Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 ... 11

вание, имеют место многократные отражения и поглощения энергии волн.

Таким образом, наиболее вероятным путем проникновения вьюоко-частотных помех при распространении нх вдоль проводных линий являются антенны (входные цепи) радиоустройства, имеющие емкостную или индуктивную связь с линиями, вдоль которых распространяются электромагнитные волны помех.

На рис. 3, а показан источник помех (электродвигатель), который одновременно воздействует на радиоприемник следующими путями: через общую питающую сеть путем непосредственной передачи помех через окружающее пространство в антенну н а счет воздействия трамвайно-троллейбусной линии электропередачи на антенну. Какая часть помехи сильнее действует на радиоприемник сказать трудно. Если, например, антенна радиоприемного устройства так расположена относительно линии электропередачи, что индуктивная и емкостная связь между ними минимальная, то действие помехи от линии будет мало и может оказаться наиболее сильной та часть помехи, которая передается через общую сеть электропитания.

На рис. 3, б, в показаны емкостная и индуктивная связи антенны с проводами, несущими помехи. Очевидно, чем меньше связь, тем меньше влияние помехи на работу радиоустройсгва.

На рис. 3, е, д схематически показаны паразитные связи радиоприемника с источником помех. В первом случае имеет место емкостная связь через конденсатор Сдз - антенна - земля, а во втором : случае - через конденсатор Qb, образованный экраном заземле- ния и проводом, несущим помехи.

Пути проникновения помех от других источников, имеющих различные частотные спектры и интеншврюсти, более сложные, чем описанные. Описание этих путей проникновения, а тем более методы подавления помех, имеют совершенно конкретный характер.

Д. 9Летоды аащиты от помех

Уменьшение влияния помех иа радиоустройсгва осуществляется двумя одновременно действующими способами: подавлением помех и защитой от имеющихся помех.

Подавление помех является задачей тех лиц, которые занимаются разрабо.кой разнообразной электрорадиотехнической аппаратуры и устройств, которые по природе своей работы (назначению) становятся источниками помех. Например, при разработке преобразователя тока высокого напряжения обязательно должны быть приняты меры к подавлению помех, создаваемых в процессе преобразования. То же самое относится к разработкам выпрямителей, электродвигателей и т. п.

Защита от помех является задачей тех лиц, которые разрабатывают и эксплуатируют радиотехнические устройства. Разумеется, что если эти устройства являются источниками помех, то при их разработке наряду с защитой от внешних помех должны быть предусмотрены меры подавления создаваемых этими устройствами помех, чтобы уменьшить их мешающее действие на другие радиотехнические устройства.

Эффективными мерами защиты от Внешних радиопомех и подавления (ограничения) помех, создаваемых самими радиоустройсгвами, являются методы экранирования и применения развязывающих и защитных фильтров. Что касается ограничения (подавления) радиопомех, то действенными мерами являются методы снижения внутренних помех, создаваемых в процессе работы радиоустройства. Как известно, таких методов сравнительно много, в том числе экранирование наиболее чувствительных к помехам элементов схем от воздействия помех, создаваемых оконечными каскадами радиоустройства; ограничение вредных обратных связей; применение отрицательной обратной связи и т. д. Особое внимание должно быть обращено на применение таких элементов схем радиоустройства, которые сами по себе являются наименее помехоопасными, обладают наименьшими собственными шумами, не вызывают искрообразование и не перегреваются. Немаловажное значение с точки зрения защиты от помех имеет взаимное расположение отдельных элементов схемы

Как видно из приведенного, круг вопросов, связанных с помехо-защитой радиоустройств, весьма широк и имеет комплексный характер решения. Естественно, что эти вопросы отражены в соответствующей литературе и не могут быть полностью охвачены в данной брошюре.

§ 2. ЗАДАЧИ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Как указывалось выше, одним из основных видов радиопомех является электромагнитная волна помет. Эта волна излучается источником помех также, как и полезные радиоволны, т. е. в процессе излучения освобождается энергия в форме двужущейся (бегущей) электромагнитной волны, распространяющейся в пространстве вдоль проводящих поверхностей или вдоль проводов. Эта волна вместе с полезными радиоволнами оказывает влияние на работу радиочувствительных устройств. Очевидно, что вэтом случае электромагнитная волна помех имеет достаточно высокую несущую частоту и часто может быть дополнительно модулирована по амплитуде или частоте низкочастотными периодическими или непериодическими колебаниями и импульсами. Таким образом, рассматриваемый в §. 1 спектр частот радиопомех является радиочастотным спектром.

