Влияние отверстий на эффективность экранирования

Предыдущие вычисления эффективности экранирования велись в предположении, что экран сплошной и не имеет стыков и отверстий. За исключением низкочастотных магнитных полей, очень легко получить эффективность экранирования более 90 дБ.

Однако на практике большинство экранов не являются сплошными. Они должны иметь крышки для доступа к схеме, дверцы, отверстия для проводов, вентиляции, переключателей и измерительных приборов, а также механические соединения и швы. Все это значительно снижает эффективность экрана.

С точки зрения практики, собственная эффективность экранирования материала экрана представляет меньший интерес, чем утечки через швы, соединения и отверстия.

Разрывы в экранах обычно оказывают большее влияние на утечки магнитного тюля, чем электрического. Большее внимание следует уделять методам минимизации именно утечек магнитного поля. Почти во всех случаях те же самые методы пригодны и для уменьшения утечек электрического поля.

Влияние щелей и отверстий

Величина утечки через разрывы в экране зависит главным образом от трех факторов:

- максимального линейного размера (а не площади) отверстия;

- волнового сопротивления;

- частоты источника.

Именно максимальный размер, а не площадь определяет величину утечки. Поля шумов индуцируют токи в экране, а индукционные токи создают дополнительные поля. Эти новые поля нейтрализуют первоначальное поле в некоторых областях пространства. Для того, чтобы это происходило, такие токи должны иметь возможность протекать без возмущений в направлении, заданном падающим полем. Если в экране имеется разрыв, вынуждающий индуцированные токи отклоняться от первоначального пути, эффективность экранирования уменьшается.

На рис.12, а изображено сечение оплошного экрана с наведенными в нем токами На рис.12, б показано, как прямоугольная щель заставляет наведенные в экране токи идти в обход щели, что уменьшает эффект экранирования и приводит к возникновению утечки. На рис.12, в изображена намного более узкая щель той же длины. Эта более узкая щель оказывает на ток то же влияние, что и широкая щель на рис.12, б и вызывает, следовательно, утечку такой же величины. На рис.12, г показано, что группа небольших отверстий оказывает на ток намного меньшее возмущающее действие, чем щель на рис.12, б и поэтому они вызывают появление меньшей утечки даже в том случае, когда их общая площадь та же, что и у щели. Из рассмотрения фигур становится ясно, что большое число маленьких отверстий создает меньшую утечку, чем большое отверстие с той же площадью.

Прямоугольная щель, показанная на рис.12, б или 12, в, образует щелевую антенну. Такая антенна, даже очень узкая, может создавать значительную утечку, если ее длина превышает 1/100 длины волны. Швы и соединения часто образуют очень эффективные щелевые антенны. Максимальное излучение наблюдается от антенны, длина которой равна половине длины волны.

Использование волновода на частоте ниже частоты среза

Дополнительного ослабления поля можно достичь, если изменить форму отверстия так, чтобы получился волновод (рис.13). Волновод имеет частоту среза, ниже которой распространение э-м волны на большое расстояние невозможно вследствие сильного затухания. Для круглого волновода частота среза равна , где d — диаметр в миллиметрах. Для волновода прямоугольной формы , где l — наибольший линейный размер (в миллиметрах) поперечного сечения волновода.

При f<f_cp ослабление волны становится функцией длины волновода h. При рабочей частоте, много меньшей частоты среза, эффективность экранирования магнитного поля круглым волноводом , где d— диаметр, а h – длина волновода в соответствии с рис.13. Для волновода прямоугольной формы , где l – наибольший линейный размер поперечного сечения волновода, а h – длина волновода. Волновод с длиной, равной трем диаметрам, обеспечивает ослабление свыше 100 дБ.

Если отверстие в экране имеет диаметр, меньший, чем толщина экрана, то также образуется волновод.

Влияние круглых отверстий

Обычно для обеспечения вентиляции используется конфигурация, представленная на рис.14. Здесь показана часть экрана, содержащая квадратную решетку из круглых отверстий. Диаметр отверстия равен d, расстояние между центрами соседних отверстий с, а общий размер решетки l. Эффективность экранирования магнитного поля (имеется ввиду дополнительное ослабление за счет применения решетки из круглых отверстий сверх того, которое обеспечивается, если удалить из экрана квадрат со стороной l) равна . (6)

Это уравнение не учитывает зависимость эффективности экранирования от частоты и справедливо при d< l/2p.

Для прямоугольной решетки с внешними размерами l ₁ и l ₂ в уравнение (6) следует подставить . Первый член данного уравнения представляет собой утечку через отверстия в тонком экране. Он показывает, что эффективность экранирования обратно пропорциональна диаметру отверстия в третьей степени и прямо пропорциональна расстоянию между центрами отверстий во второй степени. Второй член представляет собой коэффициент поправки на толщину и получается из рассмотрения каждого отверстия как волновода для частоты ниже частоты среза.