06.05.2015

Метод оценки эффективности экранирования материалов.

Метод оценки эффективности экранирования материалов.

В статье представлен метод измерения коэффициента экранирования, основанный на стандарте MIL-STD-285. Приведены экспериментальные результаты, которые показывают, что с помощью полубезэховой камеры, набора антенн, генератора и приемника можно достоверно измерять коэффициент экранирования материалов. Отработана методика измерений для проведения работ в рамках ОКР, проводимой ЗАО «ТЕСТПРИБОР».

Введение

Коэффициент экранирования (КЭ) это ключевой параметр, который необходимо учитывать при выборе материала для изготовления экранов от электромагнитного излучения. И если для многих металлов КЭ определён и отражен в справочниках, то для композитов, тканых материалов, или многослойных металлических конструкций он может сильно отличаться от теоретических значений. Кроме того вычисления КЭ могут быть затруднительными из-за сложности структуры этих материалов. В этом случае применяется непосредственное измерение эффективности экранирования. Один из таких методов с использованием полубезэховой экранированной камеры (БЭК), основанный на стандарте MIL-STD-285 описан в настоящей статье.

Коэффициент экранирования

Коэффициент экранирования определяется как отношение интенсивности электромагнитного поля измеренного до установки экрана и после его установки. Предполагается что экран это бесконечная плоскость, расположенная между источником сигнала и приемником. Зная плотность мощности электромагнитного поля, напряженность электрического поля и магнитного поля можно рассчитать коэффициент экранирования, используя следующие соотношения:

(1)

(2)

(3)

Где P1 и Р2 плотность мощности электромагнитного поля до экрана и после него, Е1 и Е2 напряженность электрической составляющей поля до экрана и после, Н1 и Н2 напряженность магнитной составляющей поля до экрана и после соответственно. Однако, имея эти же значения в относительных величинах достаточно вычислить их разницу для получения коэффициента экранирования.

(4)

Где E1 и E2 напряженность электрической составляющей поля до экрана и после, соответственно. При расчете КЭ использовалось соотношение (4).

Измерения

Перед измерениями была произведена калибровка для получения значений сигнала без экрана. Антенны были соосно установлены друг напротив друга на расстоянии 2м в БЭК. На излучающую антенну подавался высокочастотный сигнал. Мощность подаваемого сигнала записывалась для использования при последующих измерениях. Уровень сигнала с приемной антенны записывался и использовался в последующих вычислениях КЭ. Схема калибровки представлена на рис. 1.

Рис. 1

Для проведения измерений использовалась БЭК, внутри которой были установлены: генератор, усилитель, излучающая антенна и вспомогательное оборудование. Снаружи камеры были установлены: измерительный приемник, приемные антенны. Антенны были соосны и направлены с разных сторон на панель ввода БЭК, вместо которой последовательно устанавливались измеряемые образцы. Схема расположения оборудования при измерении КЭ приведена на рис.2.

Рис.2

Проведены измерения четырех образцов: 1. Штатная панель ввода 330х330х3мм гальванизированная сталь, 2. Лист 330х330х0,7 мм ковар, 3. Лист 330х330х3мм алюминий, 4. Лист 330х330х3мм электротехническая сталь. Все измерения проводились в вертикальной поляризации антенн. Результаты измеренного коэффициента экранирования представлены в таблице 1 и на графике 1.


Частота, МГц

Коэффициент экранирования штатной панели, дБ

Коэффициент экранирования 1 образец, дБ

Коэффициент экранирования 2 образец, дБ

Коэффициент экранирования 3 образец, дБ

35

127

126

130

127

85

135

136

136

135

134,5

130

137

137

137,5

185

129

134

129

133

235

138

140

138

142

285

127

124

127

126

350

136

141

138

147

499,5

133

128

130

131

650

138

124

141

132

800

130

119

139

139

950

126

120

128

139


effektivnost-ekranirovaniya.jpg
Как видно из графика все материалы показали коэффициент экранирования не хуже 120дБ, кроме образа №1 ковар. Уменьшение коэффициента экранирования ковара с ростом частоты объясняется тем, что это был самый тонкий образец, и при его закреплении в окне БЭК винтами за счет изгибов материала образовались щели, которые сработали как щелевые антенны. Эффективность этих щелевых антенн будет расти с ростом частоты, что видно из графика. Для избежания этого необходимо мягкие материалы при закреплении фиксировать жесткими планками по периметру.

Фото процесса измерений приведены ниже.

Окно для ввода кабелей, со снятой панелью ввода

Фото 1. Окно для ввода кабелей, со снятой панелью ввода

Калибровка уровня сигнала

Фото 2. Калибровка уровня сигнала

Установка излучающей антенны

Фото 3. Установка излучающей антенны.

Установка приемной антенны

Фото 4. Установка приемной антенны.

Проведенные работы показали:

1. Метод пригоден для измерения коэффициента экранирования твердых материалов без применения дополнительных приспособлений.

2. Для измерения коэффициента экранирования гибких материалов (тканей, тонких и гибких листовых материалов) необходимо разработать оснастку, обеспечивающую плотное прижатие материалов по всему периметру и исключающую образование щелевых антенн по периметру.

Измерения проводились в ЗАО «ТЕСТПРИБОР» ИЛ ЭМС. С использованием полубезэховой камеры, измерительного приемника, генератора, усилителя и набора антенн. Все измерительные приборы и оборудование, используемые при измерениях поверены или аттестованы и признаны годными для проведения измерений.

Список использованной литературы:

1. MIL-STD-285 “Military standard attenuation measurements for enclosures, electromagnetic shielding, for electronic test purposes, method of”, 1956.

2. MIL-HDBK-419A “Military Handbook Grounding, bonding, and shielding for electronic equipments and facilities” volume II , 1987.

3. “EMI Shielding Theory” http://vendor.parker.com/852568C80043FA7A/468ea5de5ac341d385257d39005641c7/16F224484307E47985257CAC0066EDEA/$FILE/EMI%20Shielding%20Theory.002.pdf