Подобные радиопомехи, распространяющиеся в пространстве и оказывающие мешающее действие на работу радиоустройств, могут характеризоваться вполне определенной интенсивностью. В этом случае задача экранирования сводится к уменьшению или почти полному устранению электромагнитного поля радиопомех внутри замкнутого объема экрана, в котором располагается псе радиоустройство или отдельные его блоки, наиболее чувствительные к мешающему действию помех.

Часто задачей экранирования может оказаться уменьшение интенсивности радиопомех в окружающем пространстве, создаваемых при работе электротехнических и радиотехнических устройств, заключенных в экране. В этом случае задача экранирования сводится к локализации радиоволн помех в месте их возникновения.

Обе эти задачи часто формулируют как задачу экранирования от помехонесущих полей и ее решение связано со всеми особенностями и закономерностями электромагнитных волн. К этой же задаче примыкает и экранирование электромагнитных полей помех созда-

Баемых отдельными блоками или электрическими цепями, близко расположенными друг к другу. В таких случаях может идти речь о полях, создаваемых проводами, по которым протекает ток высокой частоты. Подобную задачу формулируют как задачу Экранирования от помехонесущих токов .

Такое разделение задач экранирования от высокочастотных помех обычно делается как в целях систематизации методов решения задачи, так и в интересах упрощения расчета экранов. Обе эти задачи объединяются тем, что при их решении в самом общем случае должны быть применены электромагнитные жраны, одинаково хорошо защищающие радиотехнические устройства от электрических и магнитных полей помех. Как будет показано ниже, практическое осуществление подобных экранов крайне затруднено. Чтобы представить себе трудности в решении задачи электромагнииюго экранирования необходимо напомнить некоторые общие свойства электромагнитных волн. Эти сведения в кратком изложении приведены в § 3.

В ряде случаев задача экранирования электрических и магнитных полей может быть разделена. Такими случаями могут быть те, при которых одна из составляющих полей не имеет решающего значения для работы экранируемого устройства. Тогда можно раздельно рассматривать действие и расчет электрических и магнитных экранов.

Наряду с задачей экранирования высокочастотных радиопомех, как в случае действия помехонесущих электромагнитных полей, .так и при экранировании от помехонесущих токов, могут быть конкретные задачи по уменьшению низкочастотных помех! Особенности решения последней задачи описаны ниже для некоторых частных случаев.

§ 3. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛНАХ

Как известно, различают стоячие и бегущие волны. Те и другие нагляднее всего могут быть рассмотрены на при.мере волн в двухпроводной линии при передаче по ним электрической энергии. Особенно наглядны эти процессы в линиях без потерь при высокой частоте. На рис. 4 показана схематически двухпроводная линия без потерь, у которой расстояние между центрами проводов равно d, радиус каждого провода Линия питается от источн! ка э. д. с. е= и cos at. Ток в линии и разность потенциалов меяау проводами (i и и) будут также изменяться во времени, как и э. д. е., на входе инии, т. е. по синусоидальному закону. Характер изменения i и ив некоторый момент времени показан на рис. 4, а. Здесь в точке 1 положительный заряд + на верхнем проводе и отрицательный заряд - на нижнем проводе. Электрические силовые линии между проводами показаны стрелками. Эти линии имеются и в пространстве, окружающем линию, но не показаны на рисунке. В точке 3 полярность зарядов на проводах и направление электрических силовых линий противопадюжна показанному в точке 1. Вся изображенная картина в этих двух точках перемещается вправо по линии со скоростью, соизмеримой со скоростью света.

Ток, текущий по проводам линии, создает магнитное поле, изображенное в виде колец, окружающих провод. Направление магнитных силовых линий обозначено стрелками. На рис. 4, б схематически

показаны волны тока и напряжения, распространяющиеся вдоль линии, замкнутой накоротко. В конце линии имеется максимум тока и минимум (нулевое значение) напряжения. По всей линии имеются точки с узлами и пучностями тока и напряжения. Например, в точке 1 имеегся пучность (максимум) тока и узел (минимум) напряжения. Соответственно узлам и пучностям токов и напряжений на этом же рисунке показаны эквивалентные резонансные контуры для каждого отрезка линии: пучности тока соответствует последовательный резонансный контур, а пучигсгям напряжения - параллельный резонансный контур.

			1 312 а

Рис. 4. Схематическое изображение процесса возникновения бегущей волны в двухпроводной линии (а, б), расположение электрических и магнитных силовых линий в точке 1.

