как экранировать электромагнитное поле

Электромагнитное экранирование

Под электромагнитным экранированием понимается комплекс мер, ограничивающих область распространения электромагнитных волн (сигналов). Это необходимо для:

Электромагнитный экран

%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BDЭлектромагнитный экран – это металлическая оболочка, которая используется для исключения влияния экранированного оборудования на другие приборы и людей. Путем окружения такой оболочкой источника переменного электромагнитного поля можно исключить влияние этого источника на устройства, расположенные вне оболочки.

Чем выше частота и толщина стенок экрана, тем экранирующее действие выше.

Эффективное экранирующее действие достигается при толщине стенок, которая равна длине волны в веществе экрана. Объясняется это тем, что в момент проникновения волны в проводящее полупространство происходит е2p-кратное ослабление поля. Другими словами, на таком расстоянии происходит фактически полное затухание волны. На практике считается, что затухание происходит уже на расстоянии, в два–три раза меньшем по сравнению с длиной.

Что касается частоты, то при ее увеличении уменьшается глубина проникновения (длина волны) электромагнитного поля в проводнике.

%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B0 %D0%B3%D0%BB%D1%83%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0Для экранирования высокочастотных полей (радиочастоты) не нужно использовать экраны из ферромагнитных материалов, которые являются нежелательными из-за того, что их магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля и явления гистерезиса. Как правило, в данном случае для экранирования применяются хорошо проводящие материалы, например, медь или алюминий.

В случае промышленной частоты (50 Гц) медный экран уже малоэффективен, кроме случая, когда толщина стенок экрана является значительной. Объясняется это длиной волны на этой частоте в меди, составляющей порядка 6 см. И вот тут уже целесообразно для экранирования выбирать ферромагнитный материал, который благодаря своей высокой магнитной проницаемости обеспечит значительно более быстрое, нежели медь, затухание электромагнитной волны.

Бывает полное и частичное электромагнитное экранирование.

Экран может состоять из сплошного однородного металла или же представлять собой многослойную конструкцию. Многослойным экран делают для избежания эффекта насыщения. Желательно при этом, чтобы по отношению к экранируемому излучению каждый последующий слой имел начальное значение магнитной проницаемости большее, чем предыдущий.

При электромагнитном экранировании происходит потеря части энергии в экране. В связи с этим материал и размеры экрана при его разработке выбираются на основании допустимых потерь, вносимых экраном в экранируемую цепь.

Экранирование помещений

Под экранированием помещений понимают локализацию электромагнитного поля в какой-то отдельной комнате или части помещения для более или менее полного освобождения остальной среды от этого поля. Благодаря этому обеспечивается защита как людей от воздействия электромагнитных полей, так и радиоэлектронных приборов от внешних полей. Кроме того, локализуются собственные излучения этих приборов, это препятствует появлению их в окружающем пространстве.

Посредством экранирования помещений, где происходят прием, передача и обработка конфиденциальных данных, возможно снижение уровней электромагнитных излучений до заданных величин, что, в свою очередь, делает почти невозможным несанкционированных съем данной информации.

Источник

Электромагнитное экранирование

ee

Электромагнитное экранирование – способ снижения интенсивности электромагнитных волн до заданного уровня с помощью специального материалов, оборудования и технологических решений. Снижение интенсивности поля необходимо для защиты людей или техники от влияния электромагнитного излучения либо для предотвращения нежелательной утечки информации, которая может переноситься электромагнитным излучением.

Экранирование обеспечивается созданием специальных экранов, от которых излучение может отражаться, в которых оно может поглощаться или рассеиваться, либо комбинацией этих способов. Экраны образуют замкнутые объемы, которые охватывают или объект защиты от излучения, либо объект, излучение от которого должно быть подавлено. Кроме того, необходимы специальные решения для ввода в электромагнитный экран или вывода наружу различных линий инженерных или информационных коммуникаций.

Экранирование от ЭМИ – защита людей, техники, информации

Во всех странах законодательно задается допустимый уровень излучения, которому может подвергаться человек без опасения за его здоровье. Применение экранов позволяет снизить потенциально опасные для здоровья уровни излучения до безопасных.

Под воздействием интенсивных полей наблюдаются сбои в работе электроники. Помехи, создаваемые мощными полями, могут вывести из строя интегральные микросхемы и полупроводниковые элементы.

