От чего зависит эффективность экранирования

Рекомендации по повышению эффективности экранирования строительных объектов вблизи источников электромагнитных полей промышленной частоты Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Свиридова Е.Ю., Аверяскина М.А.

В статье приведены научно-практические рекомендации по повышению эффективности экранирования строительных объектов вблизи источников электромагнитных полей промышленной частоты . В результате экспериментальных лабораторных и натурных исследований определены эффективность электромагнитного экранирования различных кровельных строительных материалов, а также влияние ориентации электромагнитного экрана и заземления на эффективность экранирования .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Свиридова Е.Ю., Аверяскина М.А.

Исследование эффективности электромагнитного экранирования кровельных строительных материалов

Экологический мониторинг электромагнитного загрязнения территорий г. Каспийска в зоне линий электропередач

Научно-практические рекомендации по снижению негативного воздействия автотранспортных потоков на селитебные территории

Экранирование магнитного поля промышленной частоты стенами жилых домов
Результаты исследования электромагнитных полей транспортного потока
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Рекомендации по повышению эффективности экранирования строительных объектов вблизи источников электромагнитных полей промышленной частоты»

17. Патент на полезную модель RUS 120122, 10.04.2012 Система для поэтажного возведения монолитных железобетонных зданий в зимних условиях / Жаркой Р. А., Гныря А.И., Коробков С.В., Ильясова Т.А., Мокшин Д.И.

18. Патент на полезную модель RUS 123004, 26.04.2012 Устройство для прогрева замоноличиваемых стыков при возведении зданий со сборным и сборно-монолитным каркасом в зимних условиях / А.И. Гныря, А.П. Боя-ринцев, С.В. Коробков, Д.И. Мокшин.

19. Алексеев А.А. Влияние электрофизической активации сухих строительных смесей / А.А. Алексеев, Д.В. Хонин, А.Н. Кузугашев // Вестник ТГАСУ — 2010. — № 1. — С. 123-129.

20. Слабожанин Г.Д. О влиянии уф-облучения воды затворения на прирост прочности цементного камня / Г.Д. Слабожанин, А.А. Алексеев, Н.А. Калинников // Вестник ТГАСУ. — 2009. — № 2. — С. 102-105.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ВБЛИЗИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

© Свиридова Е.Ю.*, Аверяскина М.А.*

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ),

В статье приведены научно-практические рекомендации по повышению эффективности экранирования строительных объектов вблизи источников электромагнитных полей промышленной частоты. В результате экспериментальных лабораторных и натурных исследований определены эффективность электромагнитного экранирования различных кровельных строительных материалов, а также влияние ориентации электромагнитного экрана и заземления на эффективность экранирования.

Ключевые слова: электромагнитное поле промышленной частоты, линии электропередачи, напряженность электрического поля, напряженность магнитного поля, промышленная частота, экранирование, заземление.

* Доцент кафедры «Экологическая безопасность технических систем», кандидат технических наук.

* Студент кафедры «Экологическая безопасность технических систем».

Интенсивное использование электрической энергии в современном обществе привело к тому, что за последние десятилетия возник и сформировался еще один значимый антропогенный негативный фактор урбанизированных территорий — электромагнитное загрязнение окружающей среды.

Среди зарегистрированных последствии воздействия электромагнитных полей (ЭМП) на человека — повреждение основных функций организма, в т.ч. поражение сердечно-сосудистой системы, пищеварительной системы, развитие психических расстройств и др. Отмечается связь электромагнитного загрязнения с развитием злокачественных опухолей и риском появления врожденных пороков развития [1].

Основным методом защиты населения от электромагнитных полей промышленной частоты является электромагнитное экранирование.

Эффективность экранирования зависит от наличия в экране отверстий, сварных швов, соединений [2].

Имея определенные наработки в данной области [3-12], авторы считают целесообразным проведение экспериментальных исследований эффективностей экранирования электромагнитных полей промышленной частоты различными материалами в лабораторных и естественных условиях.