Расстояние между отдельными точками линии, как и вся длина линии, измеряется в частях или целых единицах длин волны, распространяющейся вдоль линии. При этом длина волны определяется из соотношения

Х= = f W

Величины напряжения и тока в точке провода, отстоящей на расстоянии x от начала линии, можно определить в виде

к = f cos

и

и

276 Ig 4

3 10

Если учесть, что 1 = U / -, то получим:

dW = dWi-\-dW.==lYLCdl,

е. электрическое и магнитное поле запасают одинаковые количества энергии.

Если линия замкнута на активное сопротивление R = W = ш -1 -ZT

1= I/ gr, то вся энергия, движущаяся вдоль линии, будет рас-

ана в этом сопротивлении (сопротивлении нагрузки) и волны в яинии будут бегущими.

Рис. 4, в соответствует распределению магнитных и электри- ческих силовых линий в точке 1 в тот момент времени, который показан на рис. 4, а. Вместе сизмеиением рассматриваемого момента времени, а следовательно, и с перемещением электромагнитной волны вдоль линии изменится также и картина распределения магнитных и электрических силовых линий.

Наряду с рассмотренными процессами бегущей волны небезынтересно проследить процессы стоячих волн. Такие волны в свободном пространстве возникают, когда две электромагнитных волны равной длины и одинаковой амплитуды движутся одна навстречу другой. В применении к двухпроводной линии образование стоячей волны можно иллюстрировать рис. 5, а. Здесь одна и та же линия рассматривается в момент времени t, причем в позиции А показано движение волны вправо, в позиции В показано движение такой волны влево, а в позиции С - суммарное действие обеих волн. При этом вертикальные стрелки обозначают максимумы электрического поля в рассматриваемый момент времени; кружками с точкой в центре отмечено направление магнитной силовой линии к наблюдателю, а крестиком отмечено направление от наблюдателя. В позиции С показано, что в результате взаимной компенсации электрических полей в линии взаимно усилилось магнитное поле, оставшееся единственной составляющей поля.

е/ d С =---г-- емкость линии; L = 4)л/ In--индуктивность ли-

нии; [x и 8 - магнитная проницаемость и диэлектрическая постоянная среды, в которой находится линия длиной /.

Электрическое и магнитное поле движутся вдоль линии в пространстве и тем самым переносят запасаемую ими энергию от источника э. д. с.к нагрузке. При этом энергия, запасаемая в электрическом и магнитном полях линии, соответственно определится:

rfttZi = -1 CU41 и rfUZj = -i- LI41,

где dl - расстояние между площадками одинаковой величины, расположенными перпендикулярно оси проводов.

На рис. 5, б представлены процессы в линии в момент времени jf f- 7/4. Как показано в позиции Q, взаимно компенсировались составляющие магнитных полей и усилились составляющие электрических полей. Таким образом, в стоячей волне магнитное и элекгри-ческое поле сдвинуты относительно друг друга на 90°, изменяются во времени по такому же временному закону, как и создающая их э. д. с, и составляющие этих полей на различных участках линии меняются по величине.

Как в двухпроводных линиях, так и в свободном (окружающем) пространстве, могут возникнуть бегущие волны в процессе излучения электромагнитной энергии. С достаточным основанием можно считать, чго имеет место распространение этих волн в окружающем пространстве, заключенном между Землей и ионизированными

\@ I© I®

В J® 1© i®

\® I® Ф Со-

е, \® I© I®

	р 1	р	р
1/2Л	1/2А	т

Рис. 5. Схематическое изображение процесса возникновения сгоячих волн в двухпроводных линиях: о - при суммировании составляющих магнитного поля; б - при суммировании составляющих электрического поля.

слоями атмосферы. Сам процесс излучения осуществляется при помощи антенн.

В применении к электромагнитным волнам в пространстве и решении задач экранирования необходимо напомнить некоторые определения, относящиеся к этим волнам.

Как известно, поверхность, соединяющая точки пространства с одинаковой фазой бегущей волны, называется фронтом волны. Движение волны в каждой точке пространства происходит в направлении, нормальном к фронту волны. Если поверхностью фронта является плоскость, то волна называется плоской волной. При сферической форме фронта волна называется сферической волной.

Лучом электромагнитной волны называется часть пространства, заполненная электромагнитными волнами и ограниченная поверхностью, которая нигде не пересекается с линией распространения волн. Такая поверхность в любой точке пространства нормальна к поверхности фронта.

