ранируемая область. Каждая из представленных областей определяется своими электрофизическими характеристиками: е - диэлектрической проницаемостью, р, - магнитной проницаемостью и а - удельной проводимостью среды.

За редким исключением области 1 и 3 имеют одинаковые электрофизические характеристики, которые соответствуют характеристикам свободного npoQTpancTBa (jx=i(xo=4n-10~ Гн/м; е=ео= =8,85-10~2 ф/м и а=0). Характеристики же экрана существенно отличаются от ранее прийеденных, чем и определяются его экранирующие (защитные) свойства по отношению к электромагнитным полям помех.

Для количественной оценки эффективности экранирования используют ряд параметров, основные из которых:

коэффициент экранирования S, равный отношению амплитуды напряженности электрического или магнитного поля в какой-либо точке экранируемой области к амплитуде напряженности поля в этой же точке, если бы экран отсутствовал, т. е.

Se = Ед/Е-; Sh = Яд/Я;

SE[flB] = 201g(£3/-Ei) и аналогично 5£г[дБ] = 201е(Яз/Я1).

Экранное затухание определяется как величина, обратная коэффициенту экранирования, и обозначается

ЛEдБ] = 201g(l/S).

В том случае, когда воздействующая МЭМП носит импульсный характер, важное значение имеет и форма импульсного поля, проникающего внутрь экрана, которая характеризуется коэффициентом изменения фронта и длительности импульса в экранируемой области по сравнению с временными характеристиками помехи:

Помимо .Приведенных характеристик, реже на .практике исполь зуют коэффициенты экранирования по мощности и энергии.

4.1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Рассмотрим а примере плоского проводящего экрана общие принципы экранирования. При этом пока будут опущены из рассмотрения эффекты, связанные с геометрической формой самого экрана. На рис. 4.2 представлен бесконечно протяженный плоский металлический экран толщиной d, находящийся в воздухе, на который с одной стороны падает плоская электромагнитная волна. В процессе своего падения на границу раздела щвух сред с различными электрофизическими характеристиками (воздух - металл и металл - воздух) волна претерпевает отражение и преломление, а в толще экрана ввиду его проводящих свойств и частичное поглощение энергии электромагнитного поля. Таким образом, электромагнитная волна при взаимодействии с экраном отражается от его поверхности, частично проникает в стенку экрана, претерпевает поглощение материалом экрана, многократно отражается от стенок экрана и в конечном

Рис. 4.2. Отражение и преломление падающей электромагнитной волны на элементе экрана

Экранируемая

фоткаюищя волна

фошевшая волна

Внутренняя отраженная волна

итоге частично проникает в экранируемую область. При этом все вышеперечисленные процессы сопровождаются потерями электромагнитной энергии волны. Таким образом, общая эффективность экранирования равна сумме потерь на отражение, поглощение и многократные отражения, в стенках тонких экранов:

[дБ] = отР + погл + м.отр-

Для любой распространяющейся электромагнитной волны характерным параметром является полное волновое сопротивление среды, в которой происходит ее распространение:

IZ = Ё1Н.

Если учесть, что полное характеристическое сопротивление среды Zo = y;cop,/(a-f/С08),

то для плоской волны в дальней зоне излучения Ze=2c. Так как для диэлектрика а<4;/(ое, то

гв = ta.=VWe = 120 я. (4.1)

Для проводящей среды а>/сое и полное характеристическое сопротивление соответствует полному сопротивлению экрана

Zg = V/ton/a или IZgl Утц/а. (4.2)

Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны с различными значениями полных характеристических сопротивлений этих сред. При прохождении волны через зкран она встречает на своем пути две границы раздела (рис. 4.3). Хотя электрическое и магнитное Поля отражаются от каждой границы по-разному, суммарный эффект после прохождения обеих границ одинаков для обоих полей. Если экран изготовлен из металла, то .Zi z2. При-этом наибольшее отражение (наименьшая напряженность прошедшей волны) наблюдается для электрических полей при входе волны .в экран (на первой границе), а для магнитных полей при ее выходе из экрана (на второй границе).

Экран z-z i

zz,z

,H ZZ1Z2. f.

Puc. 4.3. Частичные отражения н преломления на поверхностях экрана компонент электромагнитного поля

Воздух Экран (металл -/i, <5j

Рис. 4.4. Ослабление электромагнитного поля в поглощающей среде

Поскольку отражение электрических полей происходит главным образом на первой поверхности, то даже тонкие экраны обеспечивают большие потери на отражение.

Для металлических экранов

Л,тр[дБ] *201я(гЕ!/4гэ!), (4.3)

где Za-сопротивление экрана.

В случае плоской волны (в дальнем поле) излучения выражение (4.3) для потерь на отражение с учето.м (4.1) и (4.2) перепишется в виде

Лтр [ДБ] = 20 Ig (94,25Уо/У), (4.4)

Откуда следует, что потери на отражение велики у экрана, изготовленного из материала с высокой проводимостью и малой магнитной проницаемостью. В ближней зоне излучения источника поля излучения в основном определяются не характеристиками среды, а параметрами источника (антенны).

Волновое сопротивление, создаваемое точечным высокоомным источником электрического поля для ближней зоны излучения {г<%12к), можно аппроксимировать следующим уравнением:

!2в1эл= l/tue;-,

где г - расстояние от источника до экрана, м; ю - угловая частота поля излучения, рад/с.

В данном случае потери на отражение в электрическом поле ближней зоны источника излучения

отр.эл [дБ] = 20 Ig (1/4 0)6 Г IZal),

где 2э -полное сопротивление экрана, определяемое (4.2).

При этом потери электрического поля ближней зоны излучения на отражение оказываются больше, чем потери у плоской волны, и в основном определяют процесс экранирования.

Волновое сопротивление, обусловленное точечным низкоомным источником магнитного поля в ближней зоне его излучения (л<Я,/2п),