Материал: Электромагнитная совместимость радиотехнических систем. лабораторный практикум. Федоров С.М., Ищенко Е.А
раничить переменный ток на поверхности проводника. Глубина скин-слоя вы- |
||||
|
|
|
= 2 20 , |
(21) |
числяется по следующей формуле: |
|
|||
где |
– |
глубина скин-слоя, м; |
|
|
|
– удельная проводимость материала, См/м; |
|
||
|
|
– частота, Гц; |
|
|
|
|
– магнитная проницаемость вакуума; |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
– магнитная проницаемость материала. |
|
|
|
Однако использование данной формулы является достаточно неудобным, |
|||
так как все значения выражены в значениях системы СИ, поэтому на практике применяют модифицированную формулу:
|
|
|
|
|
|
= 6,61 ∙ ( ∙ ∙ )−0,5, см, |
|
|
|
(22) |
||||
где |
– глубина скин-слоя, см; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
– магнитная проницаемость материала; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
– частота, Гц; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
– удельная проводимость |
материала |
относительно меди |
(табл. 20) = |
||||||||
вещества |
|
вещества . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
меди |
= |
5,96∙107 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 20 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Характеристики некоторых материалов |
|
|
|
|||||
Материал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Серебро |
|
|
1,05 |
|
1 |
1,05 |
|
|
1,05 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Медь |
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
Золото |
|
|
0,7 |
|
1 |
0,7 |
|
|
0,7 |
|
|
||
Алюминий |
|
0,61 |
|
1 |
0,61 |
|
|
0,61 |
|
|||||
Латунь |
|
|
0,26 |
|
1 |
0,26 |
|
|
0,26 |
|
||||
|
Бронза |
|
|
0,18 |
|
1 |
0,18 |
|
|
0,18 |
|
|||
|
Олово |
|
|
0,15 |
|
1 |
0,15 |
|
|
0,15 |
|
|||
Свинец |
|
|
0,08 |
|
1 |
0,08 |
|
|
0,08 |
|
||||
Никель |
|
|
0,2 |
|
100 |
20 |
|
|
|
|
|
|||
Нержавеющая |
|
0,02 |
|
500 |
10 |
|
|
|
−5 |
|
||||
сталь (430) |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Мю-металл |
|
0,03 |
|
20 |
600 |
|
|
|
−6 |
|
||||
(1 кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Супер пер- |
|
|
|
|
|
|
|
3 ∙ 10 |
−7 |
|
||||
маллой |
|
|
0,03 |
|
100 |
3 |
|
|
|
|||||
(1 кГц) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
115
В соответствии с формулой (22) глубина скин-слоя для меди при частоте 30 МГц составит 0,012 мм. Что приводит к доминированию потерь на поглощение.
Картины потерь на поглощение и отражение в материале экрана можно отобразить, как на рис. 146.
Рис. 146. Картины отражений и потерь на экране
толщиной 0,5 мм ( |
) в |
= 0,61; = 1 |
|
На рис. 147 показаны суммарные потери на отражение и поглощение для |
|||
= 0,1; = 60 |
|
) и листовой стали |
|
алюминиевой фольги толщиной 0, |
5 мм ( |
|
|
зависимости от частоты.
Рис. 147. Потери на поглощение и отражение для алюминия и стали
Большинство видов потерь жнмо предсказать заранее, воспользовавшись следующими формулами.
