Ecrane electromagneticeusers.utcluj.ro/~denisad/Compatibilitate... · COMPATIBILITATE...

Curs 8

Ecraneelectromagnetice

Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ

Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ

CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM

AN UNIVERSITAR: 2019-2020

http://users.utcluj.ro/~denisad

2

Obiectivele cursului :

8.1. Introducere

8.2. Ecranarea campurilor statice

8.3. Ecranarea campurilor variabile cvasistationare

8.4. Ecranarea campurilor variabile nestaţionare

8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice

Cuprinsul cursului:

Insusirea notiunilor de baza referitoare la ecranarea

campurilor electromagnetic (statice si variabile).

Prezentarea tehnologiilor de realizare a ecranelor

electromagnetice.

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8 2

http://www.google.ro/imgres?q=objective&um=1&hl=ro&sa=N&rlz=1T4ADRA_enRO404RO417&biw=1280&bih=822&tbm=isch&tbnid=fy3o_Br0jKkAjM:&imgrefurl=http://bownishi.com/home/our-obejctive/&docid=UOItTXQgrzSnuM&imgurl=http://bownishi.com/wp-content/uploads/2012/03/Objectives.png&w=291&h=221&ei=RvD2T_KdLIXXtAb1n83SBQ&zoom=1

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8

8.1. Introducere

Ecranare

electrica

Ecrane

electrice

Ecranare

magnetica

Ecrane

magnetice

Ecranare

electromagnetica

Ecrane (blindaje)

electromagnetica

Atenuarea radiatie sursei de

perturbatii

Protectia receptorului fata de

radiatiile perturbatoare

3

4


8.1. Introducere

Reflexii

interne

dBQ

120lgae dBae

ecrancucamp

ecranfaracamplg20

ecranuluiabsentainexterior,campeintensitat

ecranuluiinteriorcampeintensitatQFactor de ecranare:

ATENUAREA ECRANULUI

dBaEecrancuE

ecranfaraElg20

Atenuarea ecranului in camp

electric sau in campuri cuplate

dBaMecrancuH

ecranfaraHlg20

Atenuarea ecranului in camp

magnetic


8.1. Introducere

5


8.1. Introducere

Protectia contra cuplajului prin radiatie cu ecrane

Proiectarea, realizarea si evaluarea efectelor ecranului

Modul in care ecranul este conectat la masa

6


8.1. Introducere

CAMPURI STATICE

CAMPURI VARIABILE

CAMPURI

ELECTROSTATICE

CAMPURI

MAGNETOSTATICE

CAMPURI

CVASISTATIONARE

(Lent variabile)

CAMPURI

NESTATIONARE

(Unde electromagnetice)

CAMPURI ELECTRICE CAMPURI MAGNETICE

7

8.2.1. Ecranarea campurilor electrostatice

!!! Factorul de atenuare al unui ecran conductor lipsit de imbinari, fata de

campuri electrostatice este infinit…

)/33.11ln(ln DdeE

Ea r

i

eE

0niE0

sneE

0 tite EE

21 tt EE

1

2

2

1

r

r

n

n

E

E


8.2. ECRANAREA CAMPURILOR STATICE

8

Efectul custii Faraday constă în

dispunerea sarcinii electrice dintr-un

conductor numai pe suprafaţa acestuia;

nici o sarcină electrică din exterior nu

afectează electronii din interiorul

acestuia.


Aplicatii ale custii lui Faraday

protecţia împotriva descărcărilor

electrostatice;

protecţia împotriva impulsului

electromagnetic – EMP.

protecţia împotriva interceptării radiaţiilor

electromagnetice compromiţătoare;

protecţia impotriva radiaţiilor

electromagnetice parazite;

8.2.1 Ecranarea campurilor electrostatice

VEZI: http://www.ngfl-cymru.org.uk/vtc/Phase2delivery/Wales/Science/Keystage2/Materialsandthe/MichaelFaradays/Introduction/popup.htm

9

https://www.youtube.com/watch?v=eNxDgd3D_bU

http://dli.ro/storage/poze/2012/09/02/ce-este-cusca-lui-faraday/Principiul-functionarii-custii-lui-Faraday.jpeg


8.2. Ecranarea campurilor statice

8.2.2. Ecranarea campurilor magnetostatice

!!! Un efect de ecranare prin redistribuirea 'sarcinilor' comparabil cu cel

pentru campuri electrostatice nu exista in cazul campurilor magnetostatice.

