11.3.5. Волновой режим экранирования

Волновой режим экранирования распространяется на диапазон сверхвысоких частот: от 10⁹...10¹⁰ Гц и выше, охватывая область дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Пределом разграничения электромагнитного и волнового режимов является соизмеримость длины волны X с диаметром экрана D_Э. При наступает волновой режим экранирования. В этом случае наряду с токами проводимости надлежит учитывать также токи смещения и исходить из полных уравнений электродинамики: и .

Если при рассмотрении электромагнитных экранов надлежит оперировать основной волной Т, то для экранов в волновом режиме необходимо учитывать волны высшего порядка Е и Н. Особенностью волнового режима является колебательный волновой характер изменения экранного затухания от частоты. Это связано с природой электромагнитного поля сверхвысоких частот, когда .

Расчет экранов в волновом режиме относительно электрических и магнитных полей производится по полной формуле . В этой формуле экранное затухание поглощенияодинаково для электрического и магнитного полей. Экранное затухание отраженияA₀ за счет разницы в значениях Z_Д^H и Z_Д^Е различно для электрического и магнитного полей. На рис. 10.37 приведены значения экранного затухания магнитного (А_Э^Н) и электрического (А_Э^Е) полей. Из приведенных данных видно, что изменения затуханий экранирования А_Э и отражения А₀ в диапазоне свыше 10⁹ Гц носят колебательный характер. Физически данное явление связано с резонансными явлениями при и свидетельствует о волновой природе электромагнитного поля на СВЧ. Математически это обусловлено наличием в формулах расчетаА_Э (СВЧ) цилиндрических функций первого (J₁) и третьего (H₁) родов. Они придают затуханию колебательный характер. При этом в определенных точках, соответствующих нулевым координатам функции J₁ провалы характеристики достигают минус бесконечности.

11.3.6.Принцип действия магнитных и немагнитных экранов

Магнитные экраны при постоянном токе в области низких частот действуют как магнитостатические по принципу замыкания магнитного поля в толще экрана вследствие повышенной магнитопроводности последнего (μ=100 и выше). С ростом частоты возрастает роль вихревых токов, магнитное поле вытесняется из толщи экрана и его повышенная магнитопроводность теряет свое значение. Экран переходит в электромагнитный режим работы и действует так же, как немагнитный экран, — за счет вихревых токов в толще экрана. Немагнитные экраны во всем частотном спектре действуют как электромагнитные, т. е. по принципу возникновения в них вихревых токов. При постоянном токе они не обладают электромагнитными экранирующими свойствами. С ростом частоты экранирующий эффект возрастает.

График частотной зависимости экранного затухания магнитного и немагнитного экранов приведен на рис. 11.37.

Рис. 11.37. Эффективность экранирования немагнитных (1) и магнитных (2) экранов.

На графике видны три характерные частотные зоны. В первой зоне от 0 до f = 3 ... 10 кГц магнитный экран работает в магнитостатическом режиме и обладает лучшими экранирующими свойствами, чем немагнитный экран. Во второй и третьей зонах оба экрана находятся в электромагнитном режиме. Но во второй зоне от f₁ до f₂=10⁶ Гц немагнитный экран имеет больший экранирующий эффект, чем магнитный, а в третьей зоне от f₂>10⁶ Гц и выше из графика явно видно превосходство стального экрана. Это обусловлено тем, что магнитные экраны хорошо поглощают энергию и очень плохо отражают ее (A_П> А_О). У немагнитных материалов, наоборот, А_О>А_П. Частота 0,8 ... 1 МГц является частотой раздела, ниже которой преобладает затухание отражения над затуханием поглощения (А_О > А_П), а выше — наоборот (А_П>А_О). Поэтому в нижней области частот, где экранирующий эффект определяется затуханием отражения, медный экран заметно эффективнее стального. В области высоких частот (0,8...1 МГц и выше), где начинает преобладать затухание поглощения, лучше применять стальной экран. Это положение наглядно иллюстрируется рис. 10.41, где приведен расчет значений А_П, А_О, А₃ для медного и стального экранов толщиной 0,1мм.

Рис. 11.38. Экранное затухание поглощения А_п и отражения А_о медного и стального экрана.