CC BY
76
УДК 621.396
МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕРОВ И ВЫБОРА ТИПА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОТВЕРСТИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭКРАНОВ
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
А.В. Судариков
В данной статье предложена методика оптимизации размеров вентиляционных отверстий и их расположения при проектировании электромагнитных экранов электронных средств. Представлены математические модели, позволяющие оценить эффективность экранирования для некоторых видов отверстий. Даны некоторые рекомендации по выбору типа вентиляционных отверстий и предложен путь минимизации влияния неоднородностей экрана, в частности вентиляционных отверстий, на эффективность экранирования разрабатываемых электромагнитных экранов
Ключевые слова: эффективность экранирования, электромагнитный экран, вентиляционные отверстия
Увеличение мощности вычислительной техники, возрастание тактовых частот, увеличение потоков обрабатываемой и передаваемой информации, уменьшении размеров электронных устройств, приводит с одной стороны к необходимости решения задач отвода тепла от мощных электронных компонентов, а с другой стороны обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) электронных средств (ЭС) сконцентрированных в малом объеме. Эти задачи зачастую требуют диаметрально противоположных конструктивных решений. Например, для уменьшения уровня излучаемых помех одним из конструктивных решений является экранирование, что подразумевает под собой локализацию источника излучений сплошным металлическим экраном, а с точки зрения обеспечения теплового режима необходимо обеспечить вентиляцию устройства, т.е. изготовление отверстий в корпусе, что приведет к ухудшению свойств экрана.
Экранирование является наиболее
распространенным и одним из самых эффективных методов, уменьшения помех распространяющихся путем электромагнитного излучения. Как известно для оценки применения экрана используется величина эффективность экранирования (ЭЭ), которая определяется как отношение напряженности поля от источника без экрана к напряженности поля с экраном. Эффективность экранирования принято считать в децибелах. В большинстве случаев для защиты от помех и наводок достаточно эффективности экранирования от 30 до 60 дБ. В случае замкнутого экрана поле может проникнуть только сквозь толщу стенок. Исходя из теоретических решений задачи экранирования, соответствующим выбором материала экрана и толщины его стенок принципиально можно получить сколь угодно большую эффективность экранирования. Сплошные экраны могут обеспечивать эффективность экранирования от 70 дБ до 120 дБ. В реальных экранах, за редким исключением, неизбежны более или менее
Судариков Алексей Владимирович - ВГТУ, аспирант, тел (473) 243-77-06, e-mail: alex_sudar@mail.ru
значительные отверстия и щели, к которым относятся вентиляционные отверстия, дверцы и окна, отверстия под вводы проводников и разъемы, отверстия для установки дисплеев и индикаторов, а также щели и швы при соединении частей экрана. Все эти неоднородности в экране образуют дополнительный канал для проникновения поля и эффективность экранирования снижается [1,4].
Для оценки ЭЭ экрана с учетом вентиляционных отверстий необходимо вычислить ЭЭ для сплошного экрана и вычесть вклад вносимый вентиляционными отверстиями в снижение ЭЭ.
Эффективность экранирования сплошным экраном можно выразить как (1) сумму потерь на начальное отражение Котр , потерь на поглощение Кпогл и потери Км.отр на многократные отражения[2,3].
Э Котр + Кпогл + Км.отр , (1)
Данные коэффициенты можно определить из следующих выражений (2), (3), (4)
0ТР “ 9 (1*51 + 1^1)2 , (2)
Кпогл = -201де-11 , (3)
к„^ = +20(в(1-(||Ыа!)2.в-4) (4)
где ZS - характеристическое сопротивление экрана [Ом];
ZW - характеристическое сопротивление волны [Ом];
t - толщина экрана [м];
5 - поверхностный слой или скин-слой [м];
Одним из видов вентиляционных отверстий является перфорация матрицей прямоугольных отверстий. Эффективность экранирования перфорации с размером ячейки Wx H и расстоянием между ячейками 8 можно оценить с помощью следующих выражений (5) - (15):
Э = Котр1 + Кпогл1 + Км.отр1 + К1 + К2 + КЗ (5)
Алгоритм оптимизации размеров и типа вентиляционных отверстий при проектировании электромагнитных экранов
электронных средств
= 27,Зф
JW = 20(8 (^).
к — ?nin h____________Cfe-D2 I
*'-м.отр1 6viy |1 (k+l)2-10~2‘73t^w\
для магнитного поля
плоской волны
к =
к = —, 7ГГ
]2 W
электрического поля
к =
-4тгЖг А2 ’
^l = 10i5[-(W+S)(H+S)1 = -20Jflf [i +
Ш/ J
35
КЗ = 201дг
(S/<5)2'
( 6,29t\
ехР1~ЙГ>
exp I
J
+i
(6)
(7)
(8)
(9)
(10) (11)
(12)
(13)
(14)
Более подробно приведенные выше математические модели, а также для математические модели для других видов отверстий рассмотрены в источниках [2,3,4]
От выбора типа вентиляционного отверстия и его размеров, в значительной степени зависят экранирующие свойства проектируемого экрана. В данной статье предпринята попытка восполнить пробел в методике действий конструктора, по выбору того или иного вида вентиляционных отверстий, а также определения возможных способов минимизации излучения от данных отверстий. Методика выбора вентиляционных отверстий в виде алгоритма представлена на рисунке, и отдельным алгоритмом на рисунке представлена процедура оптимизации по критерию уменьшения влияния отверстия на ЭЭ разрабатываемого электромагнитного экрана.
Литература
1. Полонский Н.Б. Конструирование
электромагнитных экранов для радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов.радио, 1979.- 216с.
2. Шапиро Д.Н. Электромагнитное экранирование.
— Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010.120 с.
3. Барнс Дж. Электронное конструирование: методы борьбы с помехами: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.
- 238 с.
4. Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. - М.: Мир, 1979. - 318 с.
Воронежский государственный технический университет
TECHNIQUE OF OPTIMIZATION OF SIZES AND SAMPLING OF TYPE OF ASPIRAILS IN ELECTROMAGNETIC SCREENS OF ELECTRONIC MEANS
A.V. Sudarikov
In given paper the technique of optimisation of sizes of aspirails and their arrangement is offered at designing of electromagnetic screens of electronic means. Mathematical models allowing are presented to size up efficiency of shielding for some aspects of apertures. Some recommendations for choice type of aspirails are made and the way of minimisation of agency dissimilarity the shield, in particular aspirails, on efficiency of shielding of developed electromagnetic screens is offered
Key words: efficiency of shielding, the electromagnetic screen, aspirails