Волна в данной точке пространства определяется направлением распространения, частотой, фазой, отсчитываемой от момента, принятого за начальный, расположением плоскости поляризация и амплитудой поля.

Поляризация волны характеризуется плоскостью, проходящей через направление луча в данной точке и параллельную силовым линиям электрического поля. Если электрические силовые линии поля волны направлены вертикально, то такая волна или луч называются вертикально поляризованными. При горизонтальных силовых линиях электрического поля волна называется горизонтально поляризованной. Поле волны или луча с наклонной поляризацией представляется суммой двух полей: горизонтальной и вертикальной поляризации.

Интенсивность электромагнитной волны может быть выражена через амплитуду вектора напряженности электрического или магнитного поля. Напряженность электрического поля Е обычно выражается в мкв/м, как это упоминалось выше. Что касается определения напряженности магнитного поля волны Н, то обычно исходят из того, что энергия электрического поля в единице объема окружающего пространства равна энергии магнитного поля в том же объеме. Если выражать ц и Я в электромагнитной системе единиц, а 8 и £ в электростатической системе, то

I цт еЕ

8п ~ 8я

откуда Н = Е ~, где для воздуха в принятой системе единиц

[х=е=1 и Н = Е.

Средняя энергия электрического и магнитного поля в 1 сл пространства

Р е|£р х|Яр е|£р Р 16я Гбя 8я

I £ 2 I Я 2

где . и ---среднеквадратичные значения напряженности электрического и магнитного поля.

Количество энергии, проносимой электршмагнитной волной через единицу поверхности (1 rf) пространства в секунду, т. е. передаваемая мощность

Я|-1£ с

где с - скорость распространения волны в вакууме, равная скорости света.

В целом ряде случаев расчета пользуются величиной

Р -м

где напряженности Е и Н выражены в электромагнитной системе единиц и Риг , характеризует величину вектора Умова-Пойнтинга (мгновенное значение мощности).

Из всего сказанного об электромагнитных волнах следует, что в процессе экранирования нельзя учитывать только одну составляющую поля (Е или Я), приходится считаться с поляризацией волн .и рядом других их особенностей. Что касается методов расчета экранов, то даже в простейших из них приходится сталкиваться

с решениями уравнений Максвелла, а в более сложных случаях с еще более сложным математическим аппаратом. Последнее объяс- няет, почему в литературе сравнительно мало уделено впимание расчету систем экранирования.

§ 4. ЭКРАНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Как указывалось выше, эффективное экранирование радиотехнических устройств от помехонесущих полей может быть осуществлено при помощи электромагнитных экранов. Однако во многих практических случаях радиотехники оказывается достаточным экранирование лишь электрических полей помех. Такими случаями могут быть следующие:

- когда экранируемое радиоустройство или наиболее его чувствительная часть (например, входная цепь радиоприемника) не реагирует на составляющую магнитного поля;

- когда поляризация электромагнитных полей помех такова, что составляющая магнитного поля ничтожно мала по сравнению ссостав-ляющей электрического поля;

- когда частота помех насголько низка, что о распространении электромагнитных волн не может идти речь и помеха распространяет свое действие на чувствительное радиоустройство или его отдельные блоки за счет электростатической индукции.

При экранировании электрических полей различных частот (высоких и низких) имеются некоторые существенно различные подходы к решению задачи экранирования. Эти специфические подходы к решению задачи отражены часто и в названии экранов. Можно отметить два условных на.звания экранов подобного типа: Квазиэлектросгатические и Электростатические экраны.

Сущность действия электростатических экранов отображена в схемах рис. 6. Как показано на рис. 6, о, имеются два проводящих тела А к Б. В цепи проводящего тела (элемента схемы радиоусгрой-ства) включен источник синусоидальной э. д. с. с амплитудой Е, а в цепи проводящего тела Б включено сопротивление Z. В тот момент времени, когда на элементе А будут положительные заряды и вокруг него возникнет электростатическое поле соответствующего направления, часть электрических силовых линий будет заканчиваться на элементе Б, индуктируя на нем отрицательные заряды. Точно также будут индуктироваться на элементе Б положительные заряды в те моменты времени, когда на элементе А будут отрицательные заряды.

Под воздействием индуктировапных в элементе Б зарядов в цепи возникнет ток /, замыкающийся через сопротивление Z на генератор (источник э. д. с). Ток / меняется с той же частотой, с какой меняется полярность зарядов на элементе А. В результате протекания тока / на сопротивлении Z.будет падение напряжения U= I-Z. Тела А и Б (элементы схем) окажутся электрически связанными между собой, т. е. элемент Б этой цепи окажется под воздействием помехи, которая создается цепью с элементом А.

