Переходное сопротивление экранов (1)
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...


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

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.

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

© Компания Emctestlab llc 2017

ЭМСТЕСТЛАБ логотип