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 Wэ.

В результате прохождения через экран энергия уменьшается с W до . 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 ZдЕ > Z0

А для магнитного поля , при чем ZдН < Z0 .

Таким образом ZдН < Z0 < ZдЕ

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования S, представляющем собой отношение напряженности электрического и магнитного поля в какой либо точке пространства при наличии экрана ЭЭ) 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 () диэлектрика, окружающего экран ().

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 определяется полем. Из приведенных формул видно, что частотная зависимость волновых сопротивлений диэлектрика для магнитного и электрических полей имеет различный характер. Величина ZдН с ростом частоты увеличивается , а ZдЕ – 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 АэЕ, промежуточное АэЕН и наименьшее АэН , т.к. ZдН < < ZдЕ 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 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



Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 1627;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.014 сек.