Для проведения эксперимента в лаборатории была создана установка на основании трансформатора ТУ 16-717.137-83 с напряжением первичной цепи 220 В и нагрузкой на вторичную цепь в 150 Вт на которой с помощью измерителя напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50 определялась эффективность экранирования электрического и магнитного полей разливных кровельных материалов.

Результаты проведенного эксперимента по исследованию эффективности экранирования полей кровельных материалов приведены в табл. 1 и 2, а также на рис. 1 и 2.

Эффективность экранирования электрического поля промышленной частоты кровельными материалами

Материал Напряженность электрического поля без использования экрана, кВ/м Напряженность электрического поля при использовании экрана, кВ/м Эффективность экранирования, дБ

Рубероид 4,34 3,11 2,89

Шифер 4,34 2,57 4,55

Ондулин 4,34 2,01 6,68

Металлочерепица 4,34 1,01 12,66

Листовая сталь 4,34 0,79 15,73

Эффективность экранирования магнитного поля промышленной частоты кровельными материалами

Материал Напряженность магнитного без использования экрана, А/м Напряженность магнитного поля при использовании экрана, А/м Эффективность экранирования, дБ

Рубероид 2,18 1,73 2,01

Шифер 2,18 1,32 4,35

Ондулин 2,18 1,11 5,86

Металлочерепица 2,18 0,49 12,96

Листовая сталь 2,18 0,45 15,30

Электромагнитное экранирование

Электромагнитное экранирование – способ снижения интенсивности электромагнитных волн до заданного уровня с помощью специального материалов, оборудования и технологических решений. Снижение интенсивности поля необходимо для защиты людей или техники от влияния электромагнитного излучения либо для предотвращения нежелательной утечки информации, которая может переноситься электромагнитным излучением.

Экранирование обеспечивается созданием специальных экранов, от которых излучение может отражаться, в которых оно может поглощаться или рассеиваться, либо комбинацией этих способов. Экраны образуют замкнутые объемы, которые охватывают или объект защиты от излучения, либо объект, излучение от которого должно быть подавлено. Кроме того, необходимы специальные решения для ввода в электромагнитный экран или вывода наружу различных линий инженерных или информационных коммуникаций.

Экранирование от ЭМИ – защита людей, техники, информации

Во всех странах законодательно задается допустимый уровень излучения, которому может подвергаться человек без опасения за его здоровье. Применение экранов позволяет снизить потенциально опасные для здоровья уровни излучения до безопасных.

Под воздействием интенсивных полей наблюдаются сбои в работе электроники. Помехи, создаваемые мощными полями, могут вывести из строя интегральные микросхемы и полупроводниковые элементы.

Становится возможным несанкционированный доступ к конфиденциальной информации. Интенсивное излучение позволяет задействовать специальные дистанционные устройства, считывающие данные в процессе работы компьютера. Непроизвольным передатчиком секретной информации может стать любой электронный гаджет, например, смартфон.

Преграду электромагнитному полю создает экран с высокой магнитной или электрической проводимостью, оборудованный вокруг защищаемого пространства или полости. В требуемых случаях экранируют источник излучения, чтобы предотвратить его распространение.

Правильно оборудованный защитный экран позволяет:

• ограничить негативное воздействие на электронные и радиотехнические устройства;
• организовать безопасное рабочее место для обслуживающего персонала;
• исключить несанкционированное проникновение к конфиденциальной информации.

Прежде чем использовать тот или иной метод защиты экранированием, необходимо обследование объекта специалистами для создания проекта.

В ряде случаев необходимо исследовать объект с помощью специального оборудования.

В процессе исследования анализируются частотные параметры ЭМИ, измеряется его уровень в разных точках. Поручив эту процедуру специалистам «НТЦ Фарадей», заказчик получает инструментально точные результаты и квалифицированные рекомендации по организации эффективного экранирования.