Становится возможным несанкционированный доступ к конфиденциальной информации. Интенсивное излучение позволяет задействовать специальные дистанционные устройства, считывающие данные в процессе работы компьютера. Непроизвольным передатчиком секретной информации может стать любой электронный гаджет, например, смартфон.

Преграду электромагнитному полю создает экран с высокой магнитной или электрической проводимостью, оборудованный вокруг защищаемого пространства или полости. В требуемых случаях экранируют источник излучения, чтобы предотвратить его распространение.

Правильно оборудованный защитный экран позволяет:

Прежде чем использовать тот или иной метод защиты экранированием, необходимо обследование объекта специалистами для создания проекта.

В ряде случаев необходимо исследовать объект с помощью специального оборудования.

В процессе исследования анализируются частотные параметры ЭМИ, измеряется его уровень в разных точках. Поручив эту процедуру специалистам «НТЦ Фарадей», заказчик получает инструментально точные результаты и квалифицированные рекомендации по организации эффективного экранирования.

От чего зависит эффективность экранирования

Уровень экранирования определяется показателем коэффициента экранирования. Коэффициент экранирования – отношение величин интенсивности электромагнитного поля до экрана и за экраном.

На эффективность действия экрана в совокупности влияют несколько факторов:

нирования для каждого конкретного объекта.

Зависимость экранирования от частотного диапазона

Экранирование полей высокочастотного диапазона основано на отражении и поглощении электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую. Электромагнитная волна, взаимодействуя с экраном, частично отражается его поверхностью, частично поглощается материалом экрана. Эти процессы приводят к потере энергии, ослаблению и затуханию волны.

При экранировании низкочастотных полей (так называемые магнитные поля) используют свойства так называемых магнитомягких материалов.

Для экранирования высокочастотных полей основное требование – высокая электропроводность материала экрана и отсутствие отверстий, щелей, плохого контакта элементов экрана. Даже небольшое отверстие при короткой длине волны превращается в так называемую щелевую антенну, в итоге пропускающую излучение через экран.

Элементы и сырье для экранирования

В производстве защитных экранов используются разнообразные материалы. Средством экранирования могут служить листовая медь, алюминий, сталь или фольга, а также современные специализированные ткани и сетки. Чем выше удельная проводимость материала экрана, тем эффективнее экранирование. Конкретное значение защитных способностей экрана зависит от конфигурации и объема помещения, площади оконных и дверных проемов, материала стен.

Для электромагнитного экранирования входящих/выходящих коммуникационных линий от помех извне и паразитных токов в систему интегрируются специальные фильтры.

Сырьем для изготовления экранирующих конструкций и приспособлений служат:

Надежное и качественное экранирование помещений и оборудования невозможно обеспечить без тщательного уплотнения оконных и дверных проемов, строительных стыков, всевозможных щелей и отверстий. В этих целях используются специальные материалы, которые в достаточной степени обладают такими качествами, как:

Данным требованиям соответствуют уплотнители, выполненные на основе силиконового каучука. Используются в экранах виде трубок, пластинок, кольцевидных шнуров.

Электромагнитная безопасность от «НТЦ Фарадей»

Создание условий для электромагнитной безопасности помещений, особенно в отношении защиты информации необходимо предусматривать на стадии проектных разработок. Технологии и материалы, используемые компанией «НТЦ Фарадей», позволяют выполнять качественное электромагнитное экранирование, как на стадии возведения объекта, так и уже существующих помещений, которые изначально не предназначались под специальное использование.

Специалисты компании разработают и реализуют уникальный проект экранов любой сложности по заказу и техзаданию заказчика:

Выполняется тестирование и постоянная техническая поддержка в процессе эксплуатации защитных систем электромагнитного экранирования.

Источник

Экранирование электромагнитных полей

dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0 dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b

caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd

caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935

Для предотвращения утечки информации по радиоэлектрон­ным техническим каналам утечки информации, вызванных ПЭМИН и радиозакладными устройствами, на опасных направле­ниях применяют электромагнитные экраны. Физические процессы при экранировании отличаются в зависимости от вида поля и час­тоты его изменения.

Различают электрические экраны для экранирования элект­рического поля, магнитные для экранирования магнитного поля и электромагнитные — для экранирования электромагнитного поля. Способность экрана ослаблять энергию полей оценивает­ся эффективностью экранирования (коэффициентом ослабле­ния). Если напряженность поля до экрана равна Е0 и Н0, а за экра­ном — Еэ и Нэ, то Se = EQ / еэ и sh = Н0 / Нэ. На практике эффектив­ность экранирования измеряется в децибелах (дБ) и неперах (Нп): sc(h) = 201g[E0(H0) / Ез(Н$ [дБ] или Se(H) = ln[E0(H0) / Еэ(Н )] [Нп].

