Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабелей от помех является экранирование.

По конструкции и принципу действия различают экраны защищающие от внешних и внутренних (взаимных) помех. Для защиты от внешних помех кабель поверх сердечника покрывают металлическими оболочками. Экраны, защищающие от взаимных помех являются составным элементом самого кабельного сердечника. В этом случае цепи с высоким уровнем передачи размещаются внутри экрана и обеспечивается взаимность организации высокочастотной связи по однокабельной системе (прокладывается 1 кабель). При однокабельной связи экраны электрически делят цепи прямого и обратного направлений и и исключают взаимные помехи.

По принципу действие экраны подразделяют на

1. Электростатические

2. Магнитостатические

3. Электромагнитные

· Интенсивные электрические поля создаются в цепях с большим сопротивлением, высокой напряженностью и малым током

· Сильные магнитные поля - низкое волновое сопротивление, большой ток и малый перепад напряжения .

Электростатические и магнитостатические экраны, действующие по принципу замыкания соответствующих полей, из-за повышенных электрической и магнитной проводимостей их материалов эффективны лишь в области низких частот. В области высоких частот требуемый эффект достигается за счет электромагнитных экранов.

Действие электромагнитных экранов основано на явлении отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания высококачественной энергии в металлической толще экрана.

Затухание энергии на экране обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металле. Чем выше частота, толще экран, тем больше затухание.

Отражение энергии связанно с несоответствием волновых характеристик диэлектрика и металла. Чем больше различаются волновые сопротивления диэлектрика и металла, тем сильнее сказывается эффект экранирования за счет отражения.

Электромагнитная энергия поля помех W, достигнув экрана частично проходит через него, при этом затухая в толще экрана, а частично отражается от него: W⁰¹ (граница диэлектрик – экран)

На второй границе ( экран – диэлектрик) происходит вторичное отражение энергии W⁰², и лишь остаток энергии проникает в заэкранированное пространство W^э.

В результате прохождения через экран энергия уменьшается с W до Wэ. Здесь явление отражения представлено упрощенно. В действительности имеет место процесс многократного отражения энергии от границ диэлектрик – экран – диэлектрик. В реальных условиях экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем в отдельных условиях может преобладать та или иная компонента поля. Обычно поле имеет выраженный характер электрического или магнитного вблизи своего источника – на расстоянии порядка длины волны. Для частоты 10⁹ Гц l » 0,3 м, для частоты 10⁶ Гц l » 300 м. Поэтому во многих случаях экранирования приходится иметь дело с преимущественным влиянием электрического или магнитного полей.

На расстоянии примерно чуть более 5 – 6 длин волн от источника поле принимает плоскую конфигурацию и распространяется ввиде плоской волны. Особенностью такой волны является то, что энергия в ней разделена на равные части между электрическими и магнитными компонентами.

Для такой волны в свободном пространстве волновое сопротивление равно .

Для поля с преобладающей электрической компонентой волновое сопротивление определяется (до 10⁸ – 10⁹ Гц)

при чем Z_д^Е > Z₀

А для магнитного поля , при чем Z_д^Н < Z_{0 .}

Таким образом Z_д^Н < Z₀ < Z_д^Е

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования S, представляющем собой отношение напряженности электрического и магнитного поля в какой либо точке пространства при наличии экрана (Е^Э ,Н^Э) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е , Н).

Коэффициент экранирования S может находиться в пределах от 0 (полное экранирование) до 1 (отсутствие действия экрана).

Выражение для коэффициента экранирования получается из решения уравнений Максвелла.

Коэффициент экранирования однослойного цилиндрического экрана относительно электрических и магнитных полей вычисляется по формуле

Здесь ;

Sп – коэффициент экранирования поглощения;

So – коэффициент экранирования отражения;

- коэффициент вихревых токов, [1/м];

t – толщина экрана;

- волновое сопротивление металла;

- волновое сопротивление в диэлектрике для электрического поля;

- волновое сопротивление в диэлектрике для магнитного поля;

В технике связи принято оценивать экранирование не через коэффициент экранирования S, а через экранное затухание Аэ.

Ап – затухание поглощения; Ао – затухание отражения;

Экранирование поглощения Ап обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи на экране. Чем выше частота f и больше толщина t экрана, тем больше эффект экранирования. Из приведенных уравнений так же следует, что чем больше магнитная проницаемость m и проводимость s экрана тем выше экранирующий эффект . Поэтому эффект экранирования магнитных экранов существенно больше, чем немагнитных

ms (стали) > ms (меди)

Затухание отражения связанно с несоответствием волновых характеристик металла, из которого изготовлен экран (Zм) диэлектрика, окружающего экран (Zд).

Чем больше различие между Zм и Zд , тем сильнее эффект затухания отражения. Величина затухания поглощения Ап практически не зависит от вида поля и имеет однозначное значение для всего диапазона частот.

Затухание отражения Ао и волновое сопротивление диэлектрика Zд определяется полем. Из приведенных формул видно, что частотная зависимость волновых сопротивлений диэлектрика для магнитного и электрических полей имеет различный характер. Величина Z_д^Н с ростом частоты увеличивается , а Z_д^Е – уменьшается ( ), при f = 0 стремится к бесконечности. Волновое сопротивление металла ( ) растет по закону корня из частоты, волновое же сопротивление плоской волны постоянно.

Таким образом:

	Рис.2 Зависимости А0 от частоты

Сравнивая между собой затухание экранирования от магнитной, электрической и плоской волны следует отметить, что вплоть до частот 10⁸ Гц наибольшее значение имеет затухание экранирования А_э^Е, промежуточное А_э^ЕН и наименьшее А_э^Н , т.к. Z_д^Н < Zо < Z_д^Е и , следовательно, отношение в уравнении для затухания отражения Ао будет наименьшим. Поэтому магнитные поля являются определяющими при конструировании экранов, и от их мешающего влияния необходимо в первую очередь защищать устройства связи.

Значения волновых сопротивлений Zв определяется электромагнитными свойствами металлов.

Сопоставляя по экранному затуханию отражения различные металлы, следует отметить, что наилучший эффект отражения у меди, затем идет алюминий, свинец и самая низкая отражательная способность у стали. Поэтому медь, уступая стали по затуханию поглощения, имеет больше преимуществ по затуханию отражения.

	Рис.3 Зависимости затуханий от частоты

В диапазоне частот 10⁴ ¸ 10⁶ медь обладает лучшими параметрами затухания экранирования за счет составляющей затухания отражения (Ао). После 10⁶ Гц преобладающей является затухание поглощения у стали. Поэтому на практике эффект экранирования повышается за счет использования комбинированных ( двух- и более слойных, например из меди и стали ) экранов. Тогда :

где