ELEKTROMAGNETICKÉ STÍNĚNÍ Teoretické řešení  neomezeně rozlehlá stínicí přepážka z dobře vodivého kovu  kolmý dopad rovinné elektromagnetické vlny (nejhorší.

Prezentace na téma: "ELEKTROMAGNETICKÉ STÍNĚNÍ Teoretické řešení  neomezeně rozlehlá stínicí přepážka z dobře vodivého kovu  kolmý dopad rovinné elektromagnetické vlny (nejhorší."— Transkript prezentace:

1 ELEKTROMAGNETICKÉ STÍNĚNÍ Teoretické řešení  neomezeně rozlehlá stínicí přepážka z dobře vodivého kovu  kolmý dopad rovinné elektromagnetické vlny (nejhorší případ) Teoretické řešení  neomezeně rozlehlá stínicí přepážka z dobře vodivého kovu  kolmý dopad rovinné elektromagnetické vlny (nejhorší případ) 1 Koeficient stínění nebonebo

2 2 Efektivnost (účinnost) stínění (útlum stínění) – S hielding E ffectiveness Efektivnost (účinnost) stínění (útlum stínění) – S hielding E ffectiveness příp.příp. [dB][dB] charakteristická impedance vodivého prostředí kovové přepážky charakteristická impedance vodivého prostředí kovové přepážky charakteristická impedance volného prostředí před a za stínicí přepážkou konstanta šíření (vlnové číslo) rovinné elektromagnetické vlny ve vodivém prostředí stínicí přepážky

3 3 Útlum odrazem R vzniká vlivem částečného odrazu energie vlny na impedančním rozhraní mezi vzduchem (dielektrikem) s impedancí Z 0 a kovovou stěnou přepážky s impedancí Z M a rovněž na „výstupním“ rozhraní mezi kovovou stěnou Z M a dielektrikem (vzduchem) Z 0 : Útlum odrazem R vzniká vlivem částečného odrazu energie vlny na impedančním rozhraní mezi vzduchem (dielektrikem) s impedancí Z 0 a kovovou stěnou přepážky s impedancí Z M a rovněž na „výstupním“ rozhraní mezi kovovou stěnou Z M a dielektrikem (vzduchem) Z 0 : Při Z 0 >> Z M je  Útlum odrazem nezávisí na tloušťce t stínicí kovové stěny  účinné stínění lze vytvořit z tenké, ale vysoce vodivé ( Z 0 >> Z M ) přepážky.

4 4 Hloubka vniku elektromagnetického pole do kovového materiálu Absorpční útlum A vzniká pohlcením části energie elektromagnetické vlny při jejím průchodu stínicí kovovou přepážkou o tloušťce t vlivem tepelných ztrát, tj. vlivem konečné vodivosti kovu stínicí přepážky : Absorpční útlum A vzniká pohlcením části energie elektromagnetické vlny při jejím průchodu stínicí kovovou přepážkou o tloušťce t vlivem tepelných ztrát, tj. vlivem konečné vodivosti kovu stínicí přepážky : [dB][dB]  Absorpční útlum roste s druhou odmocninou kmitočtu na dB stupnici. Vodivé feromagnetické materiály (   r >> 1) mají přitom větší absorpční útlum než stejně vodivé nemagnetické materiály.

5 5 Útlum vlivem mnohonásobných odrazů M vzniká díky opakovaným odrazům na vstupu a výstupu stínicí kovové přepážky : Útlum vlivem mnohonásobných odrazů M vzniká díky opakovaným odrazům na vstupu a výstupu stínicí kovové přepážky : M  0 dB Je-li stínění z dobře vodivého kovu ( Z 0 >> Z M ) a jeho tloušťka t je podstatně větší než hloubka vniku ( t >>   ), je M  0 dB a vliv mnohonásobných odra- zů na celkové stínění lze zanedbat. 