От чего зависит эффективность экранирования

Уровень экранирования определяется показателем коэффициента экранирования. Коэффициент экранирования – отношение величин интенсивности электромагнитного поля до экрана и за экраном.

На эффективность действия экрана в совокупности влияют несколько факторов:

• частотный диапазон электромагнитных полей;
• степень электропроводимости используемых материалов;
• показатель магнитной проницаемости материалов;
• габариты и расположение экрана.

нирования для каждого конкретного объекта.

Зависимость экранирования от частотного диапазона

Экранирование полей высокочастотного диапазона основано на отражении и поглощении электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую. Электромагнитная волна, взаимодействуя с экраном, частично отражается его поверхностью, частично поглощается материалом экрана. Эти процессы приводят к потере энергии, ослаблению и затуханию волны.

При экранировании низкочастотных полей (так называемые магнитные поля) используют свойства так называемых магнитомягких материалов.

Для экранирования высокочастотных полей основное требование – высокая электропроводность материала экрана и отсутствие отверстий, щелей, плохого контакта элементов экрана. Даже небольшое отверстие при короткой длине волны превращается в так называемую щелевую антенну, в итоге пропускающую излучение через экран.

Элементы и сырье для экранирования

В производстве защитных экранов используются разнообразные материалы. Средством экранирования могут служить листовая медь, алюминий, сталь или фольга, а также современные специализированные ткани и сетки. Чем выше удельная проводимость материала экрана, тем эффективнее экранирование. Конкретное значение защитных способностей экрана зависит от конфигурации и объема помещения, площади оконных и дверных проемов, материала стен.

Для электромагнитного экранирования входящих/выходящих коммуникационных линий от помех извне и паразитных токов в систему интегрируются специальные фильтры.

Сырьем для изготовления экранирующих конструкций и приспособлений служат:

• стальные и медные пластины — для сооружения корпусов, камер, внутренней облицовки помещений;
• тонкая фольга из мягкомагнитных сплавов – защита аппаратуры;
• металлические ленты и оплетки – экранирование кабелей;
• металлизированные шланги – защита кабельных жгутов;
• металлические соты – для организации экранов с воздухопроницаемыми свойствами;
• тонкая проволочная сетка – экранирование оконных проемов.

Надежное и качественное экранирование помещений и оборудования невозможно обеспечить без тщательного уплотнения оконных и дверных проемов, строительных стыков, всевозможных щелей и отверстий. В этих целях используются специальные материалы, которые в достаточной степени обладают такими качествами, как:

• проводимость;
• формуемость;
• устойчивость к ЭМП разной интенсивности;
• низкий уровень контактного сопротивления.

Данным требованиям соответствуют уплотнители, выполненные на основе силиконового каучука. Используются в экранах виде трубок, пластинок, кольцевидных шнуров.

Электромагнитная безопасность от «НТЦ Фарадей»

Создание условий для электромагнитной безопасности помещений, особенно в отношении защиты информации необходимо предусматривать на стадии проектных разработок. Технологии и материалы, используемые компанией «НТЦ Фарадей», позволяют выполнять качественное электромагнитное экранирование, как на стадии возведения объекта, так и уже существующих помещений, которые изначально не предназначались под специальное использование.

Специалисты компании разработают и реализуют уникальный проект экранов любой сложности по заказу и техзаданию заказчика:

• цельносварные камеры и сборно-разборные камеры с требуемыми заказчику размерами;
• экранирующие ворота и двери;
• экраны-фильтры для оптоволокна;
• специализированные стекла для отдельного наблюдения;
• защитные материалы по линии ЭМС;
• электрические фильтры (силовые и сигнальные);
• вентиляционные фильтры.

Выполняется тестирование и постоянная техническая поддержка в процессе эксплуатации защитных систем электромагнитного экранирования.

Оценка эффективности и способ экранирования с целью защиты информации

Ниже приведены оценка эффективности и способ экранирования с целью защиты информации радиоэкранирующими материалами «АЛЬФАПОЛ» по каналу побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) и от внешних преднамеренных электромагнитных воздействий по эфиру.

