (длины волны) и расстояния приемника от источника помехи.

Различают: ближнюю и дальнюю зоны.

3.4. Ближняя зона электромагнитного поля Для этой зоны расстояние от источника поля (помехи) до точки его воздействия на приемник много меньше длины волны, т.е.:

vф r << = f vф - фазовая скорость (скорость фазовой плоскости, т.е. поверхности, плоской электромагнитной волны); она не зависит от частоты колебаний и определяется только параметрами среды.

В общем случае: vф =, где а = о, а = о аа Для вакуума (воздуха): а = = 8,8610-12Ф о м Гн =1, =1 = = 4 10-7 и тогда а о м vф= 3108 м скорость света с оо Рис.3.1.

воздух, вакуум = хороший проводник = 45о В звуковом диапазоне частот f =20Гц... 20кГц = 15км (для 20 кГц) min Возьмем радиодиапазоны:

КВ f =4... 20МГц = 75 … 15м УКВ f =65... 73МГц = 4,1 … 4,6м Эти расчеты показывают, что в пределах одного блока, прибора или узла практически во всех диапазонах мы имеем электромагнитное поле в ближней зоне.

В ближней зоне можно пренебречь излучением энергии и применять все законы статических полей, учитывая, что:

1) элементы с изменяющимся потенциалом (слаботочные, высоковольтные) создают преимущественно электрическое поле Е ;

2) элементы с переменными токами (сильноточные, низковольтные) создают преимущественно магнитное поле Н.

3.5. Электрическое поле Если источники помехи создают преимущественно электрическое поле, а приемник находится в ближней зоне, то учитывается емкостная связь между ними.

ИП - источник поля ПП - приемник поля ССВ - емкость между источником и приемником (связи) СИ - емкость между источником и корпусом устройства или землей СП - емкость между приемником и корпусом устройства или землей uИ - напряжение, создаваемое источником поля uП - напряжение, наведенное в приемнике поля Рис3.3.

Из расчета:

( ) СП +СИ ССВ иП = иИ () СП +СИ ССВ +СП СИ Для ослабления действия нужно уменьшить ССВ или увеличить емкостное сопротивление связи:

хСВ =, где - круговая частота помехи.

Ссв 3.6. Магнитное поле Если источник создает преимущественно магнитное поле, изменяющееся во времени, а приемник поля находится в ближней зоне, то учитывается магнитная связь между ними.

Рис.3.4.

Часть магнитных силовых линий, создаваемых ИП, пронизывает ПП. Изменяясь во времени магнитное поле наводит в приемнике индукционные токи, которые могут быть помехой по отношению к собственным рабочим токам приемника. Кроме того, наведенные в приемнике токи создают новое собственное поле приемника, не соответствующее его рабочему полю.

3.7. Дальняя зона электромагнитного поля В дальней зоне расстояние от источника поля до точки наблюдение соизмеримо с длиной волны или больше длины волны, т.е.:

r или r >> От источника поля в пространство излучается сферическая волна. На расстояниях r > 5 фронт волны можно приближенно считать плоским, а векторы Е и Н направленными перпендикулярно направлению распространения волны. Колебания векторов Е и Н синфазны на равных расстояниях от источника и непрерывно взаимно преобразуются.

Напряженности поля Е и Н пропорциональны частоте при равных расстояниях от источника, а мощность излучения - квадрату частот.

Электромагнитное воздействие в дальней зоне рассматривается в основном в случае природных помех при расположении источника на очень большом расстоянии (атмосферные, космические помехи - как правило, внешние помехи).

4. ОСЛАБЛЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ МЕТОДОМ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ АППАРАТУРЫ Предварительно следует установить:

1) напряженность помехонесущего поля;

2) чувствительность приемника поля к воздействию помехи;

3) расстояние между ИП и ПП.

Следует установить преобладающую чувствительность к одной из компонент поля (Е или Н ), если она имеется. В противном случае нужна защита от обеих компонент.