6 6 Celková účinnost stínění  Útlum odrazem R je funkcí poměru  /  r, zatímco absorpční útlum A je funkcí součinu těchto veličin .  r.  Útlum odrazem R tvoří dominantní složku stínicího účinku na níz- kých kmitočtech pro magnetické i nemagnetické kovové materiály.  Na vysokých kmitočtech roste absorpční útlum A a vysoce převy- šuje klesající útlum odrazem. Tento vzrůst na vysokých kmitočtech je přitom výraznější u magnetických kovových materiálů s  r >> 1.  Na nízkých kmitočtech, kdy hloubka vniku  >> t, příp. u velmi tenkých stínicích přepážek ( t <<  ) je hodnota útlumu mnoho- násobnými odrazy M záporná a snižuje celkovou účinnost stínění SE. S rostoucím kmitočtem se velikost M  0 dB a mnohoná- sobné odrazy v kovové přepážce nemají vliv na účinnost stínění. Celková účinnost stínění  Útlum odrazem R je funkcí poměru  /  r, zatímco absorpční útlum A je funkcí součinu těchto veličin .  r.  Útlum odrazem R tvoří dominantní složku stínicího účinku na níz- kých kmitočtech pro magnetické i nemagnetické kovové materiály.  Na vysokých kmitočtech roste absorpční útlum A a vysoce převy- šuje klesající útlum odrazem. Tento vzrůst na vysokých kmitočtech je přitom výraznější u magnetických kovových materiálů s  r >> 1.  Na nízkých kmitočtech, kdy hloubka vniku  >> t, příp. u velmi tenkých stínicích přepážek ( t <<  ) je hodnota útlumu mnoho- násobnými odrazy M záporná a snižuje celkovou účinnost stínění SE. S rostoucím kmitočtem se velikost M  0 dB a mnohoná- sobné odrazy v kovové přepážce nemají vliv na účinnost stínění.

7 7 Kmitočtový průběh jednotlivých složek účinnosti stínění měděné desky o tloušťce t = 1 mm Kmitočtový průběh jednotlivých složek účinnosti stínění měděné desky o tloušťce t = 1 mm

8 8 Vliv mnohonásobných odrazů M Vliv mnohonásobných odrazů M na velikost celkové účin- nosti stínění SE se může nepříznivě uplatňovat i na vyšších kmi- točtech, je-li stínicí přepážka velice tenká ( t <<  ).  Přístrojové a počítačové stínicí „kryty“ vytvořené napařením či naprášením velmi tenkého kovového povlaku na vnitřní povrch nekovové (plastové) přístrojové skříně.  Přístrojové a počítačové stínicí „kryty“ vytvořené napařením či naprášením velmi tenkého kovového povlaku na vnitřní povrch nekovové (plastové) přístrojové skříně.

9 9

10 10 Účinnost stínění v blízké zóně elmag. pole Blízké elektrické pole – blízké pole elektrického dipólu > R Stínění elektrického pole je účinnější než stínění rovinné vlny. Účinnost stínění R E roste se zmenšující se vzdáleností zdroje od stínicí přepážky a je větší pro nemagnetické (  r  1) než magnetické (  r >> 1) materiály.  vzdálená zóna r >> / 2   Z 0  f ( r )  konst.  blízká zóna r << / 2   Z 0  f ( r )  konst.

11 11 Blízké magnetické pole – blízké pole magnetického dipólu (proudové smyčky) < R Útlum odrazem blízkého magnetického pole se zmenšuje s klesajícím kmitočtem a je vždy menší, než hodnota R pro rovinnou elektromagne- tickou vlnu. Pro velmi nízké kmitočty je velikost R H velmi malá a nijak nepřispívá k celkové účinnosti stínění SE = R H + A + M. Pro dobré stínění blízkého pole nízkofrekvenčního (stejnosměrného) magnetického zdroje je nutno zvýšit velikost absorpčního útlumu A. To lze docílit užitím tlusté stínicí přepážky z feromagnetického kovového materiálu, čímž se zároveň zmenší negativní vliv mnohonásobných odrazů M na výslednou účinnost stínění.

12 12 blízké elektrické pole blízké magnetické pole Kmitočtový průběh složek účinnosti stínění blízkého elektromagnetického pole

13 13

14 14 Vliv otvorů a technologických netěsností na účinnost elektromagnetického stínění  Otvory, štěrbiny a další otevření stínicí plochy (např. dveře, okna, větrací otvory, štěrbiny a netěsnosti mezi jednotlivými kovo- vými plochami stínění, vstupní otvory pro přípojné kabely, vedení, příp. vnější mechanické ovládací prvky stíněného zařízení).  Špatně vodivé (vysokoimpedanční) části stínění (vodivě nedo- konalá spojení jednotlivých částí stínění, nedokonale vodivé prů- hledné plochy (skla) při požadavku vizuální kontroly zařízení).  Vnější přívodní kabely a přípojná vedení (napájecí, signálové a datové kabely, jimiž se mohou dostávat elektromagnetické rušivé signály do vnitřního prostoru stínicího krytu).  Otvory, štěrbiny a další otevření stínicí plochy (např. dveře, okna, větrací otvory, štěrbiny a netěsnosti mezi jednotlivými kovo- vými plochami stínění, vstupní otvory pro přípojné kabely, vedení, příp. vnější mechanické ovládací prvky stíněného zařízení).  Špatně vodivé (vysokoimpedanční) části stínění (vodivě nedo- konalá spojení jednotlivých částí stínění, nedokonale vodivé prů- hledné plochy (skla) při požadavku vizuální kontroly zařízení).  Vnější přívodní kabely a přípojná vedení (napájecí, signálové a datové kabely, jimiž se mohou dostávat elektromagnetické rušivé signály do vnitřního prostoru stínicího krytu).

