Post on 28-Jan-2021
Curs 8
Ecraneelectromagnetice
Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ
Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ
CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM
AN UNIVERSITAR: 2019-2020
http://users.utcluj.ro/~denisad
2
Obiectivele cursului :
8.1. Introducere
8.2. Ecranarea campurilor statice
8.3. Ecranarea campurilor variabile cvasistationare
8.4. Ecranarea campurilor variabile nestaţionare
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
Cuprinsul cursului:
Insusirea notiunilor de baza referitoare la ecranarea
campurilor electromagnetic (statice si variabile).
Prezentarea tehnologiilor de realizare a ecranelor
electromagnetice.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8 2
http://www.google.ro/imgres?q=objective&um=1&hl=ro&sa=N&rlz=1T4ADRA_enRO404RO417&biw=1280&bih=822&tbm=isch&tbnid=fy3o_Br0jKkAjM:&imgrefurl=http://bownishi.com/home/our-obejctive/&docid=UOItTXQgrzSnuM&imgurl=http://bownishi.com/wp-content/uploads/2012/03/Objectives.png&w=291&h=221&ei=RvD2T_KdLIXXtAb1n83SBQ&zoom=1
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.1. Introducere
Ecranare
electrica
Ecrane
electrice
Ecranare
magnetica
Ecrane
magnetice
Ecranare
electromagnetica
Ecrane (blindaje)
electromagnetica
Atenuarea radiatie sursei de
perturbatii
Protectia receptorului fata de
radiatiile perturbatoare
3
4
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.1. Introducere
Reflexii
interne
dBQ
120lgae dBae
ecrancucamp
ecranfaracamplg20
ecranuluiabsentainexterior,campeintensitat
ecranuluiinteriorcampeintensitatQFactor de ecranare:
ATENUAREA ECRANULUI
dBaEecrancuE
ecranfaraElg20
Atenuarea ecranului in camp
electric sau in campuri cuplate
dBaMecrancuH
ecranfaraHlg20
Atenuarea ecranului in camp
magnetic
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.1. Introducere
5
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.1. Introducere
Protectia contra cuplajului prin radiatie cu ecrane
Proiectarea, realizarea si evaluarea efectelor ecranului
Modul in care ecranul este conectat la masa
6
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.1. Introducere
CAMPURI STATICE
CAMPURI VARIABILE
CAMPURI
ELECTROSTATICE
CAMPURI
MAGNETOSTATICE
CAMPURI
CVASISTATIONARE
(Lent variabile)
CAMPURI
NESTATIONARE
(Unde electromagnetice)
CAMPURI ELECTRICE CAMPURI MAGNETICE
7
8.2.1. Ecranarea campurilor electrostatice
!!! Factorul de atenuare al unui ecran conductor lipsit de imbinari, fata de
campuri electrostatice este infinit…
)/33.11ln(ln DdeE
Ea r
i
eE
0niE0
sneE
0 tite EE
21 tt EE
1
2
2
1
r
r
n
n
E
E
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.2. ECRANAREA CAMPURILOR STATICE
8
Efectul custii Faraday constă în
dispunerea sarcinii electrice dintr-un
conductor numai pe suprafaţa acestuia;
nici o sarcină electrică din exterior nu
afectează electronii din interiorul
acestuia.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Aplicatii ale custii lui Faraday
protecţia împotriva descărcărilor
electrostatice;
protecţia împotriva impulsului
electromagnetic – EMP.
protecţia împotriva interceptării radiaţiilor
electromagnetice compromiţătoare;
protecţia impotriva radiaţiilor
electromagnetice parazite;
8.2.1 Ecranarea campurilor electrostatice
VEZI: http://www.ngfl-cymru.org.uk/vtc/Phase2delivery/Wales/Science/Keystage2/Materialsandthe/MichaelFaradays/Introduction/popup.htm
9
https://www.youtube.com/watch?v=eNxDgd3D_bU
http://dli.ro/storage/poze/2012/09/02/ce-este-cusca-lui-faraday/Principiul-functionarii-custii-lui-Faraday.jpeg
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.2. Ecranarea campurilor statice
8.2.2. Ecranarea campurilor magnetostatice
!!! Un efect de ecranare prin redistribuirea 'sarcinilor' comparabil cu cel
pentru campuri electrostatice nu exista in cazul campurilor magnetostatice.
)/33.11ln(ln DdH
Ha r
i
eH
21 tt HH
1
2
2
1
r
r
n
n
H
H
10
8.3. ECRANAREA CAMPURILOR VARIABILE CVASISTATIONARE
8.3.1. Campuri electrice cvasistationare
• Ecranarea are loc similar ca la campurile electrostatice, prin redistribuirea
sarcinilor.