Важно определить, какие элементы и узлы конструкции аппаратуры располагаются между ИП и ПП, т.е. сначала определить возможность «естественного» экранирования.

Рациональная компоновка в общем случае позволяет только снизить влияние помехонесущего поля на ПП, но полностью решить задачу не всегда удается.

Для уменьшения влияния электрического поля при компоновке рекомендуется:

1) максимально разносить узлы ИП и ПП для уменьшения паразитной емкости ССВ (не всегда приемлемо, т.к. растут габариты аппаратуры);

2) ИП и ПП располагаются таким образом, чтобы паразитная емкость была минимальной. Например, проводники и токоведущие части располагаются под углом 90°, что снижает паразитную связь;

С этой целью в двух- или многослойных печатных платах проводники в соседних сигнальных слоях нужно располагать параллельно разным осям координат, т.е. в одном слое параллельно оси Х, а в соседнем - параллельно оси Y.

В некоторых случаях при мелкосерийном производстве следует заменять печатный монтаж на печатно-проводной, т.к. уменьшается длина линии связи и эффективная площадь взаимодействия.

3) уменьшать геометрические размеры ИП и ПП, тогда уменьшается эффективная площадь взаимодействия и паразитная емкость. Наиболее рационален переход от дискретных компонентов схемы к микросхемам (ИС, БИС, СБИС).



Для уменьшения влияния магнитных полей рекомендуются следующие приемы компоновки:

1) проводники и магнитопроводы ИП и ПП располагать возможно друг от друга;

2) проводники ИП и ПП располагать под углом 90°, что обеспечивает минимальную магнитную связь;

3) уменьшать габариты ПП, что уменьшит величину магнитного потока, пронизывающего ПП;

4) прямой и обратный провода электропитания следует скручивать вместе или применять двухжильные провода для компенсации их внешнего магнитного поля.

5. ЭКРАНИРОВАНИЕ 5.1. Назначение экранов Экраны предназначаются для ослабления электрического, магнитного и электромагнитного полей в некоторой части пространства для защиты элементов, узлов и блоков СУ от воздействия этих полей.

В зависимости от размещения защищаемой зоны относительно источников помехонесущего поля экраны подразделяются на наружные и внутренние.

Рис.5.1.

5.2. Влияние экрана на параметры элементов СУ Если ввести экран в пространство, заполненное полем, то измениться конфигурация этого поля, а это эквивалентно изменению параметров элемента, создающего поле (ИП и ПП).

Наличие экрана увеличивает емкость элементов конструкции и проводов, уменьшает индуктивность, увеличивает затухание и потери. При конструировании экранов нужно учитывать это влияние таким образом, чтобы изменение параметров не выходило за заданные или допустимые пределы.

5.3. Виды экранирования В СУ отдельные элементы создают различные виды полей. На низких частотах или в ближней зоне можно выделить преобладающий вид полей - электрический или магнитный.

Соответственно этому применяется электрическое или магнитное экранирование.

На высоких частотах и дальней зоне (компоненты поля Е и Н равноценны) применяется электромагнитное экранирование.

Таким образом, выбор вида и способа экранирования определяется источником помехонесущего поля и его расположением относительно экрана.

5.4. Электростатическое экранирование Рис.5.2.

Если в электростатическое поле пометить проводник, то на его поверхностях возникнут наведенные заряды. Эти заряды создают свое поле, которое полностью компенсирует поле внутри проводника.

За проводящей пластиной внешнее поле создают наведенные на поверхности заряды. Экран практически не изменяет поля в пространстве.

Рис.5.3.

Если сделать проводник в форме замкнутого объема, то на внутренней его поверхности не будет зарядов. Соответственно не будет электрического поля во внутренней области. Помещенный внутри проводящей полости элемент будет защищен от внешних электростатических полей.

Рис.5.4.

Если источник электростатического поля помещен внутри проводящей оболочки, то на внутренней и внешней поверхностях оболочки поле будет существовать. Таким образом, поле проникает сквозь экран и он не выполняет функции экранирования.

Рис.5.5.