Поскольку цепи элементов Аи Б оказываются связанными между собой электрическими силовыми линиями, т. е. общей частью электрического поля, создаваемого телом А, то во многих случаях эту связь лучше представлять в виде емкостной связи за счет наличия между

ними электрической емкости (конденсатора) С^, как показано на рис. 6, а. В таком случае к .чтому частному случаю можно применить элементарные методы расчета, из которых следует, что ток в цепи нагрузки Z будет .

2+ ъг..

где (О = 6,28/; / - частота, с которойменяется полярность зарядов

И -+Т+С1

Рис. 6. Схематическое изображение принципа действия электростатического экранирования.

(частота тока); падение напряжения на нагрузке

u = rz.

Очевидно, что чем ближе друг к другу будут расположены элементы схем А и Б, чем больше будут их размеры, тем больше будет емкостная связь между ними, т. е. тем больше будет емкость С^р-С другой стороны, при одной и той же величине емкости Cg связь между телами А Б будет тем большей, чем выше будет частота тока f. Сказанное следует и из выражения, определяющего величину тока по сопротивлению Z.

Если между элементами схем А я Б поместить металлический лист В, как показано на рис. 6, б, то электрические силовы-г линии, идущие от элемента А, будут заканчиваться на поверхности листа В. В результате этого иа листе В будут индуктироваться (наводиться) отрицательные электрические заряды, стекаемые через заземление и электрическая цепь генератора э. д. с. Е будет замкнута. Этим самым будет исключено воздействие элемента А на элемент Б.

Практически такой экран полностью не исключит воздействие элемента А на элемент Б. Эти элементы окажутся слабо связанными между собою за счет тех электрических силовых линий, которые поверх листа В будут заканчиваться на элементе Б. Так как эти силовые линии созданы элементом А схемы, то через сопротивление Z также потечет ток значительно меньший, чем в схеме рис. 6, а. В этом случае, между металлическим листом и элементом Б схемы будет емкостная связь за счет наличия емкости С^. С известным приближением можно считать, что емкостная связь между элементами Л и В также будет определяться величиной емкости С^. В результате ток

1<ВБ

Падение напряжения на сопротивлении нагрузки в цепи элемента В, как и прежде, можно определить в виде

V = 1 -Z.

Экранирующее действие металлической пластины В для данного частного случая можно было бы определить через отношение величин V и V.

Если же металлический лист В (экран) не будет замкнут на землю, то возникнет картина, изображенная на рис. 6, в: все электрические силовые линии, созданные элементом Л и заканчивающиеся иа левой поверхности листа В, будут индуктировать на этой стороне листа отрицательные заряды, на правой стороне листа В будут индуктироваться положительные заряды, которые в свою очередь создадут электрические силовые линии, оканчивающиеся на поверхности элемента В, индуктируя на нем отрицательные заряды. При этом связь между элементами Лий может оказаться еще более сильной, чем это было бы без экрана.

Чтобы полностью устранить свя.чь меяаду элементами Лий схемы, необходимо выполнение условий, схематически изображенных на рис. 6, г. Эти условия сводятся к следующим:

экран должен полностъю шшатти чтобы полностью перехватыват ь в е элект2итескм СШдавяе1гае'Вт11М'~Ш1ШеШом~хемы, для~чего, в пределе, BjKjjaTie

должнЬГ бьгтБ--отвер:сттга^;21Г----------.....-------

НаТёрйал экрана должен обладать по возможности большой элек-1!хш.\оъо:умоса^ £з сдцрнеииегемлейjtMiK5alnp,eA-Сгавлять минимальное см1£оти]зл еше току с частотой L. В'даввОм конкретном описанном случае ikpaii служил мерой локализации электрического поля, создаваемого элементом (телом) Л с целью уменьшения помех, действующих на элемент схемы Л. Тот же эффект экранирования имеет место и для случая устранения внешнего электрического поля помех на элемент Л при его размещении внутри экрана.

Аналогии между экранированием электрических полей и случаями емкостной связи между двумя электрическими цепями с сосредоточенными параметрами можно иллюстрировать схемами рис. 7.

Здесь на рис. 7, а показана схема емкостной связи между двумя контурами (I и П). Общее электрическое поле для обоих контуров

1 2 3 4 5 ... 11