Аналитические зависимости эффективности экранирования определены для идеализированных (гипотетических) моделей эк­ранов в виде бесконечно плоской однородной токопроводящей по­верхности, однородной сферической токопроводящей поверхности и однородной бесконечно протяженной цилиндрической токопро­водящей поверхности. Для других вариантов эффективность экра­нирования определяется с погрешностью, зависящей от степени их подобия гипотетическим.

1. При экранировании электрического поля электроны экрана под действием внешнего электрического поля перераспределяют­ся таким образом, что на поверхности экрана, обращенной к источ­нику поля, сосредоточиваются заряды, противоположные по знаку зарядам источника, а на внешней (другой) поверхности экрана кон­центрируются одинаковые с зарядами источника поля (рис. 12.1).

Положительные заряды на рис. 12.1 создают вторичное элек­трическое поле, близкое по напряженности к первичному. С це­лью исключения вторичного поля, создаваемого зарядами на вне­шней поверхности экрана, экран заземляется и его заряды компенсируются зарядами земли. Экран приобретает потенциал, близкий потенциалу земли, а электрическое поле за экраном существенно уменьшается. Полностью устранить поле за экраном не удается из-за неполной компенсации зарядов на его внешней стороне вследс­твие ненулевых значений сопротивления в экране и цепях заземле­ния, а также из-за распространения силовых линий вне границ эк­рана.

image212

Рис. 12.1. Экранирование электрического поля

Эффективность экранирования зависит от электропроводнос­ти экрана и сопротивления заземления. Чем выше проводимость экрана и цепей заземления, тем выше эффективность электричес­кого экранирования. Толщина экрана и его магнитные свойства на эффективность экранирования практически не влияют.

2. Экранирование магнитного поля достигается в результате действия двух физических явлений:

• «втягивания» (шунтирования) магнитных силовых линий поля в экран из ферромагнитных материалов (с jj,» 1), обусловлен­ного существенно меньшим магнитным сопротивлением мате­риала экрана, чем окружающего воздуха;

* возникновением под действием переменного экранируемо­го поля в токопроводящей среде экрана индукционных вихре­вых токов, создающих вторичное магнитное поле, силовые ли­нии которого противоположны магнитным силовым первичного поля.

Магнитное сопротивление пропорционально длине магнитных силовых линий и обратно пропорционально площади поперечного сечения рассматриваемого участка и величине магнитной проницаемости среды (материала), в которой распространяются магнит­ные силовые линии. При втягивании магнитных силовых линий в экран уменьшается их напряженность за экраном. В результате этого повышается коэффициент экранирования.

При воздействии на экран переменного магнитного поля в ма­териале экрана возникают также ЭДС, создающие в материале эк­рана вихревые токи в виде множества замкнутых колец. Кольцевые вихревые токи создают вторичные магнитные поля, которые вы­тесняют основное и препятствует его проникновению вглубь ме­талла экрана. Экранирующий эффект вихревых токов тем выше, чем выше частота поля и больше сила вихревых токов.

Коэффициент экранирования магнитной составляющей поля представляет собой сумму коэффициентов экранирования, обус­ловленного рассмотренными физическими явлениями. Но доля слагаемых зависит от частоты колебаний поля. При f = 0 экрани­рование обеспечивается только за счет шунтирования магнитно­го поля средой экрана. Но с повышением частоты поля все сильнее проявляется влияние на эффективность экранирования вторично­го поля, обусловленного вихревыми токами в поверхности экрана. Чем выше частота, тем больше влияние на эффективность экрани­рования вихревых токов.

640 1

В силу разного влияния рассмотренных физических явлений магнитного экранирования отличаются требования к экранам на низких и высоких частотах. На низких частотах (приблизительно до единиц кГц), когда преобладает влияние первого явления, эф­фективность экранирования зависит в основном от магнитной про­ницаемости материала экрана и его толщины. Чем больше значе­ния этих характеристик, тем выше эффективность магнитного эк­ранирования. Для экрана, например, в виде куба эффективность магнитного экрана можно оценить по формуле:

image214

где d — толщина стенок экрана; D — размер стороны экрана куби­ческой формы.