116
|
|
Потери на отражение: |
|
|
|
∙ |
( 2 |
∙ 3) |
|
|
||
|
|
|
H-поле: ( ) = 322 − 10 10 |
|
, |
(24) |
||||||
|
|
|
Плоская ( ) = 15 −10 10( / |
) ∙1/( |
|
∙ ) . |
(25) |
|||||
|
|
|
E-поле: |
( ) = 168 − |
|
|
|
|
|
2 |
, |
(23) |
|
|
Потери на поглощение: |
10 10( / ) ∙ ( ) |
|
||||||||
|
|
|
волна: |
|
|
∙ |
|
∙ |
∙ , |
|
|
|
где |
|
– магнитная проницаемость= 0,1314 ∙ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
( ) |
|
|
|
|
|
|
(26) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
– частота, Гц; |
материала; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
– удельная проводимость материала относительно меди; |
|
||||||||
|
|
|
– толщина экрана, мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Особое внимание следует уделять отверстиям в экране, которые необхо- |
||||||||||
димы для охлаждения и контроля за индикаторами внутри корпусов. |
Утечка |
|||||||||||
электромагнитных волн через отверстия на корпусе зависит от самого крупного
размера отверстия (d) и минимальной длины волны ( |
) из диапазона частот, ко- |
||
торый необходимо подавить экранированием. Если |
, тогда экранирова- |
||
ние будет практически отсутствовать, а частота, при |
которой прекращается эф- |
||
фективная работа экрана называется частотой среза, соответствующая≤ 2 |
ей длина |
||
волны – критической. |
|
|
|
Для более низких частот ( |
) эффективность экранирования будет |
||
> 2
линейно возрастать на 20 дБ за декаду (рис. 148) до предельных значений для материала. Если сравнить рис. 147 и 148, то с практической точки зрения особое внимание стоит уделять именно отверстиям на корпусе, так, для частоты в 1 ГГц, чтобы обеспечить экранирование в 20 дБ разрешенный размер отверстия составляет 16 мм.
Рис. 148. Влияние отверстий на эффективность экранирования, красная зона – эффективность ниже 20 дБ
117
Вышеупомянутая теория по экранированию не должна восприниматься слишком буквально, так для упрощения рекомендуется предполагать, что экран является идеальным, а также что барьер находится в дальней зоне относительно источника поля и/или плоской падающей волны. Особо внимание стоит обращать лишь на размеры отверстий и на расстояние между ними. Ввиду трудности расчетов значительно проще произвести моделирование, чтобы определить основные характеристики экранирования на печатной плате.
2. Пример выполнения моделирования эффективности экранирования
Для изучения эффективности экранирования необходимо подготовить и произвести моделирование печатной платы до установки экрана и после. В CST Studio мы можем оценить эффективность экранирования путем использования пробников поля, которые формируют вокруг исследуемой платы сферу (рис. 149). После моделирования необходимо определить максимальные значения пробников для E и H полей.
Рис. 149. Сфера из пробников вокруг неэкранированной платы
Для определения пиковых значений, которые записаны в пробниках поля можно воспользоваться: Macros -> Results -> EMC -> Peak Field Values from Probes. После чего необходимо произвести сравнение результатов моделирования для экранированной и неэкранированной печатной палаты. Если мы будем сразу сравнивать значения в дБ, тогда эффективность экранирования будет определяться разностью напряженности полей до и после экранирования, а если напряженности поля представлены в В/м (для E-поля) или в А/м (для H-поля), тогда необходимо воспользоваться формулой:
118
где |
|
– эффективность |
( ) = 20 lg |
, |
|
|
|
|
|
|
|
(27) |
|
|
|
экранирования, дБ; |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
( ) |
|
– напряженность поля до экранирования, В/м или А/м; |
|
||
– напряженность поля после экранирования, В/м или А/м.
Так, по результатам обработки, эффективность экранирования для E-поля приведена на рис. 150, причем минимальные уровни на частотах 3,288 ГГц и 4,084 ГГц вызваны наличием вентиляционных отверстий, через которые излучается E-поле.
Для магнитного поля (H) – рис. 151 можно увидеть высокую эффективность экранирования, намного превышающую 20 дБ, за исключением частот 3,288 ГГц и 4,084 ГГц, вызванных вентиляционными отверстиями в экране.
В качестве экрана применялся алюминиевый лист толщиной 0,1 мм; пробники поля располагались на сфере радиусом 60 мм.
Рис. 150. Эффективность экранирования для E-поля в дБ
Рис. 151. Эффективность экранирования для H-поля в дБ
119