Эффект экранирования достигается заземлением (соединением с общим корпусом), которое снимает заряды с внешней поверхности и внешнее поле пропадает.

Электростатические экраны изготовляются из материалов с хорошей проводимостью. Толщина их сплошных стенок определяется только конструктивными требованиями. Это - различные металлические коробчатые формы (оболочки) или перегородки, заземленные на корпус. Сетки или решетчатые конструкции не применяются, так как часть линий поля проникает сквозь экран.

Заземление или соединение с общим корпусом ОБЯЗАТЕЛЬНО! 5.5. Электрическое (квазистатическое) экранирование Если электрическое поле является переменным, то с частотой изменения этого поля на поверхности экрана будут меняться заряды (знак и распределение в пространстве). Следовательно, оп экрану потечет ток и возникнет падение напряжения, которое будет создавать свое электрическое поле. Получается, таким образом, эффект проникновения поля сквозь экран. Уменьшить падение напряжения можно, применяя хорошо проводящие материалы и увеличивая толщину экрана.

Расположенный в ближней зоне экран называют электрическим или квазистатическим. А экранирование в этом случае сводится к устранению нежелательных емкостных связей между элементами.

Рис.5.6.

Так введение неполного экрана между ИП и ПП ослабляет емкостную связь между ними. Замыкание на заземленный корпус создает наиболее полную защиту.

5.6. Магнитостатическое экранирование Основано на использовании ферромагнетиков, имеющих магнитную проницаемость значительно больше, чем у среды. Поэтому силовые линии магнитного поля будут концентрироваться в ферромагнетике.

Магнитостатический экран одинаково пригоден для защиты от внешних полей и для локализации поля источника.

Рис.5.7.

Чем больше у экрана, тем тоньше могут быть стенки. Для повышения эффективности делают двух- и трехслойные экраны. При равной массе эффективнее не толстый экран, а несколько тонких с возможно большими расстояниями (зазорами) между ними.

В конструкции экрана нужно избегать стыков и швов с большим магнитным сопротивлением.

Крепление экранируемого элемента в экране и внешние крепления экрана должны быть выполнены из немагнитных материалов, чтобы не создавать малых магнитных сопротивлений в нежелательных направлениях.

Переменное магнитное поле небольшой частоты моет подвергаться магнитостатическому экранированию, если ферромагнитный экран выполнить хорошо шихтованным.

5.7. Магнитное экранирование (электромагнитное экранирование переменного магнитного поля) Для экранирования переменного магнитного поля эффективность магнитостатического экрана (ферромагнитного экрана) с повышением f уменьшается, так как плохая электропроводность магнитных материалов (особенно на переменном токе) не позволяет в достаточной степени компенсировать помехонесущее магнитное поле встречным полем от индуктивных вихревых токов. Кроме того, уменьшение глубины проникновения поля на повышенных частотах снижает требования к толщине экрана.





Поэтому на частотах, выше звуковых (выше 20....50 кГц) применяются экраны из хороших проводников Си, Аl толщиной от 1....2 мм.

В таком экране переменный магнитный поток наводит переменный ток вихревого типа. Экран ведет себя как закороченный виток трансформатора. Магнитное поле, образуемое этим током, сдвинуто по фазе относительно поля источника на 180°, т.е. направлено на встречу ему. Получается частичная компенсация поля ИП. Чем ближе к 180°, тем лучше компенсация. Это достигается хорошей проводимостью и достаточной толщиной стенок проводника. Для принятой f толщина стенок не должна быть меньше глубины проникновения ЭМ-волны.

5.8. Электромагнитное экранирование Экранирование с использование индуктивных (наведенных) токов в стенках экрана обеспечивает ослабление переменных электрических и магнитных полей. Поэтому такой способ называется электромагнитным.

В ближней зоне эффективность ЭМ-экрана для компонент Е и Н различна (больше для Н ), а в дальней зоне - одинакова.

Физическую природу ЭМ-экранирования можно упрощенно представить двумя явлениями.