Эффективность экранирования за счет вихревых токов зави­сит от их силы, на величину которой влияет электрическая проводимость экрана. В свою очередь это сопротивление прямо про­порционально электрическому сопротивлению материала экрана и обратно пропорционально его толщине. Однако по мере повыше­ния частоты поля толщина материала экрана, в которой протека­ют вихревые токи уменьшаются из-за так называемого поверхнос­тного или скин-эффекта. Сущность его обусловлена тем, что вне­шнее (первичное) магнитное поле ослабевает по мере углубления в материал экрана, так как ему противостоит возрастающее вторич­ное магнитное поле вихревых токов. Напряженность переменно­го магнитного поля уменьшается по мере проникновения его в ме­талл экрана на глубину х от его поверхности по экспоненциально­му закону: image216

где о — эквивалентная глубина проникновения, соответствующая ослаблению напряженности магнитного поля в 2,72 раза и вычис­ляемая по формуле:

image218

где р — удельное электрическое сопротивление материала экрана в Ом • мм 2 /м; f— частота магнитного поля в Гц; ц — относительная магнитная проницаемость материала экрана.

Уменьшение эквивалентной глубины проникновения при уве­личении ц обусловлено тем, что ферромагнитные материалы «втя­гивают» силовые магнитные линии первичного поля, в результа­те чего повышаются концентрация магнитных силовых линий и, следовательно, напряженность магнитного поля внутри материа­ла экрана. В результате этого повышаются уровни индуцируемых в нем зарядов, следствием чего является увеличение значений вих­ревых токов и напряженности вторичного магнитного поля. Таким образом, глубина проникновения тем меньше, чем выше частота поля, удельная магнитная проницаемость и электрическая прово­димость металла экрана.

На высоких частотах эффективность магнитного экранирова­ния в дБ экраном толщиной d в мм можно определить, подставив в Sn= 20 Ig (Hx / H0)выражение для Нх. В результате такой подстанов­ки и преобразования легко получить, что

image220

Однако это выражение может использоваться для приближен­ной оценки эффективности экранирования при условии, что значе­ние d соизмеримо с а. Если d » а, то изтза поверхностного эффекта увеличение d слабо влияет на эффективность экранирования, так как вторичное магнитное поле создают вихревые токи в поверх­ностном слое экрана.

Следовательно, для обеспечения эффективного магнитного экранирования на высоких частотах следует для экранов исполь­зовать материалы с наибольшим отношением ц / р, учитывая при этом, что с повышением f сопротивление из-за поверхностного эф­фекта возрастает в экспоненциальной зависимости. На высоких частотах глубина проникновения может быть столь малой, а со­противление столь велико, что применение материалов с высокой магнитной проницательностью, например пермаллоя, становит­ся нецелесообразным. Для f > 10 МГц значительный экранирую­щий эффект обеспечивает медный экран толщиной всего 0,1 мм. Для экранирования магнитных полей высокочастотных контуров усилителей промежуточной частоты бытовых радио- и телевизи­онных приемников широко применяют алюминиевые экраны, ко­торые незначительно уступают меди по удельному электрическому сопротивлению, но существенно их легче. Для высоких частот тол­щина экрана определяется в основном требованиями к прочности конструкции.

Кроме того, на эффективность магнитных экранов влияет кон­струкция самого экрана. Она не должна содержать участков с от­верстиями, прорезями, швов на пути магнитных силовых линий и вихревых токов, создающих им дополнительное сопротивление.

Так как магнитное экранирование обеспечивается за счет то­ков, а не зарядов, магнитные экраны не нуждаются в заземлении.

3. Физические процессы при электромагнитном экранирова­нии рассматриваются на модели, представленной на рис. 12.2.

image222

Рис. 12.2. Электромагнитное экранирование

Электромагнитное экранирование обеспечивается за счет от­ражения части от экрана и поглощения части, проникшей в экран электромагнитного поля. Следовательно, эффективность экрани­рования 8э = 8%отр + 8эпогл, где 8эотр= Ј S — эффективность

экранирования за счет отражения электромагнитной волны от по­верхности экрана; 8э погл = ^ 8э погл. —эффективность экраниро-

вания за счет поглощения электромагнитной волны в экране.

