Военная защита

Jul 04, 2023

Экранирование для контроля электромагнитных помех является основным элементом современной электроники и играет важную роль в военных приложениях. Внутренние методы проектирования могут многое сделать для контроля электромагнитных помех в коммерческой и промышленной электронике, но есть предел тому, что вы можете сделать. Требования к электромагнитным помехам в военной электронике таковы, что хорошие внутренние методы проектирования недостаточны – обычно требуется экранирование.

Теория экранирования хорошо освещена во многих хороших книгах и военных документах. Но наш опыт показывает, что большинство проблем с защитой от электромагнитных помех решаются не анализом, а тщательным вниманием к основам. Мы рассмотрим эти основы и оставим подробный анализ для ссылок.

Требования к экранированию различаются в зависимости от конструкции и окружающей среды, но типичная эффективность экранирования (SE) обычно составляет около 80 дБ для военных конструкций. Учитывая, что 80 дБ — это коэффициент 10 000, мы видим, что для удовлетворения потребностей понадобится очень хороший экран. Хорошей новостью является то, что, внимательно следуя основам, вы добьетесь успеха с минимальными усилиями.

Выбор экранирующих материалов, безусловно, является важным фактором при проектировании, но на самом деле вам придется очень хорошо поработать с отверстиями и отверстиями для проводов, прежде чем SE материала даже вступит в игру. Мы редко сталкиваемся со случаями, когда SE материала недостаточен для высокочастотного экранирования. Мы рассмотрим материалы, а затем перейдем к самой сути защиты – отверстиям и проходам.

ЭКРАНИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Начнем с материала. SE материала является функцией как проводимости, так и проницаемости, но для высокочастотной защиты проводимость доминирует. Очевидно, что высокая проводимость обеспечивает хорошую защиту, но как это работает?

Мы постараемся сделать это простым.

Для высокочастотного экранирования доминирующим фактором является проводимость материала. Некоторые часто используемые защитные материалы приведены в таблице 1.

Таблица 1: Проводимость материалов экрана

Толщина экранирующего материала играет очень небольшую роль – это связано с «скин-эффектом» – с ростом частоты ток вытесняется к поверхности.

Глубина кожи определяется:

δ = 1 ∕ √ π * f * µo * σ

Это глубина, на которой плотность тока падает до 1/e = 1/2,7182. Большая часть тока сосредоточена на глубине одной скин-слои поверхности, что делает дополнительную толщину незначительной. В таблице 2 показана толщина скин-слоя некоторых распространенных материалов. Как можно видеть, глубина скин-слоя начинает становиться важным фактором даже на частотах линии электропередачи. Как только частота достигает одного МГц, глубина скин-слоя становится настолько тонкой, что маловероятно, что дополнительная толщина материала будет иметь значение.

Таблица 2: Толщина скин-слоя некоторых материалов (дюймы)

Как и следовало ожидать, медь является отличным экраном, но алюминий не сильно отстает. Фактически, эффективность экранирования этих материалов настолько хороша, что мы можем позволить себе выбирать материалы с более низкой проводимостью. Например, проводимость стали составляет примерно 1/6 от проводимости меди, но при этом обеспечивает превосходное экранирование. Даже нержавеющая сталь, как бы она ни была плоха в качестве проводника, все же подходит для большинства случаев.

Суть в том, что вы можете выбирать материал, не принимая во внимание электромагнитные помехи. Выбирайте по причинам, отличным от электромагнитных помех: вес, долговечность, совместимость материалов, коррозия и т. д.

Там, где необходима защита от коррозии, покрытие на сопрягаемых поверхностях шва должно быть проводящим – металлическое покрытие вполне подойдет. Даже конверсионные покрытия обычно приемлемы, если имеется достаточная площадь сопрягаемой поверхности для преодоления относительно высокого поверхностного сопротивления.

Таблица 3: Проводящая отделка

Обратите внимание, что даже проводящие покрытия поверх пластика могут стать адекватными экранирующими материалами — главное — обеспечить токопроводящее закрытие швов. Мы все чаще видим, как пластмассы используются в военной среде, особенно в ручном оборудовании, причем вес является важным фактором. Даже в этом случае эффективность экранирования тонкого покрытия достаточна для большинства нужд военной защиты. Ключевым моментом является проектирование, обеспечивающее достаточную площадь контакта на сопрягаемых поверхностях.