15 15 Otvory ve stínicí ploše  Malý kruhový otvor o poloměru a v tenké kovové stínicí přepážce  Stínění tenké kovové přepážky s n stejnými kruhovými otvory  Stínění tlusté kovové přepážky ( t > 2 a ) s jedním či více kruhovými otvory na kmitočtech „hluboko“ pod mezním kmitočtem, tj. f 2 a ) s jedním či více kruhovými otvory na kmitočtech „hluboko“ pod mezním kmitočtem, tj. f << f m m = 3,41 a m = 3,41 a

16 16 Dlouhé štěrbiny v kovovém stínění se mohou chovat jako účinné štěrbinové antény, které mohou intenzivně vyzařovat a tím výraz- ně snižovat účinnost stínění. Orientace nevyzařující a vyzařující podlouhlé štěrbiny v kovové stínicí přepážce Orientace nevyzařující a vyzařující podlouhlé štěrbiny v kovové stínicí přepážce  Stínění krytu s pravoúhlou štěrbinou  Stínění krytu s pravoúhlou štěrbinou (při její nejhorší orientaci) Druhý člen vyjadřuje útlum pravoúhlého „vlnovodu“ v pásmu nepro- pustnosti. Musí se uvažovat při tloušťce stínicí desky t > l na kmitočtech f << c / 2 l.

17 17 Průchody v kovovém stínění na principu „podkritického“ vlnovodu Průchody v kovovém stínění na principu „podkritického“ vlnovodu Základní provedení Průchod s dielektrickým průvlakem Průchod s kovovým průvlakem Průchod s kovovým průvlakem Galvanický (pérový) kontakt (zavedení kabelů či mechanických ovládacích prvků do vnitřku stíněného prostoru, zajištění jeho větrání či denního osvětlení)

18 18 Větrací a průchodkové sekce stínicích krytů honeycomb vents

19 19

20 20 Hodnota výsledné účinnosti stínění SE desky je na nízkých kmitočtech (stovky Hz a jednotky kHz) dán útlumem odrazem blízkého magnetic- kého pole R H, na středních kmitočtech (cca 10 kHz ÷ 1 MHz) konečným útlumem vlnovodových průchodek A 0 a v oblasti vysokých kmitočtů (MHz) klesajícím útlumem větracích otvorů R 0. Na velmi nízkých kmito- čtech (v oblasti Hz) je stínění nevyhovující vlivem mnohonásobných odrazů procházejících vln M.

21 21 Vznik nežádoucích štěrbin při spojení částí stínicího krytu „na tupo“ Vznik nežádoucích štěrbin při spojení částí stínicího krytu „na tupo“ nevhodnénevhodné

22 22 Konstrukční zlepšení účinnosti stínění  vzájemným „dlouhým“ pře- kryvem spojovaných částí  použitím elastických vodivých materiálů (past, silikonů aj.)  použitím pružinových, příp. pérových nožových kontaktů na pohyblivých částech

23 23 Hodnocení elektromagnetického stínění dle orientačních hodnot SE Hodnocení elektromagnetického stínění dle orientačních hodnot SE

24 24 Zásady správné konstrukce elektromagneticky stíněných krytů Zásady správné konstrukce elektromagneticky stíněných krytů chybná konstrukce z hlediska EMC zlepšená konstrukce pro vyšší účinnost stínění SOUHRNSOUHRN

25 25

26 26 Stínění koaxiálních kabelů Transfer Impedance je nejčastěji charakterizováno tzv. vazební (přenosovou) impedancí (angl. Transfer Impedance ) Z T. Protéká-li po vnější straně stínicího pláště koaxiálního kabelu rušivý proud I r, vzniká na vnitřním povrchu pláště podélný úbytek napětí U r. Jeho velikost je určena konstrukcí a tloušťkou stínicího pláště a hloub- kou vniku elektromagnetického pole do materiálu pláště při daném kmitočtu. Poměr tohoto vnitřní úbytku napětí a vnějšího rušivého proudu v plášti vztažený na jednotku délky koaxiálního kabelu udává vazební (přenosovou) impedanci Z T stínění kabelu Transfer Impedance je nejčastěji charakterizováno tzv. vazební (přenosovou) impedancí (angl. Transfer Impedance ) Z T. Protéká-li po vnější straně stínicího pláště koaxiálního kabelu rušivý proud I r, vzniká na vnitřním povrchu pláště podélný úbytek napětí U r. Jeho velikost je určena konstrukcí a tloušťkou stínicího pláště a hloub- kou vniku elektromagnetického pole do materiálu pláště při daném kmitočtu. Poměr tohoto vnitřní úbytku napětí a vnějšího rušivého proudu v plášti vztažený na jednotku délky koaxiálního kabelu udává vazební (přenosovou) impedanci Z T stínění kabelu pro délku kabelu l << / 4 na pracovním kmitočtu.

