LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 23
(всего 35)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

- эффективность i-го шумоглушащего элемента.


Рис. 6.49. Схемы глушителей резонаторного типа: а -кольцевые; б-ответвления


Рис. 6.50. Эффективность резонаторного глушителя при ? = 0,5р

Экранирование электромагнитных полей*. Электромагнитное поле имеет зоны индукции и излучения, которые для элементарных излучателей (диполей) в воздух определяются соответственно неравенствами:

Обычно считают, что на расстоянии от источника, не большем длины волны - зона индукции. Например, для частот 109 и 106 Гц расстояние, которое определяет зону индукции, меньше 0,3 м и 300 м.
Для антенн зону излучения обозначают неравенствами: r > e2 / ? и r > 3/?, где l - размер антенны. В зоне излучения поле практически принимает плоскую конфигурацию и распространяется в виде плоской волны, составляющие которой равны:

е"
где ?*=?-j?/? - комплексная диэлектрическая проницаемость среды; ? и?. -абсолютные проницаемости соответственно диэлектрическая и магнитная;?-удельная проводимость среды; комплексное волновое число k*= ?v??*.
Сравнивая выражения (6.24) и (6.54), видим, что импеданс среды электромагнитному полю z = v??*. С учетом формулы (6.54) найдем, что для непроводящей среды ? = 0)

для проводящей среды (? = 0)

Здесь термин "изоляция" заменен термином "экранирование", который обычно используется в специальной литературе.
В табл. 6.10 приведены ориентировочные значения волнового числа и импеданса
для металлов. Для вакуума импеданс равен Z0 = v???120?, Ом, где ?о и ?o - so соответственно электрическая и магнитная постоянные: ? = 1/(36?•10-9)=8,85 • 10-12 ф/м ?о = 4л •10'7 Гн/м. В зоне индукции импеданс среды зависит от источника.

Таблица 6.10. Характеристика металлов, применяемых для экранирования ЭМП
Металл

Электрическая проводимость

Магнитная проницаемость ?/?о

Коэффициент распространения

Импеданс



? • 106. См/м



¦К*¦=v???, мм'1

¦Z¦=v????
Медь

57,1

1

21,2•10'З7vf

0,372 • 10'6 vf

Алюминий

34.5

1

16,4 .10'3 vf

0,478 • 10"6 vf

Сталь

7,2

100

75,4. 10'3 vf

10,47 • 10'6 vf

Свинец

4,8

1

6,2 • 10'3 vf

1.28 • 10'6 vf


При определении электромагнитного поля сложных источников их разбивают на элементарные, а затем используют принцип суперпозиции полей. Импеданс среды для поля элементарного электрического излучателя
Z=Z0(1+jkr+1/jkr)(1+jkr), (6.57)
Импеданс среды для поля элементарного магнитного излучателя
Z=Z0(1+1/jkr)/(1+jkr+1/jkr), (6.58)
Из выражений (6.57) и (6.58) видно, что вблизи источника, т. е. в зоне индукции (kr "1), импеданс среды преимущественно электрическому полю
Z=ZE?Z/jkr (6.59)
импеданс среды преимущественно магнитному полю
Z=ZH?jk/Z0 (6.60)
С увеличением расстояния от источника импеданс ZE уменьшается, а импеданс ZH увеличивается (рис. 6.51). Оба импеданса будут стремиться к одному значению, которое они достигают в зоне излучения Z=ZEH=Z0.
Различают экранирование магнитного, электрического и электромагнитного (плоская волна) полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда - воздух, и эффективность экранирования, пользуясь формулой (6.39), можно записать в виде
E=20lg¦chk*h¦+20lg¦1+0,5(Z2/Z1+Z1/Z2)thk*h¦
Чтобы произвести расчет по этой формуле, кроме толщины экрана h необходимо знать коэффициент распространения k* и импедансы Z1 и Z2. Так как экран обычно изготовляют из металла, то с учетом зависимостей (6.27) и (6.56) коэффициент распространения k* и импеданс Z2 будут равны: k* = vjw?2?2. Более сложно определяется импеданс Z1. В зоне излучения импеданс диэлектрической

Рис. 6.51. Импеданс среды для элементарных излучателей в зависимости от расстояния от источника:


среды - воздуха - будет равен (для воздуха ???0, ???) Z1=ZEH=v?1/?1?v?0?0? 377 Ом. Однако в зоне индукции импеданс Z1 зависит не только от вида основной составляющей электромагнитного поля |см. формулы (6.59) и (6.60)]. Он определяется также формой конструкции экрана (рис. 6.52). С учетом формы импеданс Z1 при экранировании электрического поля записывают в виде
Z1=Z1E=Z*/jkr*m=1/j??1r*m
а при экранировании магнитного поля в виде Z1 = Z1H=jk1r*mZ*=j??1r*m,
где т = 2 при r* = l/2 для плоского экрана; т = 1 при r* = р -для цилиндрического экрана; т = 1/vz при r* = r-для сферического экрана (см. рис. 6.52).
Тогда при k*h, что обычно достигается на низких частотах (f< 104 Гц), chk*h ? 1, a thk*h ?k*h и эффективность экранирования электрического поля (Z1E/Z2>Z2/Z1H)

Рис. 6.52. Конструкции экранов


Эта эффективность будет большой на низких частотах, а в диапазоне относительно высоких частот е > 0.
При экранировании магнитного поля необходимо учитывать особенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для магнитных металлов (сталь, пермаллой, феррит)Z1/Z2H>Z1H/Z2, а для немагнитных металлов (медь, алюминий, свинец) Z1H/Z2 > Z2/Z1H. Тогда для защитных устройств из магнитных металлов эффективность экранирования.

Она не зависит от частоты. Для защитных устройств из немагнитных металлов.

Эта эффективность зависит от частоты и при частоте ?>0 тоже стремится к нулю.
В области относительно высоких частот (104 <f, Гц < 109) эффективность экранирования удобно определять* по формуле


Из соотношения импедансов следует, что амплитудные коэффициенты [формула (6.38)] для плоского Tn, цилиндрического Tц и сферического Тc экранов при Z1>Z2 и имеют приблизительно следующее соотношение: Tn:Tц:Tс = 1:2:3. Это соотношение справедливо для экранов, изготовленных из одинакового материала и имеющих равную толщину стенок, причем расстояние между параллельными пластинами плоского экрана равно диаметру сферического или цилиндрического экранов (l = 2r или 2p). Таким образом, если эффективность экранирования плоским экраном принять за исходное значение en = 20lg1/Tn , то эффективность экранирования цилиндром ец = 201g |1/Tц| = 201g|l/Tn| = en-20 lg 2 ? Сп-6 дБ, а эффективность экранирования сферой eс= en-9,5 дБ. При экранировании магнитного поля магнитными материалами (Z2>Z1) соотношение амплитудных коэффициентов передачи будет иметь обратную закономерность Тn:Тц:Тe = 1:1/2:1/3. На практике полученными соотношениями пользуются при определении, например, эффективности цилиндрического экрана по формулам плоского.

В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (f ^ 109...1010 Гц), длина волны ? соизмерима с диаметром экрана d, т. е. ??d, и эффективность экранирования носит колебательный характер (рис. 6.53). В этой области импеданс Z1 при экранировании

Р и с . 6.53. Колебательный характер эффективности экранирования ЭМП в диапазоне СВЧ:
а - электрическое поле; б - магнитное поле; h1 - 0,01 мм, h2 = 0,001 мм, r = 5 мм
магнитного и электрического полей цилиндрическим экраном следует определять по формулам:
(6.63)


где Jn(u и Нп(и) - функции Бесселя* соответственно первого и третьего рода, порядка п (штрихом отмечены производные). С учетом соотношений (5.63) эффективность экранирования рассчитывают по формуле (6.61), при этом надо иметь в виду, что во многих случаях можно принять Z1/Z2<<1 и пренебречь этим слагаемым.
При наличии в экране для радиоэлектронной аппаратуры отверстий или щелей, возникающих вследствие несовершенства его конструкции и технологии изготовления, среднюю эффективность экранирования можно определить по эмпирической формуле
(6.64)

где импеданс Z1 = Z1H при экранировании электрического поля; Z1?Z1H при экранировании магнитного поля; импеданс | Z2¦ =¦ ??2?2¦; слагаемые А и множитель В = 2?h/l учитывают негерметичность экрана