)/33.11ln(ln DdH

Ha r

i

eH

21 tt HH

1

2

2

1

r

r

n

n

H

H

10

8.3. ECRANAREA CAMPURILOR VARIABILE CVASISTATIONARE

8.3.1. Campuri electrice cvasistationare

• Ecranarea are loc similar ca la campurile electrostatice, prin redistribuirea

sarcinilor.

• La cresterea frecventei, datorita aparitiei unui defazaj, factorul de atenuare

devine finit


8.3.2. Campuri magnetice cvasistationare



Important: Imbinările să fie şuntate pe toată lungimea prin elemente de

etanşare conductoare cu rezistenţă mică sau să fie scurtcircuitate.

21 tt HH 1

2

2

1

r

r

n

n

H

H

12

OBSERVATII

Cu cat conductivitatea materialului unui ecran este mai mare, cu atat mai mari

sunt curentii care circula prin acesta la aceleasi intensitati ale campului si cu atat

este mai mare atenuarea ecranului.

Eficacitatea ecranului pentru campuri magnetice cuasistationare tinde catre

infinit odata cu cresterea frecventei.

Valoarea factorului de atenuare al unui ecran la protectia impotriva campurilor

magnetice cuasistationare depinde de:

Frecventa

Grosimea ecranului

Conductivitate

Permeabilitate

Geometria ecranului



13

J=EI

Curenti de deplasare

Camp magnetic de reactie HRUnda incidenta

EI

HI

Camp electric solenoidal ER

Unda electromagnetică

reflectata

In peretele ecranului, campul electric incident si cel reflectat se compenseaza

reciproc

8.4. ECRANAREA CAMPURILOR VARIABILE NESTAŢIONARE

(unde electromagnetice)


RI EEE

0 RI EEIn peretele

ecranului:

14


Funcţionarea ecranelor EM se poate analiza prin două metode:

1. METODA IMPEDANŢELOR

2. METODA CURENŢILOR TURBIONARI

15


Fie un mediu:

izotrop

omogen

imobil

nepolarizat

fara sarcini

fara memorie

8.4.1. Ecuatiile de propagare ale campului EM

Ecuatiile lui Maxwell:

Ecuatiile de propagare ale

undelor EM cu frecventa

f=ω/2π

8.4. Ecranarea campurilor nestationare

16


Constanta de propagare a undelor EM

Ecuatiile de propagare ale undelor EM –

ecuatiile lui Helmholtz

In metale:

In dielectric:

sau

Adancimea de patrundere

Constanta de

propagare in metale

8.4.1. Ecuatiile de propagare ale campului EM

17


(vezi demonstratie…)

Impedanta intrinseca a mediului

8.4.2.1. Unda plana (in camp departat). Impedanta intrinseca a mediului

Unda TEM (transversal

electromagnetic)

8.4.2. STUDIUL ECRANELOR EM PRIN METODA IMPEDANŢELOR

18


8.4.2.1. Unda plana. Impedanta intrinseca a mediului

19


A. Propagarea in medii dielectrice

Dielectric perfect:

In vid:

Impedanta intrinseca a vidului

8.4.2.2. Propagarea undelor plane in diverse medii

8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor

20

Dielectric cu pierderi mici:



21


B. Propagarea in medii conductoare

Mediu conductor:

In mediu perfect conductor:


22

Conductibilitatea relativa fata de Cupru:



23


8.4.2.3. Reflexia undelor plane la incidenţă normală. Pierderi prin reflexie


24


8.4.2.3. Pierderi prin reflexie

Coeficient de reflexie pentru

campul electric:

Coeficient de reflexie pentru

campul magnetic:

In mediul 1: In mediul 2:

La suprafata de separatie (z=0)

25

Coeficient de transmisie din mediul 1

in mediul 2, pentru campul electric:

Coeficient de transmisie din mediul 1 in

mediul 2, pentru campul magnetic:



26


Cazuri particulare:

Mediile au aceasi impedanta intrinseca

Impedanta intrinseca a mediului 2 este nula

Impedanta intrinseca a mediului 2 este infinita

Impedantele mediilor sunt oarecare


27


Atenuarea campului EM in interiorul ecranelor, datorita reflexiilor


28

Atenuarea prin reflexie:


Observatie: Calculele sunt facute in ipoteza unei unde perpendiculare pe ecran. Daca

unda plana este incidenta sub un unghi oarecare, atenuarea este mai mare, cu atat cu

cat departarea de la normala pe perete este mai mare.