1. Исходные требования

С точки зрения защиты информации согласно спецификации NSA № 73-2А американского стандарта TEMPEST NACSEM 5204 ослабление в 60 дБ обеспечивает ослабление побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) от средств обработки информации на 99,9 %. Это соответствует II классу экранированных камер по ГОСТ Р 50414-92.

Данное требование может быть принято за основу при создании экранированного помещения.

2. Способ экранирования

Радиоэкранирующая отделка помещения осуществляется покрытиями на основе магнезиально-шунгитовых строительных материалов (МШСМ) для пола и стен в сочетании с металлической сеткой.

Простота технологии позволяет быстро провести выполнение работ и не требует специальной квалификации персонала и специального оборудования.

Преимуществом применения данной технологии является возможность экранирования зданий и помещений любой конфигурации без нарушения архитектурного стиля и планировки.

2.2 Техническое решение

На стены и пол помещения настилается и крепится тканная латунная сетка по ГОСТ 6613 (ячейка 2х2 мм) являющаяся наружным слоем экрана. Перехлест сетки в месте стыков составляет 100мм. Эффективность экранирования сетки (по справочным данным) составляет не менее 50 дБ.

На сетку наносится магнезиально-шунгитовая строительная штукатурная смесь «АЛЬФАПОЛ ШТ-1» толщиной слоя 15мм, и на пол «АЛЬФАПОЛ АМШ» — напольная строительная смесь (ТУ 5745-004-82166262-2004).

3. Оценка эффективности экранирования

3.1. Оценка эффективности экранирования для толщины штукатурного слоя 15мм.

3.1.1. Оценка эффективности экранирования магнезиально-шунгитовых строительных смесей проводилась на модели помещения размером 1,5х1,5х1,5м с использованием аппаратурного комплекса «Навигатор»:

— в диапазоне 0,01-300 МГц — затухание напряженности электромагнитного поля составило 6-23 дБ;

— в диапазоне 300 МГц – 1200 МГц — затухание плотности потока энергии электромагнитного поля составило 6-16 дБ.

3.2 Оценка эффективности экранирования для толщины штукатурного слоя 30 мм

3.2.1. Оценка эффективности экранирования в диапазоне частот от 10 кГц до 1 ГГц для толщины штукатурного слоя 30мм.

Расчетная оценка коэффициента экранирования штукатурного слоя «АЛЬФАПОЛ ШТ-1» толщиной 30мм приведена на рисунке 1.

Расчетный коэффициент экранирования штукатурного

слоя из «АЛЬФАПОЛ ШТ-1» толщиной 30 мм в

зависимости от частоты падающего поля.

Коэффициент экранирования рассчитан по формуле: К_экр(f)=E_пад(f)/E_прош(f), где: E_пад(f) – амплитуда электрического поля на внешней границе слоя, E_прош(f) – амплитуда электрического поля на внутренней границе слоя.

4. Оценка эффективности двухслойного экрана

4.1. Оценка эффективности двухслойного экрана, состоящего из тканой латунной сетки с ячейкой 2х2 мм и слоем 15 мм экранирующей магнезиально-шунгитовой строительной смесью составляет 60 дБ.

4.2. Остальные элементы экранированного помещения – двери, окна, вводы также должны обеспечивать эффективность экранирования не менее 60 дБ.

5. Вывод

Приведенный способ экранирования может быть использован для создания экранированных помещений с целью защиты информации по каналу побочных электромагнитных излучений, что соответствует II классу экранированных камер по ГОСТ Р 50414-92.

