волны, и на

Тогда :

отр.м[дБ] =20lg(cur/4!Z3l).

В этом случае потери на отражение меньше, чем у плоской низких частотах их можно принять равными нулю.

Потери на поглощение. Эти потери обусловлены поверхностным эффектом в проводниках, приводящим к экспоненциальному уменьшению амплитуды проникающих в металлический экран электрических и магнитных полей (рис. 4.4). Это объясняется тем, что токи, индуцируемые в металле, вызывают омические потери и, следовательно, нагрев экрана. Таким образом,

где £2 и Н2 - соответственно напряженности электрических и магнитных полей на расстоянии х от поверхности экрана; S=Y /aiiaa - глубина скин-слоя, определяемая как расстояние, которое должна пройти электромагнитная волна в металле, чтобы ослабнуть в е раз.

Тогда потери на поглощение экраном толщиной d

поглЕдБ] = 8.69 d/8 = 6.16 d У mils о.

(4.5)

Как видно из приведенного выражения, потери яа поглощение растут пропорционально толщине экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости его материала, а также частоты помехонесущего поля.

Потери на многократные отражения в тонких экранах. Эти потери связаны с волновыми процессами в толщине экрана и в основном определяются отражением от его гранид и поглощением -в металле экрана (рис. 4.5).

Для электрических .полей почти вся энергия падающей волны отражается от первой границы и только небольшая ее часть проникает в экран. Поэтому многократными отражениями внутри экрана для электрических полей можно пренебречь.

Для магнитных полей большая часть падающей волны проходит в экран, в основном отражаясь, как это было уже .сказано, только на второй границе, тем самым создавая предпосылки к многократным отражениям внутри стенки экрана. Корректирующий коэффициент многократного отражения для магнитных полей в экране с толщиной стенки d При глубине скин-слоя б

м.отрЕдБ] =201g[l -ехр(-2d/6)].

(4.6)

При этом коэффициент многократного отражения имеет отрицательное значение, что указывает на уменьшение эффективности экранирования тонким экраном вследствие многократных отражений. Таким образом, из вышеизложенного можно сделать ряд существенных выводов:

Рис. 4.5. Многократные отражения в тонком экране

для электрического поля основным механизмом экранирования являются потерн на отражение;

для низкочастотного магнитного поля в дальней зоне излучения почти все ослабление достигается за счет потерь на отражение, в то время как на высоких частотах ослабление происходит в основном из-за потерь на поглощение, они же являются определяющими и прн экранировании магнитных полей ближней зоны излучения.

4.1.2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Получение аналитических соотношений для расчета эффективности экранирования реальных корпусов-экранов РЭС путем точного решения электродинамических задач взаимодействия МЭМП и экранов затруднительно. Поэтому при выводе расчетных формул экранирования используют различные допущения, которые позволяют без существенного ущерба общности рассматриваемых процессов решить поставленную задачу. При этом в теории электромагнитного экранирования широко используется для решения ряд методов.

Волновой метод применяется, когда размеры корпусов-экранов РЭС сравнимы или несколько превышают длину волны МЭМП или ее эквивалент при импульсных процессах.

Использование этого метода предполагает, что экран находится в волновой зоне излучения, помеха распространяется в виде волны и форма экрана со стороны падения волны соответствует фронту падающей волны. Процессы взаимодействия электромагнитного поля помехи и экрана соответствуют ранее описанным. При падении волны электромагнитного поля помехи на экран часть энергии падающей волны отражается в окружающее пространство, а часть проникает в экранируемую область, поглощаясь материалом экрана и испытывая отражение и преломление на внутренней ее поверхности.

В основе данного метода лежит интегрирование известной из электродинамики полной системы дифференциальных уравнений Максвелла:

rot И = о Е -

rotE =

dt дВ

(4,7)

divB = 0, <

divD = pe.

Интегрирование приведенной системы дифференциальных уравнений производится совместно с граничными (непрерывность нормальных и тангенциальных составляющих Е к Н полей на границах раздела сред) и начальными условиями (для нестационарных - импульсных процессов), а также с условием регулярности полученных решений на бесконечности и в экранируемой области.

Основным недостатком волнового метода является его сложность для конструкторских расчетов, если форма экрана не совпадает с конфигурацией фронта волны помехи, так как в этом случае фронт падающей волны приходится представлять в виде разложения по собственным функциям, соответствующим форме поверхности экрана (например, при падении плоской электромагнитной

волны на сферический экран ее фронт представляют в виде разложения по сферическим функциям).

Тем не менее волновой метод широко используется в СВЧ технике. В коротковолновой части диапазона СВЧ, начиная с сантиметровых и особенно на миллиметровых длинах волн, волновой метод расчета экранов вырождается В.метод плоских волн, так как в этой области длин волн даже на малых расстояниях поле помехи приобретает структуру ТЕМ-волн, а облучаемую ими часть поверхности экрана ввиду относительно малых линейных размеров и кривизны можно считать плоской.

Метод наведенных потенциалов применяется, если размеры экрана существенно меньше длины волны помехонесущего поля. Метод часто носит название квазистационарного приближения . В этом случае помехонесущее поле можно считать потенциальным.

Тогда в системе дифференциальных уравнений Максвелла (4.7) пренебрегают токами смещения, что физически означает одновременное (мгновенное) изменение во времени поля во всех точках рассматриваемого пространства. Система дифференциальных уравнений в этом случае приобретает вид rotH=:oE,

дЪ (4.8)

rotE=--.

Из (4.8) следует, что задача оценки эффективности электромагнитного экранирования для случая квазистационарного приближения сводится к задаче о проникновении магнитной составляющей МЭМП. Напряженность электрического поля помехи на поверхности экрана из-за его потенциального характера равна нулю и в дальнейшем присутствует как индукционная - наведенная магнитным полем помехи в металле экрана. При этом основной процесс экранирования связан с поглощением энергии поля помехи материалом экрана.

Метод теории цепей. Физические процессы, происходящие в электромагнитных экранах, во многом сходны с процессами, протекающими в электрических цепях (длинных линиях). При распространении энергии поля помехи, через экран приходится считаться с поглощением энергии в материале экрана и ее отражением на границах раздела воздух-экран - воздух. Поглощению энергии в экране в теории цепей соответствует затухание волн в линии, а отражению энергии на границах экрана - отражение энергии волн в линии с несогласованной нагрузкой.

Физическая аналогия выражается и в схожем математическом описании этих двух процессов, дифференциальные уравнения которых имеют вид: дляпроцесса экранирования

-=(о+/сое)£; = - / Wfx j,;

для линий передачи di ..... дй

--Ft/; - = -ZI.

дг - -> дг

Этот метод не имеет особого преимущества перед волновым методом (последний является более общим), но он позволяет использовать известные из теории цепей решения.