• La cresterea frecventei, datorita aparitiei unui defazaj, factorul de atenuare
devine finit
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 611
8.3.2. Campuri magnetice cvasistationare
8.3. Ecranarea campurilor variabile cvasistationare
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Important: Imbinările să fie şuntate pe toată lungimea prin elemente de
etanşare conductoare cu rezistenţă mică sau să fie scurtcircuitate.
21 tt HH 1
2
2
1
r
r
n
n
H
H
12
OBSERVATII
Cu cat conductivitatea materialului unui ecran este mai mare, cu atat mai mari
sunt curentii care circula prin acesta la aceleasi intensitati ale campului si cu atat
este mai mare atenuarea ecranului.
Eficacitatea ecranului pentru campuri magnetice cuasistationare tinde catre
infinit odata cu cresterea frecventei.
Valoarea factorului de atenuare al unui ecran la protectia impotriva campurilor
magnetice cuasistationare depinde de:
Frecventa
Grosimea ecranului
Conductivitate
Permeabilitate
Geometria ecranului
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.3. Ecranarea campurilor variabile cvasistationare
13
J=EI
Curenti de deplasare
Camp magnetic de reactie HRUnda incidenta
EI
HI
Camp electric solenoidal ER
Unda electromagnetică
reflectata
In peretele ecranului, campul electric incident si cel reflectat se compenseaza
reciproc
8.4. ECRANAREA CAMPURILOR VARIABILE NESTAŢIONARE
(unde electromagnetice)
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
RI EEE
0 RI EEIn peretele
ecranului:
14
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Funcţionarea ecranelor EM se poate analiza prin două metode:
1. METODA IMPEDANŢELOR
2. METODA CURENŢILOR TURBIONARI
15
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Fie un mediu:
izotrop
omogen
imobil
nepolarizat
fara sarcini
fara memorie
8.4.1. Ecuatiile de propagare ale campului EM
Ecuatiile lui Maxwell:
Ecuatiile de propagare ale
undelor EM cu frecventa
f=ω/2π
8.4. Ecranarea campurilor nestationare
16
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Constanta de propagare a undelor EM
Ecuatiile de propagare ale undelor EM –
ecuatiile lui Helmholtz
In metale:
In dielectric:
sau
Adancimea de patrundere
Constanta de
propagare in metale
8.4.1. Ecuatiile de propagare ale campului EM
17
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
(vezi demonstratie…)
Impedanta intrinseca a mediului
8.4.2.1. Unda plana (in camp departat). Impedanta intrinseca a mediului
Unda TEM (transversal
electromagnetic)
8.4.2. STUDIUL ECRANELOR EM PRIN METODA IMPEDANŢELOR
18
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.1. Unda plana. Impedanta intrinseca a mediului
19
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
A. Propagarea in medii dielectrice
Dielectric perfect:
In vid:
Impedanta intrinseca a vidului
8.4.2.2. Propagarea undelor plane in diverse medii
8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
20
Dielectric cu pierderi mici:
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.2. Propagarea undelor plane in diverse medii
21
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
B. Propagarea in medii conductoare
Mediu conductor:
In mediu perfect conductor:
8.4.2.2. Propagarea undelor plane in diverse medii
22
Conductibilitatea relativa fata de Cupru:
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.2. Propagarea undelor plane in diverse medii
23
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.3. Reflexia undelor plane la incidenţă normală. Pierderi prin reflexie
8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
24
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.3. Pierderi prin reflexie
Coeficient de reflexie pentru
campul electric:
Coeficient de reflexie pentru
campul magnetic:
In mediul 1: In mediul 2:
La suprafata de separatie (z=0)
25
Coeficient de transmisie din mediul 1
in mediul 2, pentru campul electric:
Coeficient de transmisie din mediul 1 in
mediul 2, pentru campul magnetic:
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.3. Pierderi prin reflexie
26
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Cazuri particulare:
Mediile au aceasi impedanta intrinseca
Impedanta intrinseca a mediului 2 este nula
Impedanta intrinseca a mediului 2 este infinita
Impedantele mediilor sunt oarecare
8.4.2.3. Pierderi prin reflexie
27
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Atenuarea campului EM in interiorul ecranelor, datorita reflexiilor
8.4.2.3. Pierderi prin reflexie
28
Atenuarea prin reflexie:
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Observatie: Calculele sunt facute in ipoteza unei unde perpendiculare pe ecran. Daca
unda plana este incidenta sub un unghi oarecare, atenuarea este mai mare, cu atat cu
cat departarea de la normala pe perete este mai mare.