Примечание 1.Расчетная оценка коэффициента экранирования МШСМ произведена путем математического моделирования прохождения через экран импульса в виде моноцикла Гаусса. 2.При расчете приняты следующие допущения: экран в виде плоского листа бесконечных размеров, падающий сигнал задан моноциклом, падающее поле имеет плоский фронт. Значения электрофизических характеристик соответствуют полученным экспериментально данным и равны: =21,3, =0,4 См/м. 3, Сходимость результатов расчетной и экспериментальной оценки для толщины слоя 15мм получена в пределах 25%. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Сетка выбирается исходя из следующих исходных данных:

Материал сетки	Размер	Затухание, дБ
Медная проволока (диаметр 0,5 мм)	Сетка № 12	50
Медь	Сетка № 22	65
Алюминиевая проволока (диаметр 0,5 мм)	Сетка № 16	55

Дверь Дверь выполняется из листовой стали (Ст.3 по ГОСТ 19904) толщиной не менее 1мм. Металлическая рама дверей крепится таким образом, чтобы обеспечить достаточную площадь контакта с сеткой и МШСМ. Контакт сетки с коробкой двери осуществляется путем механического (паяного) прижима медной токопроводящей ленты типа DK-101-10 или аналогичная. Для обеспечения электромагнитной герметичности двери по периметру прижима двери устанавливаются экранирующие прокладки типа 71TSFK-10-10-1000-15 со следующими характеристиками [3]: токопроводящая прокладка ЭМС (71TS) без пламяподавителя (F) медно-никелевая (K), шириной 10мм, толщиной 10мм, длиной (одного элемента) 1000мм, с токопроводящим липким слоем (15). Эффективность экранирования (минимальная) — 60дБ в диапазоне частот от 30МГц до 1ГГц. Окна Возможны следующие варианты экранирования окон: • Специальное стекло, покрытое экранирующей пленкой. Типовые значения эффективности экранирования стекол, покрытых тонкими металлическими пленками, лежат в диапазоне от 20 до 30 дБ. Повышение показателя эффективности увеличивается с увеличением толщины пленки, но при этом снижается оптическая прозрачность стекла. Такой вариант окна целесообразно рассматривать для помещений III класса экранированных камер по ГОСТ Р 50414-92 [2]. • Обычное окно, закрытое металлической сеткой, закрепленной в оконной раме. Сетка для окна выбирается такая же, как и для экранирующих панелей. Это обеспечит примерно одинаковый уровень экранирования в месте установки окна. • Применение экранирующих штор на окнах. Шторы выполняются из оптически непрозрачной токопроводящей ткани типа M2Rip-CNK (полиэстеровые нити с медно- никелевым осаждением). Эффективность экранирования для непрозрачных штор — 60 дБ (1ГГц). Исходная ширина ткани для пошива штор составляет 1м. Шторы крепятся к проводящему контуру проема окна с применением токопроводящей ленты типа DK-101-10. Заземление Экран помещения должен быть надежно заземлен в соответствии с правилами защиты от статического электричества. Дополнительное оборудование В стене экранированного помещения устанавливается блок волноводных фильтров для ввода линий питания и жизнеобеспечения, выполненных из отрезков стальных труб диаметром от 12 мм, длиной от 300мм. Приложение: Ориентировочная спецификация материалов и оборудования экранированного помещения

материалов и оборудования экранированного помещения

№ п/п	Наименование	Ед. изм.	Кол-во	Стоим. за ед., руб.	Стоим., руб.
Экранирование стен, пола и потолка помещения размером 12х7х4м
Сетка тканная латунная, ячейка 2х2 мм ПТК ГОСТ 6613	кв. м
«АЛЬФАПОЛ ШТ-1» из расчета 14 кг/м2 на толщину слоя 10мм	Меш 25 кг
МШСМ «АЛЬФАПОЛ АМШ» из расчета 17 кг/м2 на толщину слоя 10мм	Меш 25 кг
Дверь
Дверь металлическая в сборе 2100х900	шт.
Экранирующая прокладка типа 71 TSFK-10-3-1000-13 (10х3х1000 мм, медно-никелевая) для электромагнитной герметичности двери по периметру прижима двери	м
Медная токопроводящая лента типа DK-101-10 для контакта сетки с коробкой двери (рулон шириной 10мм и длиной 25м)	шт.
Окно 1,5х2м
Шторы из оптически непрозрачной токопроводящей ткани типа M2Rip-CNK	кв. м
Медная токопроводящая лента типа DK-101-10 для контакта штор с проводящим контуром проема окна (рулон шириной 10мм и длиной 25м)	шт.
Блок фильтров
Фильтр по питанию волноводный Выполняется в виде отрезков металлической трубы длиной 400 мм и диаметром 50-мм, которые заполняются сухой смесью МШСМ «АЛЬФАПОЛ ШТ-1»	шт.
Фильтр по линиям связи волноводный Выполняется в виде двух отрезков металлической трубы длиной 400 мм и диаметром 20 мм	шт.
Воздуховодный фильтр волноводный Выполняется в виде двадцати отрезков металлической трубы длиной 400 мм и диаметром 10 мм	шт.

