Часть 4 – Эффективность экранирования

Как только вы выберете экран, как вы определите его эффективность защиты? В части 4 этой серии из четырех частей рассматривается, как рассчитать эффективность экранирования и почему эффективность экранирования является субъективным показателем производительности экрана.

SE Определено

Эффективность экранирования (SE) – это термин, которым пользуются, не особо задумываясь о том, что он означает. Большинство инженеров предполагают, что SE является неотъемлемым свойством экрана, но, как мы узнали в части 3 этой серии, эффективность экранирования зависит от конфигурации экрана и сопротивлений цепи. Это также зависит от характера помех, которым подвергается экран.

Эффективность экранирования – это отношение амплитуды сигнала без экрана к амплитуде сигнала с экраном, обычно выражаемое в децибелах

Единственный способ определить SE – это провести тест или анализ с использованием тех же схем, кабелей и методов взаимодействия, что и при конечном использовании. Сначала проведите тест или анализ со снятым защитным экраном, затем повторите с установленным защитным экраном. Вычислите SE как

Экраны предназначены не только для защиты от радиации

Обычно мы думаем о защитных экранах кабелей как о способе контроля излучения между проводниками кабеля и окружающей средой, т.е. излучаемых выбросов и восприимчивости к излучению. Однако экраны также могут быть полезны для регулирования радиочастотного тока и напряжения, протекающих по проводникам кабеля, т.е. проводимых излучений и проводимой восприимчивости.

Однако будьте осторожны, щиты иногда создают неожиданные проблемы. Как мы проиллюстрировали в примерах ниже, предварительный анализ выявляет потенциальные проблемные области.

Как вычислить SE

Здесь мы используем приведенную ниже простую схему для определения эффективности экранирования. Схема состоит из источника 5 В с последовательным сопротивлением 1 Ом и резистивной нагрузки 10 Ком. Провод длиной 3,3 метра, расположенный на высоте 5 см над плоскостью заземления, соединяет нагрузку с источником. Экран изготовлен из плетеной проволочной оплетки, типичной для сигнальных кабелей, и соединен с плоскостью заземления на обоих концах с незначительным сопротивлением.

SE – это динамическое свойство

Как обсуждалось в предыдущих трех частях этой серии, кабель SE не является свойством экрана, а является побочным продуктом конструкции экрана, сопротивления цепи и использования. Производительность Shield меняется при любом из этих изменений.

Конструкция

Как мы видели в части 3, сопротивление передачи экрана и пропускная способность являются единственными внутренними свойствами экрана. Если физические размеры экрана, материалы или способ изготовления изменяются, меняется и SE.

Сопротивление цепи

Для данного экрана кабеля при изменении импеданса источника или импеданса нагрузки изменяется SE экрана. Вот почему вы не можете полагаться на значения эффективности экранирования, установленные производителем. Если ваша схема не имеет импедансов источника и нагрузки 50 Ом, SE будет отличаться от заявленного.

Использование

SE зависит от того, что делает щит. Например, экран, который обеспечивает снижение полей, излучаемых кабелем, на 80 дБ, может обеспечить ослабление только на 40 дБ для полей, генерируемых извне.

Как использование щита влияет на SE

Приведенные ниже примеры иллюстрируют, насколько по-разному работает один экран при использовании для двух разных целей. В первом случае мы рассчитываем SE для проведенной заявки на выбросы. Во втором случае мы вычисляем SE для проводимой восприимчивости. Один и тот же экран обеспечивает радикально различную защиту для этих двух применений.

Осуществленные выбросы

Для этого проведенного анализа выбросов (CE) источником напряжения является трапеция частотой 10 кГц с временем нарастания и спада 100 нсек. Проводимое излучение – это ток в частотной области, индуцируемый на проводе напряжением источника. Используя схему, описанную выше, мы рассчитываем проводимые выбросы без защитного экрана и с ним и используем соотношение результатов для вычисления SE.

Для неэкранированного кабеля ток источника имеет только один обратный путь – плоскость заземления. Для экранированного кабеля ток источника имеет два пути возврата: плоскость заземления и экран, поскольку экран заземлен с обоих концов. Поскольку плоскость заземления и экран расположены параллельно, обратный ток для экранированного кабеля имеет более низкое сопротивление, чем для неэкранированного кабеля. В результате проводимые выбросы в целом выше для экранированного кабеля, чем для неэкранированного.

В этом случае экран ухудшает, а не улучшает проводимое излучение низкой частоты. Эффективность экранирования отрицательна примерно ниже 12 МГц. Выше 12 МГц SE чередуется между положительными и отрицательными значениями из-за резонансов кабеля и экрана.

Как такое может быть?

Ответ кроется во входном сопротивлении кабеля. Емкость между проводом и экраном уменьшает входное сопротивление экранированного кабеля с увеличением частоты. При частоте 1 МГц входное сопротивление неэкранированного кабеля составляет 4,5 Ком, но для экранированного кабеля оно составляет всего 1,2 Ком. Источник напряжения с низким импедансом вырабатывает больший ток (проводимые излучения), поскольку эффективное сопротивление нагрузки экранированного кабеля ниже.

Проводимая восприимчивость

Теперь давайте посмотрим на эффективность экранирования того же кабельного экрана для защиты от проводимой восприимчивости (CS).

Синусоидальная волна 10 мА подается на исходный конец линии, как это было бы сделано при вводе объемного кабеля, и частота изменяется от 10 кГц до 400 МГц. Индуцированное напряжение контролируется по сопротивлению нагрузки в качестве показателя того, насколько хорошо экран защищает цепь.

Ток, подаваемый по неэкранированному кабелю, индуцирует на проводе 10 мА. На низких частотах большая часть вводимого тока протекает через нагрузку, индуцируя около 100 вольт. По мере увеличения частоты часть вводимого тока не поступает в нагрузку из-за эффектов излучаемой связи, поэтому индуцированное напряжение нагрузки ниже на высоких частотах.

В экранированном кабеле большая часть вводимого низкочастотного тока протекает по экрану, а минимальный ток протекает по проводу, поэтому низкочастотное напряжение, индуцируемое на нагрузке, невелико. Однако по мере увеличения частоты и снижения эффективности экрана из-за увеличения передаточного сопротивления экрана индуцированное напряжение нагрузки увеличивается. Пики и спады индуцированного напряжения нагрузки являются результатом сложных резонансов между проводом, экраном и плоскостью заземления.

В этом примере с измеряемой чувствительностью экран обеспечивает более 90 дБ SE на низких частотах.

Сравнение

В отличие от эффективности экранирования CE, эффективность экранирования CS экрана намного выше на большей части частотного диапазона.

Один и тот же экран, но разная эффективность экранирования. Эффективность экранирования зависит от использования.

Предыдущие посты в этой серии

Эта статья является четвертой из серии из четырех частей, в которой рассматривается экранирование кабелей для обеспечения электромагнитной совместимости. Пожалуйста, посетите веб-сайт EMI Software, чтобы получить доступ к остальным трем частям.

Часть 1 – Введение
Часть 2 – Сколько экранирования Вам нужно?
Часть 3 – Как рассчитать свойства экрана
Часть 4 – Как правильно оценить эффективность экранирования

Вы должны войти в систему, чтобы оставить комментарий.