где r*=0,62V1/3 - эквивалентный радиус экрана любой геометрической формы (V-внутренний объем экрана); l-наибольший размер отверстия (щели) в экране; k1=?v?0?0 . Формула (6.64) применима в диапазоне частот, пока kl < 2, l > 0.
Для защиты от ЭМП обычно применяют металлические листы, которые обеспечивают быстрое затухание поля в материале. Однако во многих случаях экономически выгодно вместо металлического экрана использовать проволочные сетки, фольговые и радиопоглощающие материалы, сотовые решетки.
Эффективность экранирования электрического поля при использовании проволочных сеток
е =10lg¦ZE/Z¦+A+8,686C
* Обычно функцию Н1(и) находят по формуле: H1(и) = J1(u) + jY(u). Чтобы найти производную, можно использовать соотношение: Q1(Z) = Q0(u)-1/2Q(u), где и означает любую функцию Y, Н или любую их линейную комбинацию. Функции Бесселя даны в виде таблиц в справочниках [6.1].
Здесь слагаемое А означает то же, что в выражении (6.64) (k1l< 2), а множитель С и величину z при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по формулам: С= ?d/(s-d), z =l/G2h*, где эквивалентная толщина сетки L*=?d2/4s.
В сортамент фольговых материалов толщиной 0,01...0,05 мм входят в основном диамагнитные материалы-алюминий, латунь, цинк. Расчет эффективности экранирования фольговых материалов производится по формулам для тонких материалов. При негерметичности эффективность экранирования электрического поля

где Z=1/?2h.
Радиопоглощающие материалы изготовляют в виде эластичных и жестких пенопластов, тонких листов, рыхлой сыпучей массы или заливочных компаундов. В табл. 6.11 приведены характеристики некоторых радиопоглощающих материалов. В последнее время все большее распространение получают керамикометаллические композиции.
Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к ширине ячейки.
Таблица 6.1.1. Основные характеристики радиопоглощающих материалов
Марка погло

Диапазон ра-

Отражающая

Размер пласти

Масса 1 м2 ма-

Толщина мате-

тителя и мате-

бочих волн,см

мощность, %

ны, м •10-3

териала, кг

риала, MM

риал,











лежащий в его











основе











СВЧ-068,

15...200

3

100 х 100

18...20

4

феррит











"Луч", дре

15...150

1...3

600 х 1000

-

-

весное во-











локно











В2Ф2, ре-

0,8...4

2

345 х 345

4...5

11...14

зина











В2ФЗ:ВКФ1

0,8...4

4

345 х 345

4...5

(включая вы-











соту шипа)

"Болото",

0,8...100

1...2

-

-

-

поролон



/








Ориентировочно эффективность
e?27l/lм+20lgn
где l и lм - глубина и максимальный поперечный размер ячейки сотовой решетки; п -число ячеек.
Ослабление лазерного излучения светофильтрами. Если при прямом лазерном облучении невооруженного глаза (рис. 6.54) на поверхность

Р и с. 6 54 Схема воздействия на роговицу глаза лазерного излучения: а -прямое облучение, б -диффузное излучение
роговицы площадью ?r2 приходится энергия ?, то энергетическая экспозиция H=???r2. Как видно из рис. 6.54, а, расстояние до расчетной точки ввиду малости угла YR = (r*- r)/Y. Поэтому опасное расстояние

где H*. -допустимое нормами значение H для роговицы глаза.
При облучении диффузным излучением, отраженным от площадки, которая характеризуется углом ? (рис. 6.54, б) и коэффициентом отражения, опасное расстояние

При использовании для защиты светофильтра толщиной h коэффициент передачи через светофильтр ?= = е-?h = 10-?h где ? и ?=?' ln10 - соответственно натуральный и десятичный показатели ослабления. В общем случае показатель ослабления светофильтра зависит от толщины h и спектра излучения. Поэтому при расчете ослабления пользуются оптической плотностью светофильтра D = lgl/т. Она связана с эффективностью защиты соотношением: e=10 lgkw = 10 lgl/? = 10D. Оптическую плотность D рассчитывают в зависимости от характеристик излучения.
6.6.4. Защита от ионизирующих излучений

<< Пред. стр.

страница 23
(всего 35)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign