6.Приведите примеры обеспечения ЭМС на основе исполь зования временных факторов?
7.В чем состоит существо и основные особенности обеспе чения ЭМС на основе использования частотных факторов?
8.В чем состоят существо и основные особенности схемо технических мер обеспечения ЭМС?
9.В чем состоят существо и основные особенности конст рукторско-технологических мер обеспечения ЭМС?
10.В чем состоят основные особенности экранирования уст
ройств и блоков аппаратуры на НЧ? В области высоких частот?
И.В чем состоят основные особенности экранирования про водников электрических цепей на НЧ? В области высоких частот?
12.В чем состоят цели осуществления заземления и основные
особенности?
13. В чем состоят цели зонирования элементов и блоков ап паратуры, а также группирования проводников?
261
ПРИЛОЖЕНИЕ
' |
Приложение 1 |
Воздействие ЭМП радиочастотных диапазонов на материалы и биологические объекты
Введение
Строго говоря, вопросы воздействия электромагнитных по
лей на материалы, а также человека и окружающую среду не вхо дят в круг задач, решаемых в рамках научно-технического на правления «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных
средств». Тем не менее, необходимо дать читателю краткие све дения об основных фактах, известных к настоящему времени. Це
лесообразность, хотя бы краткого, рассмотрения этих вопросов определяется:
- расширяющимся использованием человечеством элект ромагнитной энергии радиочастотных диапазонов в традици онных и новых областях применения, в частности быстрым раз витием смежного с радиоэлектроникой направления — микро волновых технологий, основанных на целенаправленном воздей ствии электромагнитной энергии СВЧ- и КВЧ-диапазонов на материалы и биологические объекты с целью заданного изме нения их свойств;
- большим общественным интересом к вопросам безопасно
сти и сохранения человечеством окружающей среды, в условиях усиления воздействия на них техногенных факторов, включая элек тромагнитные поля.
262
1. Воздействие электромагнитных полей высокочастотных диапазонов на материалы
Нагрев материалов электромагнитным полем
Как хорошо известно из курса физики электромагнитных явле ний, энергия переменного электромагнитного поля, имеющего значе
ние напряженности электрического поля £(г) в точке г некоторого материального объекта объемом V. частично преоб
разуется в тепло. Величина поглощенной мощности равна:
|
Pm = \^\E(r^dV, |
(П1) |
|
|
|
I |
|
где |
- значение проводимости материала объекта. |
|
|
|
Существует два предельных случая, когда поглощение элек |
||
тромагнитной энергии |
-> 0 и, следовательно, нагрев объекта, |
||
практически отсутствует, если объект представляет собой:
-высокочастотный (в пределе идеальный) диэлектрик: ) —> 0;
-металл с высокой проводимостью (в пределе - идеальный
проводник): с(г) -> со.
Таким образом, преобразование электромагнитной энергии в тепловую имеет место для любого реального объекта, подверга емого воздействию переменных электромагнитных полей, кроме идеальных проводника и диэлектрика. Выделяющаяся тепловая энергия приводит к нагреву указанного объекта. Осуществление нагрева в электромагнитных полях (особенно УВЧ- и СВЧ-диапа зонов) имеет ряд важных особенностей и преимуществ по сравне нию с другими способами нагрева. Эти особенности определяют во многих случаях целесообразность его использования в промыш ленности и быту. Рассмотрим эти особенности.
• Во-первых, нагрев материалов электромагнитным полем явля ется объемным. Понятие «объемный» означает, что в процессе на грева внешние источники тепла распределены не только по поверхно сти нагреваемого объекта, но и по его объему. Действительно, при лю бом способе нагрева объекта, кроме электромагнитного,
263
источники тепла находятся на его поверхности (рис. П1). Переда ча тепла и, соответственно, нагрев объекта, осуществляется от поверхностных источников в глубину объекта.
Рис П1 Нагрев объекта
Скорость нагрева объекта зависит от температуры источни ков, толщины объекта и его теплофизических свойств. В любом слу чае эта величина ограничена допустимым нагревом поверхностно го слоя’.Принципиально другая картина наблюдается при нагреве в электромагнитном поле. Пусть нагрев осуществляется плоской
электромагнитной волной при ее нормальном падении на плоскую
границу' раздела «воздух» - «неидеальный диэлектрик» (рис. П2).
Рис. П2. Нагрев в поле плоской волны
Плотность потока мощности волны, распространяющейся в диэлектрике, имеет зависимость от продольной координаты:
п(г) = п_(1-|г|)!(П2)
где Ппад - плотность потока мощности падающей волны; Г- коэф фициент отражения от границы раздела «воздух-диэлектрик»:
* Факт, хорошо известный в быту каждому, кто хоть однажды пробовал разогреть пищу на сковороде без масла.
264
r«(s-l)/(s + l); s = s(l-j |
tg§) - комплексная диэлектрическая |
|
. |
s |
л-tgS |
проницаемость материала; tgo - тангенс угла потерь; |
а »---------- |
|
X коэффициент затухания волны в материале; X - длина волны.
Вследствие затухания волны в материале в слое толщиной d
поглощается мощность, равная:
Это означает, что источники тепла преимущественно сосре доточены в слое конечной толщины, примыкающем к границе раз дела. Толщина этого слоя (так называемая глубина проникнове
ния): А »1\а х X/(7rtg5). Таким образом, для каждого нагреваемо
го объекта можно подобрать такое соотношение частоты электро
магнитной волны f = /к и толщины объекта d, при котором
источники тепла будут более или менее равномерно распределены во всем объеме нагреваемого объекта*.
Объемный нагрев позволяет:
-осуществить быстрый нагрев объекта без перегрева их по
верхностных слоев;
— осуществить более равномерный нагрев объекта за задан
ное время и при заданной мощности источника энергии;
— при осуществлении требуемого нагрева сократить затраты энергии источников за счет меньших потерь тепловой энергии на нагрев элементов установки и окружающего пространства;
• Во-вторых, нагрев объектов с использованием электромаг нитных полей радиочастотного диапазона является гибко управ
ляемым. Понятие управляемости процесса нагрева в данном слу чае означает следующее:
-имеется принципиальная возможность управления процес
сом нагрева из-за изменения частоты электромагнитных колеба-
’ В действительности, для реальных объектов пространственное распреде ление электромагнитного поля имеет более сложный характер, однако основной качественный вывод - о распределении источников тепла по объему тела - оста ется справедливым.
265