29


8.4.3.4. Pătrunderea undelor în metale la incidenţă normală. Pierderi prin absorbtie


30

Ecuatiile undelor (de camp electric si magnetic)

in peretele metalic cu grosime infinita

!!! Scaderea campului in metale se datoreaza curentilor turbionari, care circula

prin metal si determina pierderi de putere pe rezistenta conductorului.


8.4.2.4. Pierderi prin absorbţie

31


In cazul ecranelor reale, o parte din unda EM incidenta

la ecran nu este reflectata, ci se propaga in adancimea

ecranului unde sufera o degradare prin transformare in

caldura.

Atenuarea de absorbtie (sau de transmisie):


32

La IF fetele exterioara si interioara ale peretilor unui ecran sunt independente. Datorita

efectului pelicular, campurile magnetice ale curentilor care circula pe fata exterioara induc

in interior doar t.e.m. foarte slabe care forteaza aparitia unor curenti foarte mici pe fata

interioara. Fenomenul este reciproc.



33


8.4.2.5. Atenuarea totala a undelor plane în ecrane


34


Variatia impedantei de unda cu distanta de la sursa de camp EM

8.4.2.6. Ecranarea în câmp apropiat


35


8.4.2.6. Ecranarea in camp apropiat

Impedanta intrinseca a mediului,

in camp departat

Impedanta de unda,

campul EM este creat de un dipol

36

Impedanta de unda,

campul EM este creat de o bucla de curent



37


A. Atenuarea campului electric apropiat


38


B. Atenuarea campului magnetic apropiat

Atenuarea prin reflexie a campului magnetic apropiat


39


Daca perete ecranului are grosimea destul

de mare (g>>δ) pierderile prin absorbtie sunt

mult mai mari decat cele prin reflexie

(atenuarea componentei magnetixce se

realizeaza prin absorbie)

Pt. g


Pierderile prin reflexie nu depind de grosimea ecranului;

Pierderile prin reflexie sunt mari pentru campuri electrice apropiate si in

unda plana;

Pierderile prin reflexie pentru campurile magnetice apropiate (in JF) sunt in

general mici;

Pierderile prin absorbtie depind de grosimea ecranului: pe o distanta egala

cu adancimea de patrundere (δ) campul este atenuat de e=2.81 ori (9dB);

Ecranarea campurilor magnetice este in general mai dificila.

Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor

CONCLUZII

41


8.4.3. STUDIUL ECRANELOR EM PRIN METODA CURENŢILOR TURBIONARI

43


8.4.3. Studiul ecranelor EM prin metoda curenţilor turbionari

44



8.5.1 Materiale pentru ecrane

45

Etansari electromagnetice pentru imbinari



46



47



48

Etansari electromagnetice pentru imbinari



49



Tratarea orificiilor din ecrane

50



51

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8 52



Incaperi ecranate fara reflexii. Camere anechoice


53

Bibliografie


1. E. Simion, “Antene in compatibilitatea electromegnetica”, Cluj Napoca

2. A.J. Schwab și W.W. Kȕrner, “Compatibilitate electromagnetică”, Editura Agir,

București, 2013.

3. Eugen Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de

Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

4. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor

electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005

54

1. Ce se intelege prin ecran si care este rolul sau in cadrul echipamentelor electrice si electronice? 2. Reguli de conectare la masa, a ecranelor electrice. 3. Ecuatiile de propagare ale campului EM: ecuatiile lui Maxwell, ecuatiile de propagare ale

undelor EM, constanta de propagare a undelor EM, adancimea de patrundere. (formule,

denumiri si unitati de masura ale marimilor care intervin in formule)

4. Ce inseamna unda TEM? 5. Explicati fenomenul de pierdere prin reflexie. 6. Explicati fenomenul de pierdere prin absorbtie. 7. Atenuarea totala a undelor plane in ecrane. 8. Materiale utilizate pentru constructia ecranelor. 9. Etansari electromagnetice pentru imbinari. 10. Tratarea orificiilor din ecrane.


Ecrane electromagneticeusers.utcluj.ro/~denisad/Compatibilitate... · COMPATIBILITATE...

Documents

Transcript of Ecrane electromagneticeusers.utcluj.ro/~denisad/Compatibilitate... · COMPATIBILITATE...