1. Под действием ИП на стороне экрана, обращенной к ИП, возникают разряды, а в стенках токи. Во внешнем пространстве поля этих токов близки по величине к полю ИП, а по направлению - противоположны ему. Происходит взаимная компенсация полей.

2. При рассмотрении волнового режима в дальней зоне эффект экранирования проявляется в многократном отражении волн между поверхностью экрана и ИП в сочетании с затуханием энергии волн в толще металлического экрана.

Чем больше разница в волновых характеристиках экрана и среды, в которой он находится, тем сильнее выражено отражение энергии. Если экран тонкий (толщина Э меньше глубины проникновения или соизмерима с ней), то нужно учитывать внутреннее отражение в экране, т.е. отражение в сторону ИП.

Рис.5.8.

Теоретический расчет ЭМ-экранов очень сложен, и эта задача решена только для трех расчетных моделей:

1. Бесконечный плоский экран, расположенный перпендикулярно направлению распространения плоской ЭМ-волны.

2. Сферически замкнутый, идеально проводящий экран с ИП в центре сферы.

3. Бесконечно длинный, идеально проводящий цилиндр с ИП в виде тонкой бесконечно длинной нити на оси цилиндра.

Рис.5.9.

Эти теоретические случаи не учитывают:

а) соотношение длины волны и размеров Э;

б) неравномерность распределения поля внутри Э;

в) конструкцию Э;

г) проникновение поля через щели Э;

д) свойства материала Э.

5.9. ЭМ-экран как объемный резонатор Свойства резонатора:

1. Отражение ЭМ-волн от стенок и перераспределение ЭМ-поля.

2. Накопление в объеме энергии.

3. Поглощение энергии в стенках.

4. Резонансные явления на некоторых частотах.

5. Реакция экрана на ИП и ПП.

6. Излучение энергии через отверстия и щели (ИП - внутри).

7. Проникновение энергии через отверстия и щели (ИП - снаружи).

Добротность резонанса Q характеризует способность резонанса накапливать ЭМ-энергию ( - резонансная частота, W - запасенная энергия):

W Q=o, где р - мощность потерь p W V p S Энергия поля запасается объемом V, а мощность потерь расходуется на поверхности стенок с площадью S. С увеличением размеров экрана V растет быстрее, чем S.

Таким образом, в общем случае добротность прямо пропорциональна V и обратно пропорциональна S и глубине проникновения zo, т.е. в слое, где теряется энергия:

V Q zoS Значение добротности Q может быть очень велико (102 …105).

При отсутствии поглощающего материала внутри Э мощность поля резонатора (из-за явления накапливания) может быть на несколько порядков больше мощности ИП.

Если размеры резонатора превышают длину волны, то поле в резонаторе распределено резко неравномерно, и возможен пробой в местах максимумов электрической компоненты Е.

Накопление энергии и резонансные явления в экране снижают эффективность экранирования, так как расчет напряженности поля и мощность, проникающая за Э через отверстия в щели. Возрастает также воздействие экрана на заключенные в нем элементы.

При экранировании мощных ИП необходимо снижать потери в экране. Большие потери в Э могут нагреть Э и даже расплавить в местах протекания больших токов.

Наибольший эффект дает уменьшение глубины проникновения zo (выбор материала) и объема экрана V.

С другой стороны, взаимодействие экрана с ПП усиливается при их сближении. Например, параметры L, Q, R катушки сильно изменяются при экране малых размеров.

6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКРАНОВ 6.1. Коэффициент экранирования Теоретически это отношение действующих значений E2 (H2) в некоторой точке при наличии Э к действующим значениям E1 (H1) в той же точке при отсутствии экE2 Hрана SE =, SH =.

E1 HВ конструкторской практике Рис.6.1.

EШ и HШ вблизи Э со стороны ПП; E1 и H1 вблизи Э со стороны ИП; EII и HII в самом Э.

Коэффициент экранирования 0SS = 0 поле не проникает в Э (идеальное экранирование);

S = 1 Э не ограничивает помеху и не выполняет свою функцию.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.