Ecranarea echipamentelor

Ecranarea echipamentelor

Daca se considera propagarea unei unde electromagnetice in spatiu si daca se presupune existenta unui ecran interpus pe traseul acesteia, are loc modificarea amplitudinii campului electric E si a celui magnetic H asa cum rezulta si din fig. 2.3.

In cazul in care radiatia incidenta de putere P1 se propaga prin aer si intalneste un ecran metalic de dimensiune infinita, o parte R1 este reflectata din cauza discontinuitatii valorii impedantei la frontiera intre aer si metal, componenta A patrunde prin metal suferind o absorbtie; la sosirea la o a doua interfata metal-aer, o fractiune R2 este, din nou, reflectata; P2 este puterea de iesire, cea care strabate interfata. Acelasi ciclu se repeta pentru unda P3.

Figura 2.3. Transmisia prin radiatie electromagnetica

Pornind de la a doua reflexie, componentele R2, R3, P3, etc. sunt grupate intr-un singur termen, B. In practica, se neglijeaza componenta B daca A depaseste 10 sau 15dB.

Eficacitatea S a unui ecran exprimata in dB, este logaritmul raportului intre puterea incidenta si puterea de iesire.

pentru campul electric iar

pentru campul magnetic.

Indicele I se refera la campurile incidente iar indicele 2 la campurile de iesire.

Ultima formula este valabila pentru un material bun conductor.

In relatiile precedente:

A - pierderile prin absorbtie, in dB;

R - pierderile prin reflexie, in dB;

I - distanta intre sursa si ecran, in m;

- conductivitatea relativa a metalului in raport cu vidul;

- permeabilitatea relativa a metalului, in raport cu vidul;

f - frecventa, in Hz;

e - grosimea metalului, in cm;

- impedanta intrinseca a metalului;

- impedanta spatiului din jurul metalului.

Se pot defini acum notiunile de zona apropiata sau zona indepartata. Zona apropiata este ansamblul domeniului perturbat situat la o distanta mica fata de lungimea de unda a semnalului perturbator:

In acest caz, este indispensabila considerarea separata a campurilor electrice si magnetice. Factorul R este inlocuit in formula de sau

Se poate considera zona indepartata in regim de unda plana daca zona perturbatoare este situata la o distanta superioara lungimii de unda a semnalului perturbator.

Atenuarea totala este:

In zona apropiata

Pentru un camp electric:

Impedanta spatiului in camp electric:

Pentru un camp magnetic:

Impedanta spatiului in campul magnetic:

In zona indepartata

In regim de unda plana, oricare ar fi natura campului electric sau magnetic, impedanta intrinseca a spatiului poate fi considerata drept constanta si egala cu:

Al treilea termen, si ultimul, B , este dat de relatia:

care tine cont de defazajul vectorilor.

Pierderile prin reflexie sunt obtinute utilizand ecrane din materiale bune conducatoare de electricitate care, datorita acestui lucru, au o impedanta redusa. Cuprul, alama, aluminiul sunt cele mai folosite si sunt eficace intr-o banda larga de frecvente. Aceste materiale, excelente contra campurilor de impedanta mare, sunt fara efect in cazul campurilor magnetice. Cea mai mare energie a campurilor de joasa impedanta este continuta in componenta magnetica. Pentru atenuarea acestei unde trebuie interpus, suplimentar fata de materialul de inalta conductibilitate, o bariera din metal de inalta permeabilitate. Este destul de dificil, mai ales la joasa frecventa, de a anihila actiunea campului magnetic H comparativ cu cea a campului electric E. Se poate presupune ca R este independenta in raport cu grosimea ecranului pentru ca reflexia se produce la suprafata sa dar este dependenta de natura metalului.

Pierderile prin absorbtie, A, sunt independente fata de natura campului electromagnetic. Conteaza numai frecventa undei perturbatoare, natura materialului si grosimea sa. Pierderile cresc cu frecventa.

Elementele cele mai importante pentru determinarea eficacitatii unui ecran sunt:

impedanta undei electromagnetice;

materialul ecranului;

frecventa;

distanta intre sursa perturbatoare si ecran.

Eficacitatea unui ecran in zona apropiata

Reflexia sub influenta unui camp electric

In acest caz protectia este relativ usoara. Pierderea prin reflexie este data de relatia:

unde:

d - distanta intre sursa si ecran, in m;

f - frecventa, in Hz;

- conductivitatea relativa a metalului in raport cu vidul;

- permeabilitatea relativa a metalului, in raport cu vidul;

Reflexia sub influenta unui camp magnetic

Pierderea prin absorbtie are expresia:

unde:

e - grosimea ecranului, in cm.

Eficacitatea unui ecran in zona indepartata

Pentru undele plane, pierderile prin reflexie sunt date de expresia:

In acest caz, metalele bune conducatoare si de permeabilitate redusa au o eficacitate satisfacatoare. Ecranul prezinta o pierdere prin absorbtie similara zonei apropiate deoarece este independenta de natura undei.

Calculul exact al unui ecran implica utilizarea unor ecuatii complexe.

Aceste ecuatii au fost stabilite de SCHELKUNOFF iar utilizarea practica se datoreaza nomogramelor intocmite de CODWELL. Nomogramele permit determinarea grosimii ecranului cunoscand caracteristicile metalului folosit si frecventa undei perturbatoare sau evaluarea atenuarii ecranului.

Odata ales materialul ecranului, in vederea asigurarii eficacitatii sale corespunzator cu utilizarea acestuia, trebuie considerati si alti factori:

costul materialului;

caracteristicile mecanice ale acestuia: rigiditatea mecanica, rezistenta la socuri si vibratii, modul de asamblare;

rezistente la coroziune.

Coroziunea poate compromite complet unele conexiuni electrice reducand eficacitatea ecranului. Nu trebuie pierdut din vedere ca eficacitatea unui ecran nu este niciodata mai buna decat cea a celei mai putin fiabile parti a sa.

Foarte important este ca toate partile ecranului sa fie la acelasi potential electric. In acest scop, legaturile metalice trebuie corect executate pentru a asigura o cale de joasa impedanta, catre masa, a semnalelor perturbatoare. In caz contrar, partile mecanice vecine pot sa se afle la potentiale diferite, gradual crescatoare si descrescandu-se in momentul in care se atinge valoarea tensiunii de descarcare. Se poate ajunge la generarea unei perturbatii foarte violente, numita perturbatie statica.

Pentru a evita acest lucru, este necesara asigurarea unei continuitati electrice a diferitelor elemente mecanice ale ansamblului prin contacte electrice metal pe metal, fara interpunerea unor substante izolante: vopsea, ulei, grasimi, etc.

Eficacitatea legaturilor depinde de frecventa, de valoarea curentului care le traverseaza ca si de conditiile exterioare. Acestea din urma (vibratii, temperatura, umiditate) sunt importante deoarece ele antreneaza deteriorarea, in timp, a conexiunilor.

Conexiunile corect executate trebuie sa respecte urmatoarele criterii:

sa nu degradeze sau sa slabeasca partile mecanice implicate;

sa asigure un contact electric, metal pe metal, foarte bun;

sa aiba o sectiune suficient de mare care sa pastreze joasa impedanta a traseului la trecerea curentilor maximi;

sa nu se deterioreze sub actiunea vibratiilor, socurilor, etc.;

sa fie, de preferinta, din acelasi metal sau, daca sunt materiale diferite in contact direct, acestea sa fie vecine in seria electrochimica pentru evitarea coroziunii.

In unele cazuri, egalizarea potentialelor poate fi asigurata prin conexiuni cat mai reduse in raport cu curentii de inalta frecventa.

In alte cazuri, de exemplu pentru panouri fixe, este necesara utilizarea jonctiunilor conductoare de inalta frecventa sau a contactelor din bronz-beriliu. Materialele care constituie aceste jonctiuni trebuie sa aiba o conductivitate excelenta. Ele sunt, in general, executate din aluminiu sau alama. Principalele criterii de alegere a unui metal sunt:

rezistenta la coroziune;

elasticitate;

duritatea superficiala.