27 Vazební impedance Z T je silně kmitočtově závislá. Vazební impedance Z T je silně kmitočtově závislá. 27 Plný (kompaktní) stínicí plášť : Pletený stínicí plášť : R 0 je ss. hodnota odporu pláště na jednotku délky

28 28 Koaxiální kabely s dvojitým stíněním (triaxiální kabely) Koaxiální kabely s dvojitým stíněním (triaxiální kabely) Vodivě spojeno v bodě A Vodivě rozpojeno v bodě A   Srovnání velikostí vazebních impedancí jednoduchého a dvojitého stínění

29 jednoduché pletené stínění pletené a kompaktní stínění dvojité pletené spojené stínění jednoduché kompaktní stínění jednoduché vinuté stínění dvojité pletené izolované stínění (triaxiální kabel) 29 Komerčně vyráběné koaxiální kabely

30 30 Vazební impedance stínění koaxiálních konektorů Vazební impedance stínění koaxiálních konektorů  Při spojování konektoru se stínicí pláště obou jeho částí musí pevně spojit (uzavřít) dříve, než se propojí vnitřní „živé“ vodiče obou kabelů a naopak, při rozpojování se musí nejprve rozpojit „živé“ vodiče a teprve pak stínicí pláště obou částí konektoru. Případné „jiskření“ a parazitní impulzy, které mohou vznikat při spojování či rozpojování elektricky „živých“ vodičů, tak odeznějí ve stavu, kdy vnější stínění konektoru je již či ještě uzavřeno.  Elektricky „živé“ (vnitřní) části konektoru musí být kvalitně izolová- ny od vnějšího kovového pláště. Důvodem je jednak bezpečnost, jednak zamezení přenosu elektrostatických výbojů vznikajících mezi obsluhující osobou a vnějším pláštěm konektoru do jeho vnitřního prostoru.  Elektrická, mechanická a elektromagneticky „těsná“ konstrukce konektoru musí odolat všem změnám pracovních podmínek, tj. otřesům, vibracím, korozi, kolísání teploty apod.  Při spojování konektoru se stínicí pláště obou jeho částí musí pevně spojit (uzavřít) dříve, než se propojí vnitřní „živé“ vodiče obou kabelů a naopak, při rozpojování se musí nejprve rozpojit „živé“ vodiče a teprve pak stínicí pláště obou částí konektoru. Případné „jiskření“ a parazitní impulzy, které mohou vznikat při spojování či rozpojování elektricky „živých“ vodičů, tak odeznějí ve stavu, kdy vnější stínění konektoru je již či ještě uzavřeno.  Elektricky „živé“ (vnitřní) části konektoru musí být kvalitně izolová- ny od vnějšího kovového pláště. Důvodem je jednak bezpečnost, jednak zamezení přenosu elektrostatických výbojů vznikajících mezi obsluhující osobou a vnějším pláštěm konektoru do jeho vnitřního prostoru.  Elektrická, mechanická a elektromagneticky „těsná“ konstrukce konektoru musí odolat všem změnám pracovních podmínek, tj. otřesům, vibracím, korozi, kolísání teploty apod.

31 31 Spojení stínicího pláště kabelu a konektoru nesprávné správné

32 32 Vazební impedance koaxiálních konektorů Vazební impedance některých typů koaxiálních konektorů

33 33 Přenosová (vazební) admitance (angl. Transfer Admittance ) Y T Přenosová (vazební) admitance (angl. Transfer Admittance ) Y T U 2 je vnější (rušivé) napětí me- zi stínicím pláštěm kabelu a vztažnou zemí a I je tímto napětím „indukova- ný“ proud ve vnitřním (střed- ním) vodiči kabelu. U 2 je vnější (rušivé) napětí me- zi stínicím pláštěm kabelu a vztažnou zemí a I je tímto napětím „indukova- ný“ proud ve vnitřním (střed- ním) vodiči kabelu. Vazební admitance Y T, příp. vazební kapacita stínění C T, není veličina jednoznačná. charakterizuje průnik zbytkového (parazitního) elektrického pole pletením stínicího pláště koaxiálního kabelu do jeho vnitřního prostoru. Je duální veličinou k vazební impedanci Z T.