Принципы экранирования электрических полей.

Принципы экранирования электрических полей.

 

Есть объект А – некий блок радиоаппаратуры. В этом блоке есть источник ЭДС (на рисунке переменный источник). В какой-то момент времени от этого источника на объекте А возникают заряды.

Вблизи объекта А есть объект Б, через нагрузку связанный с землей.

 

На объекте Б возникают заряды противоположного знака. Возникает потенциал, а из-за него – электрическое поле. По нагрузке будет протекать паразитный ток.

 

Можно поставить экран из проводящего материала (нижняя картинка). Материал экрана должен быть высокопроводящим, чтобы экран не стал сам источником наводок.

 

 

 

Принципы экранирования магнитных полей.

 

Если имеем поле, которое воздействует на проводящий материал, возникает эффект электромагнитной индукции.

- внешнее магнитное поле

- возникновение индуцированного (вихревого) поля в экране

 

Глубина проникновения – та глубина, на которой напряженность поля ослабляется в “е” раз.

В числителе – удельное сопротивление проводящего материала; в знаменателе – частота и относительная магнитная проницаемость экрана.

 

При проектировании нужно стремиться к малой глубине, выбирая высокую проводимость и малую проницаемость экрана (пермалой, серебро, сплавы меди, сплавы алюминия).

 

ЭМ индукция имеет место только в переменных полях.

 

Применяют также шунтирование.

 

В магнитной среде внешнее магнитное поле идет параллельно стенке экрана – эффект шунтирования.

 

 

 

Принципы экранирования электромагнитных полей.

 

Используется явление ЭМ индукции, а также отражение ЭМ волны от стенки.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Коэффициент экранирования

[дБ]

[непер]

Коэффициент реакции экрана:

 

 

 

Характеристики экранов.

 

К характеристикам экранов относят коэффициент экранирования и коэффициент реакции. Соответственно:

Исходными данными для нахождения этих характеристик являются конфигурация экрана (определяется формой защищаемого блока), размеры и материал экрана.

Все применяемые методики расчета приближенные.

 

Метод сплошной среды для оценки теплового режима.

Это модель только для стационарных процессов (без учета времени).

Создаем устройство (проводящее), задаем граничные условия (напряжение на границе источника тока), снимаем напряжение с каждой (любой) точки объекта.

В случае объемной фигуры используем электролит, задаем граничные условия и также измеряем напряжение.

Могут возникать ошибки в точности определения напряжения (из-за погрешностей прибора); материалы (проводники и электролиты) могут со временем менять свои свойства из-за старения.

 

Расчет виброзащиты РЭА.

 

Для расчета виброзащиты РЭА необходимо рассчитать частоту собственных колебаний элементов РЭА. Точного расчета f_Э не существует, пользуются приближенными данными.

Цилиндрический элемент (например, сопротивление МЛТ типа) заменили на балку.

- числовой коэффициент

l – длина

J – момент инерции

Е – модуль упругости материала (определяется свойствами материала)

M – погонная масса (масса на единицу длины)

Если условие не выполняется, можно изменить длину, изменить формовку выводов, увеличить жесткость (закрепить элемент скобой).

 

 

Самолетные

а) АД (амортизаторы демпфирования)	Упругий элемент - пружина. Сила вибрационная. Резиновый баллон сообщенный с атмосферой. Демфирование за счет стенки отверстия. Баллон сжимается, воздух выходит. Баллон распрямляется воздух входит. Амортизатор 7 Гц (среденечастотный). Недостатки: однонаправленный, используется резина (старение, при низких температурах). С ростом частоты воздух становится разреженным, трение уменьшается, демпфирование ухудшается. При уменьшении коэффициента демпфирования колебания могут усилиться.
б) АФД (фрикционного демпфирования)	Упругий элемент 2 пружины. За счет наклона стойки (изменении угла приложения силы) пружины изгибаются, а не сжимаются. Трение металлических шайб о шауйбу и диэлектрик обеспечивает демпфирование. Недостатки: проигрываем в частоте собственных колебаний. Со временим трение приводит к износу шайбы. Достоинства: избавились от резины (от высоты полета демпфирование не зависит).
в) АПН (пространственного нагружения)	Идентична с АФД, но шайбы более долговечны.

 

2) Цельнометаллические – позволяют добиться увеличения рабочей температуры и надежности (повысить длительность эксплуатации). Используется металлорезиновый материал, в результате детали получаются эластичными (в самой конструкции резины нет). В качестве исходного материала берется сталистая проволока. Из нее набивают цилиндрические пружины 5 - 10 мм. Дозируют по шагу и массе. Эти пружины в специальных формах прессуют. Демпфирование осуществляется за счет внутреннего трения витков подушек. Главная характеристика - частотная. f₀=8-10 Гц частота собственных колебаний по оси амортизации. Недостаток – работает, только когда сила приложена по оси.

Если сила прикладывается с других направлений, используется следующая конструкция:

3) Лепестковые – демпфирование незакрепленной части. На каждую поверхность накладывается минимум 4 лепестка. Это среднечастотные амортизаторы (тоже 8-10 Гц).

4) Тросовые – упругим элементом являются отрезки тросов. Это среднечастотный амортизатор. Работаю при любом направлении приложения сил, нет ограничений по температуре, большой динамический диапазон (допустимая нагрузка больше расчетной в 10 раз). Недостатки – не умеют рассчитывать.

5) Пневматические

6) Активная защита – состоит в активном противодействии оказываемому воздействию.

