Електромагнитно екраниране
В кабелната комуникация и радиотехниката е важно да можете да ограничите разпространението на електрически и магнитни полета в пространството и по-специално да защитите елементи от електрически вериги, електронни устройства, електрически измервателни уреди и друго оборудване от поле, пренасящо смущения.
В тези и подобни случаи зоната, в която полето не трябва да прониква, е екранирана с метална обвивка от зоната, където полето присъства. Ако такава черупка обгражда източник на променливо електромагнитно поле, тогава е възможно да се изключи влиянието на нейното излъчване върху устройства, разположени извън черупката. Такива черупки се наричат електромагнитни екрани. Екраниращият ефект на екран, изработен от немагнитен материал в променливо електромагнитно поле, се определя от токовете, индуцирани в дебелината на стените на екрана, и магнитното поле, възбудено от тези токове. Очевидно екраниращият ефект се увеличава с увеличаване на честотата и дебелината на стените на екрана.
За да се получи ефективен екраниращ ефект, дебелината на стените на екрана трябва да се приеме равна на дължината на вълната в веществото на екрана (5.6), тъй като когато електромагнитна вълна проникне в проводящо полупространство до дълбочина l, както е показано по-горе, полето се отслабва с e 2 p = 540 пъти, т.е. на това разстояние вълната всъщност е напълно отслабена. На практика се смята, че вълната затихва вече на разстояние два до три пъти по-малко от дължината на вълната. Както се вижда от формула (5.6), с увеличаване на честотата дължината на вълната (дълбочината на проникване) на електромагнитното поле в проводника намалява. Следователно при екраниране на високочестотни (радиочестотни) полета не е необходимо да се използват феромагнитни материали за екрани, които са нежелателни поради зависимостта на тяхната магнитна пропускливост m от силата на магнитното поле ихистерезисни явления. Обикновено екраните са изработени от високопроводим материал, като мед или алуминий. При индустриална честота f=50 Hz медният екран е ефективен само при значителна дебелина на стената (тъй като дължината на вълната в медта при тази честота е около 6 cm). В този случай е препоръчително да се използва екран от феромагнитен материал, в който поради високата си магнитна проницаемост електромагнитната вълна отслабва много по-бързо, отколкото в медта. Трябва да се отбележи, че значителните загуби в електромагнитните екрани често ограничават възможностите за тяхното приложение. Феромагнитният екран има екраниращ ефект дори при постоянно поле, тъй като магнитният поток на външното поле преминава главно по стените на екрана, които имат по-ниско магнитно съпротивление, и почти не прониква в неговата кухина. При променливо поле неговият екраниращ ефект се увеличава значително поради допълнителния екраниращ ефект на токовете, които възникват в стените на екрана.
Действието на екрана се характеризира с коефициента на екраниране Ke, който е равен на отношението на силата на полето Hi вътре в екрана към интензитета на външното (първоначално) поле H0.
Колкото по-добър е екранът, толкова по-нисък ще бъде екраниращият фактор Ke.
Често ефектът на екраниране се характеризира с друга величина, която се нарича затихване на екрана и се определя по формулата
При реалните екрани коефициентът на екраниране зависи не само от параметрите на материала (специфична проводимост g и магнитна проницаемост m), честота и дебелина на стената, но и от други конструктивни характеристики. Така, например, ако поставите безкрайно дълъг цилиндричен екран в напречно равномерно магнитно поле (фиг. 5.2), тогава можете да получите следния израз за коефициента на екраниране:
(5,7)
където d е дебелината на стената на екрана; k2=jwmg; R е външният радиус на екрана; j - имагинерна единица; K1=k1Rm0/m.
Както се вижда от израз (5.7), коефициентът на екраниране е комплексно число и също зависи от радиуса на екрана.
Обикновено екраните се правят така, че да е изпълнено условието ½k½R>>1, тъй като в противен случай ефектът от екрана ще бъде незначителен. Следователно в израза за коефициента на скрининг (5.7) можем да поставим k1=k.
Важно е да се отбележи, че вътрешното поле (вътре в екрана), както и външното поле, са хомогенни и имат еднаква посока.
 |
Екранът има не само екраниращ ефект, но и влияе на външното поле в областта извън екрана. Степента на влияние се определя с помощта на така наречения коефициент на обръщане на екрана We. Например, ако разгледаме горния екран в цилиндрична координатна система, подреждайки координатните оси, както е показано на фиг. 5.3, след това извън екрана (r ³ R), и двата компонента на силата на магнитното поле могат да бъдат определени, както следва:
В този случай коефициентът на обратното действие се определя от равенството
 |
Технически параваните обикновено се изграждат от отделни елементи, така че в стените им винаги има фуги, в които са възможни хлабини.
Ефектът на електромагнитния екран на метална обвивка, както беше отбелязано по-горе, се дължи на действието на вихрови токове, индуцирани в стените на обвивката от променливо поле, пренасящо смущения. Тези токове възбуждат полето, което, взаимодействайки с полето, носещо смущения в стените на корпуса, отслабва неговия ефект. Индуцираните екранни токове протичат в равнини, перпендикулярни на посоката на полето, носещо смущения. Ако кръстовищата в екраните са разположени по такъв начин, че екранните токове трябва да ги обикалят, тогава тези токове са отслабени и следователно ефектът им на екраниране също намалява. Твърди се, че електромагнитното поле прониква във вътрешността на екрана през процеп. Коефициентът на екраниране на такъв екран зависи от позицията на прореза (ъгъл а) по отношение на посоката на силовите линии на външното магнитно поле (фиг. 5.4)
 |