Литература: 1. Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность в системах телекоммуникаций. Издательский дом «Технологии». М. 2005. с.220. 2. ГОСТ 30373-95/ ГОСТ Р 50414-92 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для испытаний. Камеры экранированные. Классы, основные параметры, технические требования и методы испытаний. 3. Электромагнитная совместимость. Материалы и компоненты. ОАО «ТЕХНО». http://www.techno.ru/.

РУБРИКИ

• Полимерные полы (1)
• Бишофит (1)
• Шунгит (36)
• Самовыравнивающийся наливной пол (8)
• Стяжка пола (6)
• Морозостойкий бетон (2)
• Устойчивость к плесени (2)
• Влагостойкий бетон (2)
• Радонозащита (10)
• Баритовые смеси (3)
• Новости (9)
• Взрывопожаробезопасность (3)
• Топпинг полы (1)
• Мозаичные декоративные полы (3)
• Электромагнитное экранирование (33)
• Цементные смеси (10)
• Гидроизоляционные материалы (6)
• Промышленные полы (25)
• Антистатические полы (1)
• Интервью (2)
• Защита от воздействия геопатогенных зон (12)
• Исследования и испытания (17)
• Магнезиально-шунгитовые смеси (29)
• Полы (12)
• Магнезиальные смеси (19)
• Защита от излучений (60)
• Строительные смеси (15)

Экранирование радиоэлектронной аппаратуры как метод обеспечения электромагнитной совместимости

Электромагнитное экранирование — это основной метод обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) в части устойчивости к воздействию электромагнитным полем, а также к соответствию требованиям к уровню излучаемых помех. Установка экранов на помехоизлучающие элементы обеспечивает разделение сигналов, необходимое для функционирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), повышает избирательность приемников, помехозащищенность чувствительной аппаратуры, чистоту сигнала генераторов, точность работы приборов. Правильный выбор метода экранирования, материала экрана и его конструкции очень важны именно на начальном этапе проектирования, поскольку он будет определять возможность успешного прохождения испытаний на ЭМС и качественного функционирования разрабатываемой аппаратуры.

Финансовые и временные затраты на экранирование РЭА возрастают экспоненциально с увеличением размеров устройства и приближением момента сдачи изделия. При этом цена просчета, совершенного в начале проектирования, на этапе сдачи изделия может сравняться с его стоимостью. В качестве практического примера возьмем изделие, представляющее собой набор оборудования, установленного в морской контейнер. В целом к изделию предъявляются жесткие военные требования по излучаемым помехам в широком частотном диапазоне. Однако данные требования не были учтены в ходе проектирования контейнера. В результате в конструкции не создан надежный контакт по периметру дверей, не установлены фильтры ввода питания, оценочный коэффициент экранирования вентиляционной решетки недостаточен для обеспечения заданного в ГОСТе коэффициента экранирования. По предварительной оценке, переделка контейнера, с учетом сроков сдачи изделия в эксплуатацию, превышает стоимость самого контейнера. Именно поэтому необходимо тщательно планировать помеховую обстановку изделия, применяя экраны, фильтры и поглощающие материалы.

