разом, сплошной экран может обеспечивать значительное ослаб ление емкостной связи, причем тем большей степени, чем меньше полное сопротивление самого экрана и цепи заземления.
а |
6 |
Рис 4 34 Схема
а- ослабление емкостной связи экранированием проводника, б - эквивалентная схема
Вбольшинстве реальных устройств не удается применить сплош ной экран, так как неизбежно наличие отрезков проводников, выходя щих за его пределы, а сам экран может иметь различные отверстия и зазоры. Влияние указанных факторов можно представить как наличие некоторой остаточной емкости С12 между проводниками источника и рецептора (рис. 4.34). Согласно эквивалентной схеме величина
Z/j, ~ '
Таким образом, для ослабления емкостной связи проводни ков необходимо их экранировать, обеспечивать малое сопротив ление заземления и электрическую однородность экрана, а также уменьшать длину проводников, выходящих за пределы экрана.
Индуктивная связь проводников обусловлена воздействием магнитного поля, созданного проводником цепи источника помех, на проводник цепи РП. Количественно коэффициент ослабления опре деляется значением взаимной индуктивности проводников
Д2 « (соД/12/27?2)2 . Эдс помехи U№ наводимой в цепи рецептора, про
246
порциональна значению потока вектора индукции помехи через по верхность S, ограниченную контуром проводника рецептора:
Un- J®^BdS « j(nBS\ |
(4.35) |
где S' - проекция площади S на плоскость, перпендикулярную век тору индукции магнитного поля. Как следует из выражения (4.35), индуктивную связь можно ослабить, либо уменьшая напряжен ность магнитного поля помехи, либо сокращая поверхность S'. Экран из немагнитного материала, незаземленный или заземлен ный в одной точке согласно рис. 4.35’, не влияет на степень индук тивной связи, так как поток вектора индукции и площадь конту ра, охватываемого проводником, не изменяются. Поскольку, как уже отмечалось, ослабить напряженность магнитного поля на низ ких частотах с помощью экранов 1рудно, для ослабления индук тивной связи используют заземление экрана проводников и пло щади 5' и скручивание их.
В первом случае один из сигнальных проводников изолиру ют от земли так, чтобы обратные токи сигнала протекали по по верхности экрана (рис. 4.35, а). Площадь S' при этом существенно уменьшается, что и объясняет эффект ослабления взаимной связи.
Рис. 4.35. Ослабление индуктивной связи' а - заземление экрана, б - скручивание проводников
Во втором случае (рис. 4.35, б) ослабление связи достигает ся, во-первых, уменьшением площади S' при отсоединении одного из концов нагрузки от земли и, во вторых, тем, что эдс, наводимые-
247
в соседних петлях, противофазны и в значительной степени компен
сируют друг друга. Заметим, что при заземлении экрана во второй
точке или второго вывода в скрученной паре проводников (пунктир ные линии на рис. 4.35) степень связи проводников возрастает, так как часть обратных токов будет протекать по земляной поверхно сти, что эквивалентно увеличению площади S'.
Оба рассмотренных способа обеспечивают значительное ос лабление индуктивной связи на низких частотах. Конкретное вы полнение экранирования проводников может быть различным. Варианты экранирования проводников, а также количественные оценки, показывающие ослабление связи с помощью указанных вариантов, приведены в табл. 4.1.
Таблица 4 1
248
Как следует из приведенных данных, и экранирование провод ников, и их скручивание позволяют ослабить индуктивную связь на 60...70 дБ. На практике широко применяют оба указанных способа, причем скручивание проводников рекомендуется для более низких частот (от сотен килогерц до десятков или сотен мегагерц), а коакси альных кабелей — для более высоких вплоть до единиц гигагерц.
• Ослабление емкостной и индуктивной связи проводников. Тре
бования к экранам проводников, ослабляющих индуктивную и емкостную связь, не совпадают. Например, в первом случае доста
точно отсоединить нагрузку рецептора от земли и заземлить эк ран в одной точке (рис. 4.35). Но такая схема не обеспечивает зна чительного ослабления емкостной связи из-за протекания токов по возвратной цепи рецептора (см. рис. 4.34). Поэтому на низких частотах приходится использовать более сложные схемы экрани рования - коаксиальные кабели с двойной оплеткой (триаксиальные кабели) (рис. 4.36) или экранированные скрученные пары про водников. В этих случаях наружная проводящая поверхность изо лирована от цепи рецептора и играет роль экрана, ослабляющего емкостную связь, а внутренняя поверхность или второй провод ник скрученной пары используется в качестве возвратного про водника, что способствует ослаблению индуктивной связи. Заме
тим, что на более высоких частотах, когда толщина экрана значи тельно превышает глубину проникновения поля, необходимость в двойном экранировании отпадает. В этом случае внешняя по
верхность играет роль электрического экрана, а по внутренней по верхности протекают обратные токи.
Рис. 4.36. Ослабление емкостной и индуктивной связей: а - эквивалентная схема; б - двойной электромагнитный экран
249
• Экранирование протяженных проводников. В протяженных проводниках, длина которых соизмерима с длиной волны, прояв ляется резонансный характер токов, протекающих по наружной поверхности экрана. В результате для экранов, длина которых крат на четверти длины волны, может наблюдаться значительное воз растание амплитуды этих токов, уменьшающее эффективность эк ранирования. Во избежание этого протяженные экраны должны заземляться в нескольких точках (рис. 4.37), расстояние между ко торыми следует выбирать значительно меньшим длины волны помехи (практически порядка 0,1Л.П). Следует, однако, иметь в виду, что такое заземление экрана, как было показано, ухудшает его свой ства на низких частотах.
Рис 4 37 Схема экранирования протяженного проводника и распределение тока в нем
4 6.3. Заземления
Термин «земля» является неоднозначным понятием для инже неров различных специальностей. Так, для разработчиков схем - это общая точка данной схемы. Специалисты по антеннам интере суются главным образом тем, как влияет на соответствующие ха рактеристики антенны отражающая поверхность - «земля». В неко торых случаях общий корпус («земля») используется как обратный проводник.
Заземляющие устройства можно разделить на две категории: защитные и рабочие. Назначение защитных заземлений - обеспече ние эквипотенциальности элементов конструкции при потенциале, рав ном или близком к потенциалу «земли». Цепи заземления
250