Влияние неоднородности тока в экране

Проводимое выше рассмотрение магнитного экранирования основывалось на однородности распределения продольного тока в экране по его окружности. Сплошные экраны, например выполненные из алюминиевой фольги, дают наиболее равномерное распределение экранного тока, обеспечивая тем самым на частотах, выше частоты среза экрана, наилучшее магнитное экранирование. Плетеные экраны значительно менее эффективны в отношении магнитного экранирования, так как ток в них распределяется менее однородно, чем в сплошном экране. Оплетка может иметь покрытие (обычно из оловянно-свинцового припоя или серебра), и ток в такой оплетке будет распределен более равномерно из-за лучшего контакта между проводниками. В плетеных экранах без покрытия проводники окисляются, и электрический контакт между ними обычно плохой.

Эффективность магнитного экранирования вблизи концов кабеля зависит от способа подключения экрана. Подключение «косичкой» (см. рис) приводит к тому, что экранный ток концентрируется на определенной части поверхности экрана. Для максимальной защиты экран следует подключать равномерно по всей плоскости его поперечного сечения. Это можно сделать, используя коаксиальные разъемы. Такой разъем обеспечивает электрический контакт с экраном по всей его окружности. Коаксиальное подключение создает, кроме того, полное перекрытие внутреннего проводника, сохраняя полноту экранирования от электрических полей.

Избирательное экранирование

Примером устройства, где производится избирательное экранирование от электрического поля, а на магнитное поле не оказывается никакого воздействия, является антенна в виде экранированной петли. Такая антенна применяется при определении направления на радиостанцию. С ее помощью можно также значительно уменьшить шумовые наводки в антенне радиовещательного приемника, поскольку большинство локальных источников шумов генерируют преимущественно электрическое поле.

На рис. а показана основная конфигурация петлевой антенны. Магнитное поле создает в петле напряжение величиной .Угол q изменяется между направлением магнитного поля и перпендикуляром к плоскости петли. Последняя, однако, действует так же, как вертикальная антенна, и на ней наводится напряжение от случайных электрических полей. Это напряжение равно напряженности поля Е, умноженной на действующую высоту антенны. Для антенны в виде одного витка окружности действующая высота равна 2p S /l. При этом наведенное электрическим полем напряжение становится равным .Угол q' измеряется между направлением электрического поля и плоскостью петли. Чтобы устранить наводки от электрических полей, антенный контур можно экранировать, как показано на рис. б. Однако в такой схеме по экрану может протекать ток, который будет подавлять магнитное поле так же хорошо, как и электрическое. Чтобы сохранить чувствительность контура к магнитному полю, необходимо разорвать экран и предотвратить прохождение по нему тока. Это можно сделать, разорвав экран, например, сверху, как показано на рис. в. Получившаяся в результате антенна будет реагировать только на магнитную компоненту приходящей волны.

Подавление шумов в сигнальной цепи
методом ее симметрирования

Цель симметрирования состоит в том, чтобы сделать равными шумы, наводимые в обоих проводниках СИ. В этом случае они будут представлять собой продольный, или синфазный, сигнал, который будет скомпенсирован в нагрузке. Симметричными являются двухпроводные схемы, в которых оба проводника и все подключенные к ним цепи имеют одинаковый импеданс относительно земли и любого другого проводника.

Симметрирование можно использовать в сочетании с экранированием там, где уровень шумов должен быть ниже уровня, достижимого при использовании только экранирования. Кроме того, в некоторых случаях, симметрирование применяется вместо экранирования и является основным методом шумоподавления.

Заземление с симметричным входом относительно земли, рассмотренного выше, или использование дифференциального усилителя (рис.1) является первым шагом на пути к созданию симметричной системы.

Однако в этой схеме усилитель обеспечивает симметричную нагрузку, но источник остается несимметричным из-за наличия сопротивления R _г.

При симметрировании источника относительно земли получается полностью симметричная система. Символически эта схема показана на рис.2.

В качестве проводников в симметричных схемах обычно применяют витые пары или экранированные витые пары, так как они симметричны.

В симметричной схеме использование витой пары может обеспечить защиту как от магнитных, так и от электрических полей без экранирования проводников. Тем не менее, все же желательно применять экраны, так как совершенной симметрии достичь трудно и могут потребоваться дополнительные средства защиты.

Коаксиальный кабель, напротив, имеет несимметричную форму, поэтому для симметричной системы следует брать два коаксиальных кабеля (рис.3).

Чем лучше симметрия схемы, тем большее подавление шумов можно получить. Если было бы возможно достичь совершенной симметрии, шумы не могли бы проникать в систему.

Симметрия системы зависит от симметричности источника, симметричности сигнальных проводов и нагрузки, а также от симметрии любых паразитных импедансов. Между двумя входными проводниками должна быть обеспечена симметрия как по активным, так и по реактивным сопротивлениям, т. е активные и реактивные сопротивления каждого из проводников относительно земли должны быть равны. Величина любых шумов, проникающих в симметричную схему, является функцией степени ее несимметрии и прямо пропорциональна напряжению шумов.

Напряжение шумов можно уменьшить соответствующим экранированием и заземлением, как было рассмотрено в предыдущих разделах, и исключением заземления одного конца схемы.

Симметрия системы зависит от частоты сигнала. Обычно, чем выше частота, тем труднее получить точную симметрию, поскольку на высокой частоте большое влияние на работу схемы оказывает паразитная емкость.

В несимметричной системе линию передачи сигнала можно сделать симметричной при помощи двух трансформаторов (рис.4). Поскольку проводники обычно наиболее чувствительны к наводкам, такаясхема может быть очень полезна для уменьшения шумов. Кроме того, трансформаторы разрывают все контуры заземления, устраняя тем самым шумы, вызванные наличием разности потенциалов источника и нагрузки.