Випадок постійних полів попереднього параграфа рідкісний. На практиці майже завжди боротися доводиться з змінними полями. Ними ми і займемося в усіх інших параграфах цієї глави.
Для екранування змінних електромагнітних полів завжди використовують метали. Тому що електрична складова електромагнітної хвилі може взаємодіяти тільки з провідниками, наводячи в них струми. Але і на змінні магнітні поля (на відміну від постійних) метал (навіть не має магнітних властивостей, тобто з μ = 1) надає екранує,. Відбувається це тому, що змінне магнітне поле індукує в металі екрану вихрові струми, магнітне поле яких, направлено назустріч вихідного, тобто частково компенсує його.
У цьому параграфі ми вивчимо екранування електромагнітної хвилі (ЕМХ), сформованої джерелом, сильно віддалених від екрану. В таких умовах немає сенсу окремо розглядати електричну і магнітну складову (в розповсюджується електромагнітної хвилі вони однозначно пов'язані через коефіцієнт 376,7 Ом, званий хвильовим опором вільного простору). Також, при розгляді електромагнітної хвилі незручно говорити про наведених в екрані токах. Зрозуміліше оперувати відображенням ЕМВ від екрану (як, наприклад, зі світлом - теж електромагнітної хвилею). До речі, зауважу, що відображення виникає саме внаслідок наведених струмів, так що різниця тут тільки термінологічна, але не у фізичній суті.
Розглянемо найпростіший випадок, показаний на рис. 4.2: плоский нескінченний металевий екран, на який падає електромагнітна хвиля. На цьому малюнку інтенсивність хвилі умовно позначена товщиною і заливкою стрілок: чим товще і темніше стрілка, тим більше поле.
Велика падаюча на екран хвиля (зверху зліва рис. 4.2.) Здебільшого безпосередньо відіб'ється від зовнішньої поверхні екрану (тому що він металевий, а відображення на стику повітря-метал велике). Частина, що залишилася після цього відображення частину хвилі (позначимо її R і будемо вимірювати як будь-який загасання в децибелах) пройде в метал екрану і буде в ньому поширюватися.
Але в металі електромагнітна хвиля швидко затухає при поширенні. Позначимо це затухання A (теж в децибелах). Дійшовши до внутрішньої межі екрану, ця хвиля майже повністю виходить за екран, тому що відображення на стику метал-повітря мало. Загальне ослаблення цієї хвилі щодо падаючої складе R + A.
Але мале відображення не означає, що його зовсім немає. Частина прямо пройшла в екран хвилі (на рис. 4.2. Вона позначена як перше внутрішньо відображення) відіб'ється всередині металу від його внутрішньої кордону й відійде до зовнішньої кордоні, затухаючи по дорозі на величину A. Від зовнішнього кордону екрану відбудеться друге внутрішньо відображення і теж з загасанням А. І після цих внутрішніх відображень (зрозуміло, що їх може бути багато, але через загасання в металі і слабкого відображення вони швидко зменшуються і практичне значення має лише перші два відображення) за екран виходить хвиля M. Вона погіршує екранування (ясно, що якби ця хвиля була відсутня, поле за екраном було б менше).
Для спрощення розуміння, уявіть, що на рис. 4.2 зображений не металевий екран, а дзеркальні темні сонцезахисні окуляри (теж екран, в принципі). Велика частина сонячного світла відбивається від зовнішнього дзеркально покриття (R), а решта менша послаблюється темним склом (А).
Але повернемося до нашого металевого екрану. Очевидно, що його ефективність буде:
(4.2)
де:
SE - ефективність екранування в дБ,
R - ефективність відображення від зовнішньої поверхні екрану в дБ;
A - загасання хвилі при проході крізь стінку екрану в дБ;
M - проникнення хвилі за екран внаслідок множинних внутрішніх відображень всередині стінки екрану. Теж в дБ.
Всі ці три параметри залежать від частоти F, товщини стінки екрану d, питомої провідності металу екрану σ і його магнітної проникності μ.
Крім цих чотирьох основних даних, в розрахунках екранів використовують ще пару залежних (тобто обчислюються з основних) параметрів, які зручні на практиці.
Перший з них, це питома провідність σr щодо міді. Показує, у скільки разів даний матеріал проводить краще або гірше, ніж мідь. Для міді σr = 1, для інших металів вона відповідно більше або менше.
Другий зручний параметр - глибина проникнення δ змінного струму в матеріал (її ще називають товщиною скін-шару). Обчислюється за формулою:
(4.3)
Фізичний сенс δ - глибина на якій в провіднику електромагнітне поле послаблюється в e = 2,718 раз. Як видно з формули 4.3, товщина скін-шару квадратично падає з ростом частоти і магнітної проникності. Обчислюючи δ, не забувайте про частотної залежності μ вашого матеріалу.
У таблиці 4.1. наведені параметри основних матеріалів, що використовуються для екранування.
Табл. 4.1
Матеріал μ σ σr δ, мкм на F = 1 MHz Срібло 1 6,5 • 107 1,08 63,5 Мідь 1 5,8 • 107 1 66 Алюміній 1 3,7 • 107 0,62 84 Латунь 1 1,5 • 107 0,26 130 Припій ПОС-60 1 7,1 • 106 0,12 190 Сталь (SAE1045) 1 000 5,8 • 106 0,1 6,6
На головну - Main page