6. Принципы наведения эдс от электромагнитных волн
Любая цепь, по которой протекает переменный ток (в том числе импульсный), излучает электромагнитные волны.
Энергия волны зависит от скорости изменения тока в цепи.
Фазовая скорость:
Волновое сопротивление среды - характеризует отношение эл. и магнит. составляющих э/м поля.
Эта величина постоянна для конкретной среды.
В зависимости от расстояния точки наблюдения от источника:
(на рис. горбатый график – эл. составляющая, другой – магнит.)
- БЗ – зона квазистатических полей.
Высокоомное поле (штыревая антенна):
,
,
- ПЗ – промежуточная зона (область Френеля).
Низкоомное поле (рамка, катушка):
,
,
Наблюдаются экстремумы модуля сопротивления, но на практике их не учитывают и ограничиваются аппроксимациями прямой.
-
ДЗ – зона излучения. Z=120π
377
Ом (для воздуха) – волновое сопротивление
– постоянная величина.
Все эти зависимости используют для анализа защитных свойств экрана.
Любой источник излучения имеет диаграмму направленности, которая имеет смысл только для полей в ДЗ (в БЗ волна еще не сформирована).
Тип волны в БЗ определяется формой излучателя и его питанием.
Если излучатель линейный и питается U, то излучается эл. составляющая, если форма излучателя – замкнутый контур и питается он током, то излучается магнит. составл.
В большинстве случаев фронт э/м волны плоский, т.к. расстояние до объекта очень большое, либо сами объекты очень маленькие.
Глубина проникновения эм/волны в среду для разных материалов не одинакова, напряжённость поля затухает в среде, изменяясь по экспоненциальному закону.
Глубина проникновения определяется:
Напряжённости поля в зависимости от глубины:
Ток в среде (уравнение скин-эффекта):
расстояние
от поверхности.
Последнее выражение не что иное, как выражение, описывающее скин-эффект.
Значение
–
глубина проникновения, эквивалентно
затуханию эм/волны, проникающей вглубь
среды проводника на длину волны
7. Затухание волны. Явления поверхностного эффекта
Глубина проникновения эм/волны в среду для разных материалов не одинакова, напряжённость поля затухает в среде, изменяясь по экспоненциальному закону.
Глубина проникновения определяется:
Напряжённости поля в зависимости от глубины:
Ток в среде (уравнение скин-эффекта):
расстояние от поверхности.
Последнее выражение не что иное, как выражение, описывающее скин-эффект.
Значение – глубина проникновения, эквивалентно затуханию эм/волны, проникающей вглубь среды проводника на длину волны
Поверхностный эффект и эффект близости:
Под действием переменного поля в проводниках происходит перераспределение электромагнитной энергии по сечению. При этом наблюдаются явления поверхностного эффекта, эффекта близости, воздействия на параметры цепи окружающих металлических масс (соседних проводников, экрана, брони).
Силовые
линии внутреннего магнитного поля Н
(рис. 3.6), пересекая толщу проводника,
наводят в нем вихревые токи
направленные по закону Ленца, т. е. против
вращения рукоятки при поступательном
движении буравчика по направлению поля.
Вихревые токи в центре провода имеют
направление, обратное основному току
I, протекающему по проводу, а у поверхности
проводника их направления совпадают.
От взаимодействия вихревых токов с основным происходит перераспределение тока по сечению проводника, в результате чего плотность тока возрастает к поверхности проводника. Это явление носит название поверхностного эффекта. Вытеснение тока на поверхность проводника сокращает эквивалентную площадь его поперечного сечения, и как следствие его активное сопротивление R увеличивается, а внутренняя индуктивность уменьшается.
Эффект близости: внешнее магнитное поле Н провода а, пересекая толщу провода б, наводит в нем вихревые токи. На поверхности провода б, обращенной к проводу а, вихревые токи совпадают по направлению с протекающим по нему основным током. Образуется суммарный ток. На противоположной поверхности прохода б они направлены навстречу основному току, образуя разностный ток. Аналогичное перераспределение токов происходит и в проводе а (рис. 3.7)
Рисунок про падающую, отраженную и преломлённую волну….
Потери на отражение на границе двух сред
Потери на границе двух сред связаны с различием полных характеристических сопротивлений этих сред.
При
прохождении ЭМВ через экран она встречает
на своём пути 2 границы. Если экран
металлический, то
значительно больше
и при этом на первой границе наблюдается
наибольшее отражение для электрической
составляющей ЭМП. Для магнитной
составляющей наибольшее отражение
происходит на второй границе. Коэффициент
отражения:
Для получения большего эффекта экранирования поверхность экрана покрывают материалом с высокой проводимостью.
Для экранирования от электрического поля подходят даже тонкие экраны.
Для магнитного поля играет роль толщина экрана.
Как вы уже поняли, большую роль играет проводимость материала экрана:
Потери электрического поля в ближней зоне излучения на отражение оказываются больше, чем потери плоской волны, и в основном определяют процесс экранирования в ближней зоне.
Для магнитной составляющей поля потери на отражение меньше, чем у плоской волны, и на НЧ их можно принять равными нулю.
Для плоской волны в дальней зоне даже тонкие экраны позволяют получить высокие коэффициенты отражения и высокую эффективность экранирования для электрической составляющей. Для магнитной составляющей потери будут зависеть от толщины экрана.
Потери на поглощение
Они связаны с поверхностным эффектом проводника, приводящем к экспоненциальному уменьшению проникающих в металлический экран ЭМП. Это объясняется тем, что токи, индуцированные в металле, вызывают омические потери на поглощение:
толщина
экрана.
Потери на многократное отражение
Они связаны с волновыми процессами в толще экрана и определяются:
глубина
проникновения токов.
В результате для электрической составляющей основным механизмом экранирования являются потери на отражение, для НЧ магнитного поля в дальней зоне почти всё ослабление достигается за счёт потерь на отражение, в то время, как на ВЧ ослабление в основном происходит за счёт потерь на поглощение. Они же являются определяющими при экранировании магнитного поля и ближней зоны.