CC BY
3УДК 62
Сураев Е.В.
магистрант
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЭФФЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ
Аннотация: работа направлена на создание процедур разработки защит от электромагнитных воздействий через использование полимерных композитов, главная характеристика которых состоит в совокупном исследовании с точки зрения габаритных размеров конструкции, электрических и физических свойств.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, полимерные композитные материалы, электромагнитные помехи.
Сегодняшний день требует неотложного принятия обязательных действий для защиты электромагнитной совместимости (ЭМС) технологического оборудования. Ранее активно вводили ограничения по ЭМС для определенных категорий устройств. Требования к ЭМС существенно влияют на процесс проектирования устройств, делая важным для инженеров и разработчиков в области радиоэлектроники обладание знаниями по этой тематике. Кроме того, методы установки оборудования и его эксплуатация напрямую влияют на ЭМС, что означает необходимость учета этих факторов при разработке эксплуатационной документации, монтаже и обслуживании этих устройств.
Ввиду того, что обеспечение электромагнитной совместимости является критичным как для индивидуальных устройств, так и для продукции в общем, оно существенно влияет на процесс испытаний. Также от эффективности
1735
достижения ЭМС зависят такие аспекты, как разработка маркетинговой стратегии и формирование ценообразования, непосредственно затрагивая отделы маркетинга и ценообразования, что, в свою очередь, влияет на общую деятельность компании и ее способность выполнять взятые на себя обязательства. Задачи, связанные с электромагнитной совместимостью, должны учитываться на начальных этапах разработки устройств. Одним из ключевых моментов при разработке электронных устройств является конструирование эффективных электромагнитных экранов.
Электромагнитные помехи (ЭМП) являются значительным источником загрязнения среды. Их присутствие непрерывно усиливается, представляя собой разнообразие рисков - от легких неудобств, таких как помехи в приеме радиоволн, до серьезных инцидентов, влияющих на безопасность человека из-за сбоев в работе жизненно важных систем управления. ЭМП могут нарушать работу электронных устройств, усложнять использование радиочастот и даже вызывать возгорание взрывоопасных веществ или отрицательно влиять на человеческий организм. В свете все более широкого применения электронных систем в различных областях деятельности человека, меры по обеспечению электромагнитной совместимости становятся крайне важны. ЭМС обозначает способность технических средств адекватно работать в условиях воздействия электромагнитных полей, не вызывая при этом интерференции другим устройствам. Для оценки ЭМС применяются специальные тесты и измерения. В отличие от стандартов, технические регламенты являются обязательными и играют ключевую роль в обеспечении ЭМС продукции. Улучшение теоретических и практических аспектов ЭМС способствует повышению конкурентоспособности национальной продукции.
В результате воздействия исходного электромагнитного поля, генерируемого источником, на поверхности экрана возникают индуцированные заряды, внутри же экрана появляются токи проводимости и эффекты магнитной поляризации. Эти индуцированные электромагнитные эффекты — заряды, токи и магнитные поляризации — формируют вторичное поле. Интерференция этого
1736
вторичного поля с исходным приводит к созданию результирующего поля, интенсивность которого в защищаемом пространстве оказывается меньше, чем у первичного электромагнитного поля. Эта особенность экранирования позволяет эффективно использовать экраны для уменьшения электромагнитного излучения на любых частотах, начиная от нулевых и выше. Сущность работы электромагнитного экрана заключается в его способности отражать и перенаправлять энергетический поток, исходящий от источников поля, препятствуя его проникновению в защищаемую зону.
Общая основа функционирования экрана заключается в том, что его способность отражать, а не преломлять электромагнитные волны, непосредственно зависит от возникающих на его поверхности и внутри зарядов, токов и поляризации, которые возникают при взаимодействии с потоками электромагнитной энергии.
В изучении методов экранирования важно различать подходы к уменьшению воздействия электрических, магнитных и электромагнитных полей. Характеристики источника поля обычно уточняются для конкретных примеров, таких как трансформаторы, генерирующие магнитное излучение.
