Поиск

Переходное сопротивление экранов (1)


Концепция переходного сопротивления экрана (Zt), введенная С. Щелкуновым в 1934 году, является очень удобным аналитическим инструментом для анализа электромагнитных связей экранов коаксиальных кабелей и витых пар и их излучений.


Несколько десятилетий назад эффективность экранирования кабеля определялась примерно как для клетки Фарадея, отношением напряженности E (или H) снаружи к E ( Или H) внутри. Точнее, поле, которое существовало бы в данной точке, если бы там не находился экран. На практике вместо этого измеряют напряжение (или ток), индуцированное на неэкранированном проводе данным полем и на напряжение (или ток) на аналогичном проводнике с экраном. Хотя этот принцип выглядит просто, на самом деле само измерение требует создания достаточно сильного электромагнитного поля, набора радиочастотных усилителей и антенн, экранированной, желательно безэховой камеры для исключения отражений, минимизации существенной неопределенности (около 6дБ), которая усугубляется тем фактом, что низкие частоты обычно излучаются в условиях ближней зоны. В этом случае измеренный коэффициент будет зависеть от типа используемой антенны. Кроме того, существенное влияние на результаты вносят условия измерений, такие как высота кабеля, его конфигурация, нагрузка и другие слабо контролируемые эффекты. Таким образом, экранирование одного и того же образца может существенно варьироваться от одной тестовой конфигурации к другой, которое может быть неприменимо для конкретного последующего применения.


Вместо значения коэффициента экранирования, которое зависит от метода и условий измерений, в электромагнитной совместимости используется параметр, присущий только экрану кабеля, передаточное сопротивление. Передаточное сопротивление связывает ток, протекающий на поверхности экрана, с напряжением, которое он развивает на другой стороне его поверхности. Это напряжение связано с прохождением тока через толщину экрана (если экран представляет собой сплошную трубку, это проникновение быстро становится неизмеримым, благодаря скин-эффекту, особенно по мере увеличения частоты) и индуктивностью утечки через отверстия в оплетке. Чем лучше качество оплетки, тем меньше продольное напряжение экрана. Zt легко измерить, используя установку для инжекции тока, которая менее подвержена влияющим факторам, чем измерение с излучением и антеннами. Из-за неидеальности экрана, ток, подаваемый на контур "экран-земля", наводит небольшое напряжение во внутреннем пространстве между центральным проводником и экраном. Это напряжение, или его часть, измеряется в конце кабеля, подключенного к входу анализатора спектра или осциллографа. Результат измерений приводят к длине образца в 1м и измеряют в Ом/м. Если кабель заканчивается согласованными нагрузками на обоих концах нагрузками, то каждый конец принимает половину полного индуцированного напряжения и результат измерений делят пополам. Типовые значения Zt для различных коаксиальных кабелей показаны на рисунке. Если экран заземлен пигтейлами, патч-кордами или другими заземляющими устройствами (плохая практика), то их импедансы должны быть добавлены к Zt и вычислениям импеданса петли.

Ниже примерно 100кГц Zt остается постоянным, являясь просто омическим сопротивлением экрана. Свыше 1МГц, как правило, для однослойного экрана, Zt увеличивается с частотой, из-за индуктивности утечки Lt между общей оплеткой и жилой. Для хорошей однослойной оплетки Lt составляет около 1нГн/м. Таким образом, Zt может быть выражен в частотной области следующем образом: Zt (Ом/м) = Rэ (Ом/м) + jωLt (Гн/м) (1).


Первоначально Zt был задуман для расчетов восприимчивости к известному электромагнитному воздействию, например, внешнему полю, освещающему площадь петли «экран-земля». Импеданс этой петли для одиночного коаксиального кабеля с наружным диаметром в диапазоне от 5 до 15 мм на высоте от 5 до 50 см над землей (пластиной заземления) может быть аппроксимирован как:

Zвнеш = (10 мОм + j*5 Ом x F МГц ) на метр длины (2).

Если известно наведенное напряжение, этот импеданс может быть использован для вычисления тока по экрану Iэ. Далее вычисляют напряжения внутри экрана:

Vвн = (Zt x X м) x Iэ (3).

Если подаваемая частота такая, что длина кабеля превышает λ/2, физическую длину «X» в уравнении (3) следует заменить на λ/2.

Пример 1:

Коаксиальный кабель длиной 4м, установленный на высоте 0,75м над землей, освещается окружающим радиочастотным полем 10 В/м частотой 15МГц, наводя напряжение на открытом контуре 9В. Какое напряжение появляется на приемном конце кабеля?

Внешний импеданс контура, рассчитанный по уравнению 2:

Zвнеш = (0,01 + j*5 x 15МГц) x 4м = 300 Ом.

Iэ = 9В / 300 Ом = 0,03A.

Для однослойного экранированного кабеля, например, RG58, Zt при 15MHz = 0,15 Ом/м. Напряжение на центральном проводнике:

Vвн = Zt x Х м x Iэ = 0,15 × 4 × 0,03 = 18 мВ.

Предполагая, что нагрузка кабеля согласована и составляет 50 Ом на обоих концах, Vвн = 18 мВ х 50 / (50 + 50) = 9 мВ.

Если на приемном конце высокоомная нагрузка, например, 5 кОм, то:

Vвн = 18 мВ х 5000 / (5000+50) ≈ 18 мВ.

Можно оценить коэффициент экранирования, как отношение объемного напряжения контура к напряжению, появляющегося внутри:

Kэ = 9 В / 18 мВ = 500 или 54 дБ.

Продолжение следует...


Просмотров: 153

Вся представленная на сайте информация, касающаяся технических характеристик, наличия на складе, стоимости товаров, носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.

Полное или частичное копирование материалов запрещено. При согласованном использовании материалов сайта необходима ссылка на ресурс.

  • Instagram -Emctestlab
  • Twitter - ЭМСТЕСТЛАБ
  • Facebook Icon - Emctestlab profile
  • YouTube - Emctestlab LLC
  • Vkontakte - ЭМС группа
  • Google+ - Лаборатория ЭМС инноваций
  • Tlegram канал ЭМСТЕСТЛАБ

© Emctestlab llc, Москва, 2017

ЭМСТЕСТЛАБ логотип