8.4.2.3. Pierderi prin reflexie
29
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.3.4. Pătrunderea undelor în metale la incidenţă normală. Pierderi prin absorbtie
8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
30
Ecuatiile undelor (de camp electric si magnetic)
in peretele metalic cu grosime infinita
!!! Scaderea campului in metale se datoreaza curentilor turbionari, care circula
prin metal si determina pierderi de putere pe rezistenta conductorului.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.4. Pierderi prin absorbţie
31
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
In cazul ecranelor reale, o parte din unda EM incidenta
la ecran nu este reflectata, ci se propaga in adancimea
ecranului unde sufera o degradare prin transformare in
caldura.
Atenuarea de absorbtie (sau de transmisie):
8.4.2.4. Pierderi prin absorbţie
32
La IF fetele exterioara si interioara ale peretilor unui ecran sunt independente. Datorita
efectului pelicular, campurile magnetice ale curentilor care circula pe fata exterioara induc
in interior doar t.e.m. foarte slabe care forteaza aparitia unor curenti foarte mici pe fata
interioara. Fenomenul este reciproc.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.4. Pierderi prin absorbţie
33
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.5. Atenuarea totala a undelor plane în ecrane
8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
34
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Variatia impedantei de unda cu distanta de la sursa de camp EM
8.4.2.6. Ecranarea în câmp apropiat
8.4.2. Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
35
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.6. Ecranarea in camp apropiat
Impedanta intrinseca a mediului,
in camp departat
Impedanta de unda,
campul EM este creat de un dipol
36
Impedanta de unda,
campul EM este creat de o bucla de curent
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.2.6. Ecranarea in camp apropiat
37
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
A. Atenuarea campului electric apropiat
8.4.2.6. Ecranarea in camp apropiat
38
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
B. Atenuarea campului magnetic apropiat
Atenuarea prin reflexie a campului magnetic apropiat
8.4.2.6. Ecranarea in camp apropiat
39
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Daca perete ecranului are grosimea destul
de mare (g>>δ) pierderile prin absorbtie sunt
mult mai mari decat cele prin reflexie
(atenuarea componentei magnetixce se
realizeaza prin absorbie)
Pt. g
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Pierderile prin reflexie nu depind de grosimea ecranului;
Pierderile prin reflexie sunt mari pentru campuri electrice apropiate si in
unda plana;
Pierderile prin reflexie pentru campurile magnetice apropiate (in JF) sunt in
general mici;
Pierderile prin absorbtie depind de grosimea ecranului: pe o distanta egala
cu adancimea de patrundere (δ) campul este atenuat de e=2.81 ori (9dB);
Ecranarea campurilor magnetice este in general mai dificila.
Studiul ecranelor EM prin metoda impedanţelor
CONCLUZII
41
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 842
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.3. STUDIUL ECRANELOR EM PRIN METODA CURENŢILOR TURBIONARI
43
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.4.3. Studiul ecranelor EM prin metoda curenţilor turbionari
44
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
8.5.1 Materiale pentru ecrane
45
Etansari electromagnetice pentru imbinari
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
46
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
47
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
48
Etansari electromagnetice pentru imbinari
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
49
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
Tratarea orificiilor din ecrane
50
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
51
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8 52
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
Incaperi ecranate fara reflexii. Camere anechoice
8.5. Tehnologia realizarii ecranelor electromagnetice
53
Bibliografie
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8
1. E. Simion, “Antene in compatibilitatea electromegnetica”, Cluj Napoca
2. A.J. Schwab și W.W. Kȕrner, “Compatibilitate electromagnetică”, Editura Agir,
București, 2013.
3. Eugen Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de
Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor
4. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor
electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005
54
1. Ce se intelege prin ecran si care este rolul sau in cadrul echipamentelor electrice si electronice? 2. Reguli de conectare la masa, a ecranelor electrice. 3. Ecuatiile de propagare ale campului EM: ecuatiile lui Maxwell, ecuatiile de propagare ale
undelor EM, constanta de propagare a undelor EM, adancimea de patrundere. (formule,
denumiri si unitati de masura ale marimilor care intervin in formule)
4. Ce inseamna unda TEM? 5. Explicati fenomenul de pierdere prin reflexie. 6. Explicati fenomenul de pierdere prin absorbtie. 7. Atenuarea totala a undelor plane in ecrane. 8. Materiale utilizate pentru constructia ecranelor. 9. Etansari electromagnetice pentru imbinari. 10. Tratarea orificiilor din ecrane.
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 8