Следовательно, защита от помех в зоне ближнего поля предполагает знание характеристик источника помех. В дальнем поле же конкретная природа источника становится несущественной, так как влияние распространяется в виде плоских электромагнитных волн.
Следовательно, применение электромагнитных экранов способствует достижению электромагнитной совместимости и гарантирует эффективную электромагнитную защиту для технических систем, находящихся под воздействием электромагнитных полей. В то же время, благодаря адекватному экранированию, предотвращается возникновение электромагнитных помех, которые могут негативно сказаться на экологическом благополучии окружающей среды из-за деятельности различного оборудования.
В сфере аэрокосмической индустрии прогресс в создании структурных и функциональных материалов, соответствующих последним стандартам, привёл
1737
к смене однофазных изотропных материалов, таких как конструкционные сплавы на основе алюминия и титана, на разработку и расширенное применение полимерных композитных материалов.
Композитные материалы, известные также как композиты, представляют собой сложные системы, состоящие минимум из двух разнородных компонентов, объединенных в строго определенных пропорциях. Эти компоненты обладают различными физическими и химическими свойствами, и их соединение предназначено для создания улучшенных или уникальных характеристик. Обычно, в составе композита присутствует матрица, обеспечивающая форму и континуальную поддержку, и наполнитель, задающий специфические функциональные свойства. Взаимодействие между матрицей и наполнителем происходит на молекулярном уровне через адгезию или аутогезию, обеспечивая целостность материала. В случае полимерных композитных материалов (ПКМ) роль матрицы выполняют полимеры.
ПКМ в качестве радиопрозрачных стеклопластиков широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре. Основное назначение радиопрозрачных изделий из стеклопластиков — защита приемо-передающих антенных устройств различных радиотехнических комплексов от внешних воздействий: влаги, солнечной радиации, ветровых, динамических, температурных и других нагрузок.
Компания ARL разработала корпус, служащий эффективным электромагнитным барьером. Для создания данного корпуса применен углеродный композит, обработанный с использованием технологии вакуумной инфузии. Вес изделия оказался на 50% меньше, если сравнивать с корпусами, изготовленными из алюминия.
Корпорация CFOAM, разработанная Touchstone Research Laboratory, произвела угольный наполнитель, который демонстрирует отличные механические свойства и обеспечивает защиту от электромагнитных помех с эффективностью свыше 60 дБ в частотном диапазоне от 100 МГц до 20 ГГц.
1738
Следовательно, полимеры и, в особенности, композиты на их основе, включая композиты с углеродными волокнами на постоянной основе, применяются в производстве материалов с возможностью настройки электрофизических характеристик. Это открывает перспективы для их использования как в качестве диэлектриков с магнитными свойствами, так и проводников в создании защитных покрытий и конструкций, предотвращающих проникновение и поглощающих электромагнитную энергию в радиочастотном спектре.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Волин М.Л. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: «Радио и связь», 1981. - 296 с.;
2. Кечиев Л.Н., Акбашев Б.Б., Степанов П.В. Экранирование технических средств и экранирующие системы / Кечиев Л.Н., Акбашев Б.Б., Степанов П.В. -2010 г. - 470 с, ил. - (Библиотека ЭМС);
3. Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М: Радио и связь, 1989. - 224 с;
4. Чернушенко А.М., Конструкции СВЧ устройств и экранов: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 352 с
1739
Suraev E.V.
Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (Saint Petersburg, Russia)
DESIGN RESEARCH AND THE TECHNOLOGY OF EFFECTIVE ELECTROMAGNETIC SHIELDING
Abstract: the work is aimed at creating procedures for the development of protection against electromagnetic influences through the use of polymer composites, the main characteristic of which consists in a combined study in terms of overall dimensions of the structure, electrical and physical properties.
Keywords: electromagnetic compatibility, polymer composite materials, electromagnetic interference.
1740