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с экраном (рис. 1) и определение коэффициента экранирования. В общем случае коэффициент экранирования К_э — это отношение интенсивности электромагнитного поля, измеренной до установки непрерывного бесконечного экрана и после его установки. Формулы для расчета взаимодействия при измерении напряженности поля в различных величинах:

где Е₁ — падающая волна; Е₂ — прошедшая волна; Е₃ — поглощенная волна; Е₄ — переотраженная волна; Е₅ — отраженная волна.

Рис. 1. Взаимодействие электромагнитной волны с экраном

От каждой границы раздела сред совершается отражение электромагнитной волны, а в толще материала происходит поглощение. На высоких частотах коэффициент экранирования определяется в основном коэффициентом отражения Е₅, который для электромагнитного поля близок к 100% и растет с повышением частоты и проводимости материала. Коэффициент отражения связан с генерацией в тонком приповерхностном слое токов той же частоты, что и воздействующее поле и, следовательно, с генерацией поля противоположной направленности. Поглощение Е₃ связано со скин-эффектом — протеканием токов высокой частоты в тонком приповерхностном слое проводника. Толщина скин-слоя убывает с ростом частоты и проводимости и увеличивается с повышением магнитной проницаемости. Например, для 50 Гц — 1 см; для 5 кГц — 0,1 см; для 0,5 МГц — 10 мкм; для 2,4 ГГц — 1,67 мкм. Таким образом, для эффективного экранирования высоко­частотных полей достаточно иметь тонкий экран из материала с высокой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью.

Напротив, для экранирования постоянных магнитных полей и низкочастотных электромагнитных полей, где преобладает магнитная составляющая, необходимы материалы с высокой магнитной проницаемостью. Чем выше магнитная проницаемость материала, тем выше коэффициент экранирования.

Итоговый коэффициент экранирования представляет собой сумму потерь на отражение и поглощение. На рис. 2 приведены расчетные значения потерь на отражение и поглощение для стали (проводимость 7,69×10 6 См/м, относительная магнитная проницаемость 50) и меди (проводимость 58×10 6 , проницаемость 0,9999). Для меди с ростом частоты потери на отражение уменьшаются, а потери на поглощение увеличиваются из-за ее высокой проводимости. Для стали потери на отражение также уменьшаются, потери на поглощение растут сначала даже быстрее, чем у меди, поскольку на низких частотах все еще велика магнитная составляющая, однако с дальнейшим повышением частоты эта же проницаемость, а также низкая проводимость стали приводят к уменьшению потерь на поглощение, и на сверхвысоких частотах сталь малоэффективна. Следовательно, для экранирования на высоких частотах предпочтительны материалы с высокой проводимостью, на низких частотах — материалы с высокой проницаемостью.

Рис. 2. Расчетные значения потерь на отражение и поглощение

Примеры металлов и сплавов сведены в таблицу. Для экранирования магнитного поля предпочтительным материалом является пермаллой с начальной проницаемостью 10×10 3 –100×10 3 . Далее по убывающей: альсифер — 35 000, железо чистое — 10 000, трансформаторная сталь — 250–1000, сталь конструкционная — 50 и другие магнитомягкие материалы. Для экранирования высокочастотных электромагнитных полей необходимо применять материалы с высокой проводимостью: серебро 62×10 6 , медь 58×10 6 , алюминий 37×10 6 , латунь 12,5×10 6 , сталь 7,6×10 6 . При этом металлы и сплавы с высокой проводимостью, кроме стали, не годятся для экранирования постоянных магнитных полей, поскольку имеют магнитную проницаемость, равную 1 (как у воздуха). Для экранирования в широком диапазоне частот лучше всего подходят многослойные материалы — например, сталь с нанесенным слоем из хорошо проводящего металла. Такие листы применяют для изготовления безэховых камер. Для дальнейшего повышения коэффициента экранирования возможно использование комбинированных многослойных материалов.

Экранирование постоянного магнитного поля

Экранирование высокочастотного электромагнитного поля