Суммарные потери на поглощение и отражение для магнитного поля

Общие потери для магнитного поля получаются в соответствии с уравнением (3) как комбинация потерь на поглощение и на отражение. Если экран имеет значительную толщину (потери на поглощение >10дБ), коэффициентом многократного отражения К _м.отр можно пренебречь. При тонком экране следует учитывать коэффициент К _м.отр, который дается уравнением .

В ближнем поле потери на отражение для низкочастотного магнитного поля малы. Однако, вследствие многократных отражений, в тонком экране из проводящего немагнитного материала основные потери для магнитных полей низкой частоты составляют потери на поглощение.

Дополнительную защиту от низкочастотных магнитных полей можно обеспечить только созданием магнитного шунта с низким значением магнитного сопротивления для отвода поля от защищаемой схемы. Этот метод иллюстрируется рис.8.

Шунтирующее действие экрана обусловлено преломлением силовых линий магнитного поля на границе экран-диэлектрик, а также возбуждением индукционных токов в магнитном материале.

Если вместо материала с высокой проводимостью в качестве экрана использовать ферромагнитный материал, это приведет к увеличению магнитной проницаемости m и уменьшению проводимости s. В этом случае:

1. Потери на поглощение возрастут, так как у большинства магнитных материалов магнитная проницаемость увеличивается в большей степени, чем уменьшается проводимость.

2. Потери на отражение уменьшатся из-за увеличения сопротивления экрана Z _Э. Полные потери в экране равны сумме потерь на поглощение и отражение.

3. Коэффициент экранирования возрастет за счет уменьшения магнитного поля в экранированной области вследствие шунтирующего действия экрана.

В случае магнитных полей низкой частоты потери на отражение очень малы и основным механизмом экранирования являются потери на поглощение. В этих условиях для увеличения потерь на поглощение целесообразно использовать магнитный материал.

Для низкочастотного электрического поля или плоских волн экранирование обусловлено, главным образом, отражением. В этом случае применение магнитного материала может ухудшить экранирование.

При рассмотрении экрана из магнитного материала необходимо учитывать его следующие, часто упускаемые из виду свойства:

- уменьшение магнитной проницаемости при увеличении частоты;

- уменьшение магнитной проницаемости при увеличении напряженности поля (эффект насыщения);

- возможность уменьшения магнитных свойств материалов с высокой магнитной проницаемостью под действием механической обработки.

Обычно для магнитных материалов указываются статические значения магнитной проницаемости. С ростом частоты магнитная проницаемость уменьшается. Как правило, чем больше статическая проницаемость, тем сильнее она уменьшается с частотой.

На рис.9 даны графики зависимости магнитной проницаемости от частоты для целого ряда магнитных материалов. Из них «видно, что хотя мю-металл имеет в 13 раз большую статическую магнитную проницаемость, чем холоднокатаная сталь, однако на частоте 100 кГц его свойства хуже, чем у последней. Материалы с высокой магнитной проницаемостью лучше всего подходят для экранирования магнитных полей на частотах до 10 кГц.

Эффективность работы магнитных материалов в качестве экранов зависит от напряженности поля H. Типичная кривая намагничивания показана на рис.10. Статическая магнитная проницаемость представляет собой отношение В к Н. Можно видеть что максимум магнитной проницаемости, а значит, и экранирующей способности наблюдается при средней величине напряженности поля. при меньших и больших значениях напряженности магнитная проницаемость, а следовательно, и экранирующая способность меньше. При больших значениях напряженности поля этот эффект обусловлен насыщением, которое зависит от вида материала и его толщины. По мере того, как напряженность поля заходит далеко в область насыщения, магнитная проницаемость резко падает.

В общем случае, чем выше значение магнитной проницаемости, тем меньшая напряженность поля вызывает насыщение. В большинстве спецификаций на магнитные материалы приводится наибольшее значение магнитной проницаемости, а именно то, которое она имеет при оптимальных значениях частоты и напряженности поля. Такие параметры могут ввести в сильное заблуждение.

Чтобы исключить насыщение, можно использовать многослойные магнитные экраны. Пример такого экрана представлен на рис.11. Здесь первый экран (из материала с низкой магнитной проницаемостью) имеет высокий уровень насыщения, а второй экран (из материала с высокой магнитной проницаемостью) – низкий. Первый экран уменьшает напряженность магнитного поля до величины, которая не вызывает насыщения второго экрана, обеспечивающего основное экранирование магнитного поля. Такие экраны можно также делать, используя в качестве первого экрана проводящий материал, например медь, а для второго – магнитный материал. Материал с низкой магнитной проницаемостью и высоким уровнем насыщения всегда помещается на стороне экрана, ближней к источнику магнитного поля. В некоторых сложных случаях для получения желаемого ослабления поля могут потребоваться дополнительные слои экрана.

Еще одно преимущество многослойных экранов состоит в том, что они увеличивают потери на отражение из-за наличия дополнительных отражающих поверхностей.

Механическая обработка некоторых материалов с высокой магнитной проницаемостью, таких, как мю-металл или пермаллой, может привести к ухудшению их магнитных свойств. Это может произойти также при падении или ударе. Чтобы восстановить магнитные свойства материала, его необходимо соответствующим образом отжечь.

Магнитный материал, например сталь или мю-металл, на низких частотах позволяет получить лучший экран для магнитного поля, чем хороший проводник, такой, какалюминий или медь. Однако на высоких частотах лучшее экранирование магнитного поля обеспечивают материалы с большой проводимостью.

Эффективность экранирования магнитного поля сплошными немагнитными экранами с частотой увеличивается.

У магнитных материалов эффективность экранирования с увеличением частоты может уменьшаться из-за уменьшения магнитной проницаемости.

Эффективность экранов, имеющих отверстия, также может уменьшаться с ростом частоты вследствие увеличения утечек через отверстия.