 

 

1 – источник механической нагрузки, 2 - блок РА, 3 - преобразователь механических нагрузок в электрические, 4 - схема сравнения с опорным, 5 - схема управления, 6 - исполнительное устройство (силовое).

Недостаток – сложное устройство

 

Этапы проектирования РЭС.

 

Задачи проектирования:

1. частичная модернизация РЭА (улучшаются показатели – не значит улучшаются характеристики качества);

2. полная модернизация РЭА (улучшают некоторые показатели, изменяют структуру – значит меняются характеристики качества);

3. создание новой аппаратуры (создание аппаратуры на новых принципах или применение таких изменений, при которых показатели качества улучшаются более, чем на порядок).

 

Этапы проектирования:

1. исследования рынка – определение потребности, конкурентов, преимущества;

2. разработка ТЗ – набор документов (назначение, объект использования, основные тактико-технические характеристики [дальность, точность], техник-экономические показатели: этапы работ; методы испытания и т.д.)

3. НИР состоит из фундаментальной НИР (определение и поиск новых явлений для испытаний РЭА), поисковой НИР (определение пути решения задач), прикладной НИР (исследование проектируемого объекта), результатом выполнения является аван-проект

4. экскизное проектирование – обоснование элементной базы, схемотехнические решения (схемы структурные, функциональные, принципиальные), унифицирование узлов

5. техническое проектирование – создание конструкторской документации, выбор защиты от внешних условий, документы на ремонтопригодность, доступ, контроль; разработка эргономики и условий испытаний

6. математическое моделирование и макетирование

7. рабочий проект – формирование окончательного набора документов

8. опытный образец – проведение совещания по результатам вместе с заказчиком

9. приемо-сдаточные испытания

10. окончание – подписание всех документов

 

Различают:

I. этап внешнего проектирования; 


II. этап внутреннего проектирования. 


Вышеназванные этапы относятся к проектированию систем:

I. на внешнем этапе осуществляется анализ исходных данных на проектирование системы, и по этим данным создается «образ системы», то есть система проектируется в общих 
чертах. 


II. на внутреннем этапе с учётом выполненного анализа и 
созданного «образа системы» осуществляется детализация требований, предъявляемых к этой системе и её составу. Этот этап можно разбить на три подэтапа: 


Анализ экранного затухания.

 

Тогда экранное затухание:

При малых значениях аргумента тангенса, tg можно заменить самим аргументом.

Распишем волновые сопротивления:

волновое сопротивление экрана	волновое сопротивление диэлектрика для компоненты поля Е
волновое сопротивление диэлектрика для компоненты поля Н
- абсолютная магнитная проницаемость диэлектрика – проводимость - абсолютная магнитная проницаемость воздуха (вакуума) - радиус экрана

 

1) Экран электростатический

Сопротивление диэлектрика больше волнового сопротивления экрана.

(вторым слагаемым пренебрегаем)

При слагаемое

 

При и d экранное затухание А_Э растет.

 

2) Экран магнитостатический

а) (материал экрана не магнитный)	При С ростом частоты растет. Т.к. возникает (возрастает) явление ЭМ индукции. Все характеристики необходимо увеличивать.
б) материал экрана магнитный	При С ростом частоты растет магнитная проницаемость мю (среда дисперсная).

 

Шунтирование имеет место только для магнитных материалов. Даже при шунтирование остается и экран работает.

В СВЧ-диапазоне добавляются множители функций Бесселя.

 

 

Активная виброзащита.

 

Состоит в активном противодействии оказываемому воздействию.

 

 

1 – источник механической нагрузки, 2 - блок РА, 3 - преобразователь механических нагрузок в электрические, 4 - схема сравнения с опорным, 5 - схема управления, 6 - исполнительное устройство (силовое).

Недостаток – сложное устройство

Влагозащита РЭС.

 

Влага оказывает корродирующее действие на РЭУ, ослабляя элементы. Также она может выступать как диэлектрика. Может возникать контактная коррозия.

Наибольшее влияние вода оказывает на электрические свойства диэлектриков.

Тангенс угла потерь=10⁻⁵ может возрасти в 100 и 1000 раз, т.е. увеличиваются потери.

 

 

Способы влагозащиты:

- применение изоляционных материалов;

- герметизация (вакуумноплотная защита).

Используют:

1) пропитку – заполнение пор, капилляров, полостей изоляционным материалом (тонкий покрывающий слой)

2) «окунание» в жидкий изоляционный материал (полимеризация. Требования к материалу: низкая водопроницаемость, хорошая адгезия (сцепление) с поверхностями защищаемого узла, хорошие электрические характеристики (диэл. проницаемость и тангенс угла потерь); высокая теплопроводность; химическая инертность; малый температурный коэффициент линейного расширения). Возможна также заливка вместо обволакивания – в этом случае получается более толстый слой.

3) опрессовку (получаем толстый слой 5-15 мм; но недостатками этого способа являются форма, оборудование и усложнение технологического процесса).

Принципы экранирования электрических полей.

 

Есть объект А – некий блок радиоаппаратуры. В этом блоке есть источник ЭДС (на рисунке переменный источник). В какой-то момент времени от этого источника на объекте А возникают заряды.

Вблизи объекта А есть объект Б, через нагрузку связанный с землей.

 

На объекте Б возникают заряды противоположного знака. Возникает потенциал, а из-за него – электрическое поле. По нагрузке будет протекать паразитный ток.

 

Можно поставить экран из проводящего материала (нижняя картинка). Материал экрана должен быть высокопроводящим, чтобы экран не стал сам источником наводок.