Эффективность экранирования в дБ за счет отражения элект­ромагнитного поля рассчитывается по формуле:

image224

Величина эффеншнншли экранирования в дБ за счет поглоще­ния в экране толщиной d мм оценивается по формуле:

image226

Последнее выражение совпадает с приблизительной форму­лой, определяющей эффективность магнитного экранирования за счет вторичного поля. Это подтверждает утверждение, что погло­щение электромагнитного поля обусловлено, прежде всего, поте­рями энергии вихревых токов в материале экрана. Как следует из приведенных формул, в зависимости от часто­ты, показателей магнитных и электрических свойств материала эк­рана влияние отражения и поглощения на разных частотах сущест­венно отличается. На низких частотах наибольший вклад в эффек­тивность экранирования вносит отражение от экрана электромаг­нитной волны, на высоких — ее поглощение в экране. Доля этих составляющих в суммарной величине эффективности электромаг­нитного экранирования одинаковая для немагнитных (ц,

1) экра­нов на частотах в сотни кГц (для меди — 500 кГц), для магнитных (ц » 1) — на частотах в доли и единицы кГц, например для пер­маллоя — 200 Гц. Магнитные материалы обеспечивают лучшее экранирование электромагнитной волны за счет поглощения, а не­магнитные, но с малым значением удельного сопротивления — за счет отражения.

Кроме того, учитывая, что электромагнитная волна содер­жит электрическую и магнитную составляющие, то при электро­магнитном экранировании проявляются явления, характерные для электрического и магнитного экранирования.

Источник

Экранирование радиоэлектронной аппаратуры как метод обеспечения электромагнитной совместимости

Финансовые и временные затраты на экранирование РЭА возрастают экспоненциально с увеличением размеров устройства и приближением момента сдачи изделия. При этом цена просчета, совершенного в начале проектирования, на этапе сдачи изделия может сравняться с его стоимостью. В качестве практического примера возьмем изделие, представляющее собой набор оборудования, установленного в морской контейнер. В целом к изделию предъявляются жесткие военные требования по излучаемым помехам в широком частотном диапазоне. Однако данные требования не были учтены в ходе проектирования контейнера. В результате в конструкции не создан надежный контакт по периметру дверей, не установлены фильтры ввода питания, оценочный коэффициент экранирования вентиляционной решетки недостаточен для обеспечения заданного в ГОСТе коэффициента экранирования. По предварительной оценке, переделка контейнера, с учетом сроков сдачи изделия в эксплуатацию, превышает стоимость самого контейнера. Именно поэтому необходимо тщательно планировать помеховую обстановку изделия, применяя экраны, фильтры и поглощающие материалы.

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с экраном (рис. 1) и определение коэффициента экранирования. В общем случае коэффициент экранирования Кэ — это отношение интенсивности электромагнитного поля, измеренной до установки непрерывного бесконечного экрана и после его установки. Формулы для расчета взаимодействия при измерении напряженности поля в различных величинах:

где Е1 — падающая волна; Е2 — прошедшая волна; Е3 — поглощенная волна; Е4 — переотраженная волна; Е5 — отраженная волна.

14 55 1

Рис. 1. Взаимодействие электромагнитной волны с экраном

От каждой границы раздела сред совершается отражение электромагнитной волны, а в толще материала происходит поглощение. На высоких частотах коэффициент экранирования определяется в основном коэффициентом отражения Е5, который для электромагнитного поля близок к 100% и растет с повышением частоты и проводимости материала. Коэффициент отражения связан с генерацией в тонком приповерхностном слое токов той же частоты, что и воздействующее поле и, следовательно, с генерацией поля противоположной направленности. Поглощение Е3 связано со скин-эффектом — протеканием токов высокой частоты в тонком приповерхностном слое проводника. Толщина скин-слоя убывает с ростом частоты и проводимости и увеличивается с повышением магнитной проницаемости. Например, для 50 Гц — 1 см; для 5 кГц — 0,1 см; для 0,5 МГц — 10 мкм; для 2,4 ГГц — 1,67 мкм. Таким образом, для эффективного экранирования высоко­частотных полей достаточно иметь тонкий экран из материала с высокой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью.

Напротив, для экранирования постоянных магнитных полей и низкочастотных электромагнитных полей, где преобладает магнитная составляющая, необходимы материалы с высокой магнитной проницаемостью. Чем выше магнитная проницаемость материала, тем выше коэффициент экранирования.

14 55 2

Рис. 2. Расчетные значения потерь на отражение и поглощение

Таблица. Примеры металлов и сплавов

Экранирование постоянного магнитного поля

Экранирование высокочастотного электромагнитного поля

Источник

Adblock
detector