05.08.2014

Защита радиоэлектронной аппаратуры с помощью многослойных поверхностно-объемных экранов (МПОЭ)


Грабчиков С.С.  доктор физико-математических наук ФМН НПЦ НАН Беларуси по материаловедению 
Василенков Н.А., Ген. Директор ЗАО "ТЕСТПРИБОР 

Понятие электромагнитной совместимости возникло еще в начале развития радиотехники и имело узкое смысловое значение – выбор частотного диапазона.

В настоящее время МЭК определяет ЭМС, как способность оборудования или системы, удовлетворительно работать в данной электромагнитной обстановке без внесения в нее какого- либо недопустимого электромагнитного возмущения.

Электромагнитная совместимость нарушается, если уровень помех слишком высок, помехоустойчивость оборудования недостаточна.

Условно все помехи можно разделить на 2 класса: естественного и искусственного происхождения.

Помехи искусственного происхождения в свою очередь делятся на непреднамеренные и организованные.

Непреднамеренные помехи возникают в процессе использования различного рода устройств, генерация помех которыми является естественным следствием их функционирования.

Организованные помехи создаются искусственно с целью ухудшения функционирования или вывода из строя радиоэлектронных средств (РЭС).

Основные источники электромагнитного поля:

- электротранспорт;

- линии электропередач;

- электропроводка;

- бытовые приборы;

- транслирующие антенны;

- радары.

Основными методами устойчивости электронных схем к воздействию ЭМИ являются:

- выбор наиболее стойких к воздействию ЭМИ комплектующих элементов системы;

- рациональное пространственное размещение узлов и схем системы;

- создание стойких к воздействию ЭМИ электронных схем.

Наиболее существенное ослабление воздействиям ЭМИ на электронные системы и их элементы получают за счет применения электромагнитных экранов.

Электромагнитными экранами называются конструкции, предназначенные для ослабления электромагнитных полей, создаваемые какими-либо источниками.

В подавляющем большинстве случаев электромагнитные экраны делаются из металла: меди, алюминия, стали.

Электрические параметра некоторых металлов:

Показатели

Медь

Латунь

Алюминий

Сталь

Пермаллой

Удельное сопротивление, ом*мм2/м;

0,0175

0,06

0,03

0,1

0,65

Удельная проводимость, σ, см/м

5,7*107

16,6*107

33*107

10*107

1,54*107

Относительная магнитная проницаемость, \mu_{r}

1

1

12

50

100

12000

Коэффициент материала экрана, А м*Гц1/2

0,7*10-2

12,4*10-2

8,8*10-2

2,3*10-2

1,54*10-2

0,36*10-2

Эквивалентная глубина проникновения δ для различных экранирующих материалов, мм

Частота, f Гц

Медь

Латунь

Алюминий

Сталь

Пермаллой

\mu_{r}=120

\mu_{r}=50

\mu_{r}=800

102

6,700

12,400

8,800

2,300

1,540

0,380

103

2,100

3,900

2,750

0,700

0,490

0,120

104

0,670

1,200

0,880

0,230

0,154

0,038

105

0,210

0,390

0,275

0,070

0,049

0,012

Эффективность экранов различной толщины

d, мм

Э

Медь

Алюминий

Сталь (μ=100)

0,1

15

9

-

1,0

160

87

940

2,0

730

290

5,1*105

4,0

1,5*104

3,2*103

1,5*1011

Из выше приведенных данных следует, что соответствующим выбором материалы экрана и толщины стенок можно получить достаточную эффективность экранирования.

Однако в реальных условиях при экранировании неизбежны более или менее значительные отверстия и щели, которые образуют дополнительный канал для проникновения поля. Вследствие этого эффективность экрана уменьшается.

В большинстве реальных ситуаций, свойства экрана часто определяются не толщиной и типом материала, а дефектами – отклонениями от реальной конструкции.

Компания ЗАО «ТЕСТПРИБОР» г. Москва совместно с ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению» разработала технологию формирования экранов, обеспечивающих защиту блоков и компонентов радиоэлектронной аппаратуры от воздействия электромагнитного импульса. Данная технология позволяет формировать защитные экраны на корпусах любой формы без дефектов экранирования (однородность толщины покрытия, отсутствие щелей и отверстий).

Многослойные пленочные экраны для защиты РЭА от ЭМИ разработаны на основе переходных металлов (Fe, Ni, Co) и их сплавов. Из которых формируются многослойные электромагнитные структуры.

metal-ekran.jpg

mnogosloynimi-strukturami.jpg

tipimnogosloynih-struktur.jpg

opticheskie-izobr.jpg

prjmishlenimi-materialami.jpg

effektivnost-ekranirovaniy.jpg

effektivnost-emp.jpg

amplitudno-chastotnie.jpg

rezultati-expluatacii.jpg

Выводы

В рамках данной работы компанией «ТЕСТПРИБОР» разработаны базовые несущие конструкции (БНК) первого, второго и третьего уровней с многослойными поверхностно-объемными экранами (МПОЭ), предназначенных для защиты РЭА и обеспечение электромагнитной совместимости при воздействии:

- постоянного магнитного поля;

- переменного магнитного поля;

- электромагнитного импульса

МПОЭ обладают одновременно отражающими и поглощающими свойствами.

Основные характеристики МПОЭ

Наименование параметра, единица измерения

Значение

Эффективность экранирования постоянного магнитного поля, не менее

4-40

Эффективность экранирования в диапазоне частот от 50 Гц до 10 кГц, дБ, не менее

50-70

Эффективность экранирования в диапазоне частот от 10кГц до 300 Мгц, дБ, не менее

60-90

Эффективность экранирования в диапазоне частот от 300 МГц до 1500 МГЦ, дБ, не менее

100-110

Изменение температуры окружающей среды, С0

От минус 65 до плюс 60

Коррозионная стойкость ( при влажности 93% и Т-40С0;, ГОСТ 9.308-73), не менее

15 суток

Прочность сцепления с поверхностью основания (после отжига при 300 С0 в течение 1 час; ГОСТ 9.302-79)

Отсутствие вздутий, отслоений