Расчет экранов методом наведенных потенциалов.

 

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. Рассмотрим метод наведенных потенциалов.

Допущения методики:

- экран по конструкции идеальный (нет креплений, нет перфораций)

- длина волны поля помехи много больше размеров экрана (справедливо до диапазона СВЧ)

Расчет ведем по уравнениям Макселла.

- вектор напряженности магнитного поля - напряженность электрического поля - проводимость среды - электрическая индукция = - магнитная индукция = – абсолютная диэлектрическая проницаемость - абсолютная магнитная проницаемость

(2) справедливо, если среда:

- однородна (диэлектр. и магнитн. проницаемости одинаковы в любой точке среды);

- изотропна (свойства от направления, в котором оцениваем, не зависят)

- линейна (Е и Н не влияют на среду).

Плазменная среда в магнитном поле анизотропна.

В воздухе возникает электрический пробой – воздух становится нелинейной средой, проводником.

Дополнительное допущение:

- характер изменения поля гармонический (по закону синуса/косинуса меняется амплитуда [напряженность] поля).

Запись гармонического изменения характера поля:

Это допущение справедливо, так как есть ряд Фурье.

 

Подставим (3) и (2) в (1):

- закон Ома (сила тока проводимости)

- ток смещения

Ток смещения=ток поляризации в диэлектрике

- для ало частоты переменного поля.

Тогда:

К (5.2) применим операцию ротора:

k – постоянная вихревых токов

В то же время:

- градиент дивергенции

- оператор Лапласа (вторые частные производные по координатам)

Приравнивая (6) и (7) получим волновое уравнение для электрического поля:

Волновое уравнение для магнитного поля:

Возьмем экран коробчатой формы и декартову систему координат.

Центр системы координат – в центре на расстоянии D/2. Введем допущения:

- ЭМ поле плоское (равные фазы находятся в плоскости). В нашей системе координат вектор Умова-Пойтинга направлен по оси Х, тогда плоскость равных фаз находится в плоскости Y0Z;

- волна помехи линейно поляризована (вектор Е перпендикулярен вектору Умова-Пойтинга). Если вектор Е направлен по оси Z, то: ;

- поле однородно в плоскости равных фаз. Для вектора - в плоскости Y0Z.

 

Из (9):

Рассмотрим среду внутри экрана (воздух). Тогда (10) упростится, т.к. не будет вихревых токов. Для среды,

(11) – уравнение Лапласа, решение которого:

H=C₁x+C₂ (12)

Чтобы перейти от общего уравнения к частному (найти константы интегрирования), добавим граничные условия:

X₁=0 – уравнение (12) вырождается, т.к. H=C₂=H_i (13)

Нас интересует граница X= , но нельзя допустить, чтобы поле было бесконечным.

Уравнение (9) сводится к виду:

Коэффициент экранирования:

Чтобы определить А и В, вернемся к уравнениям Максвелла (5.1) и (5.2).

Проинтегрировали:

Рассмотрим Х, соответствующий границе внутри экрана:

Берем снова уравнение Максвелла:

 

Вместо H подставим выражение (16):

Приравняем правые части (19) и (20), получим выражение (21). Решаем совместно выражения (21), (17) и (18), в результате получаем:

ch, sh – гиперболические косинус и синус соответственно.

Чаще вместо коэффициента экранирования применяют экранное затухание:

Смысл каждого из слагаемых: I слагаемое определяет потери на поглощение; II слагаемое определяет отражение от границы экрана.

Если поле постоянное (f=0), то , нет явления вихревых токов, нет ЭМ индукции, нет потерь на поглощение.

 

Найдем коэффициент реакции экрана W.

- волновое сопротивление диэлектрика, окружающего экран.

- волновое сопротивление экрана.

Экранное затухание для цилиндра:

 

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).