3.8 Экранирование

Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабелей от помех является экранирование.

По конструкции и принципу действия различают экраны защищающие от внешних и внутренних (взаимных) помех. Для защиты от внешних помех кабель поверх сердечника покрывают металлическими оболочками. Экраны, защищающие от взаимных помех являются составным элементом самого кабельного сердечника. В этом случае цепи с высоким уровнем передачи размещаются внутри экрана и обеспечивается взаимность организации высокочастотной связи по однокабельной системе (прокладывается 1 кабель). При однокабельной связи экраны электрически делят цепи прямого и обратного направлений и исключают взаимные помехи.

По принципу действие экраны подразделяют на

1. Электростатические

2. Магнитостатические

3. Электромагнитные

• Интенсивные электрические поля создаются в цепях с большим сопротивлением, высокой напряженностью и малым током

• Сильные магнитные поля - низкое волновое сопротивление, большой ток и малый перепад напряжения .

Электростатические и магнитостатические экраны, действующие по принципу замыкания соответствующих полей, из-за повышенных электрической и магнитной проводимостей их материалов эффективны лишь в области низких частот. В области высоких частот требуемый эффект достигается за счет электромагнитных экранов.

Действие электромагнитных экранов основано на явлении отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания высококачественной энергии в металлической толще экрана.

Затухание энергии на экране обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металле. Чем выше частота, толще экран, тем больше затухание.

Отражение энергии связанно с несоответствием волновых характеристик диэлектрика и металла. Чем больше различаются волновые сопротивления диэлектрика и металла, тем сильнее сказывается эффект экранирования за счет отражения.

Рис.1 Отражение электромагнитной энергии от границ кабеля

Электромагнитная энергия поля помех W, достигнув экрана частично проходит через него, при этом затухая в толще экрана, а частично отражается от него: W⁰¹ (граница диэлектрик – экран)

На второй границе ( экран – диэлектрик) происходит вторичное отражение энергии W⁰², и лишь остаток энергии проникает в заэкранированное пространство W^э.

В результате прохождения через экран энергия уменьшается с W до Wэ. Здесь явление отражения представлено упрощенно. В действительности имеет место процесс многократного отражения энергии от границ диэлектрик – экран – диэлектрик. В реальных условиях экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем в отдельных условиях может преобладать та или иная компонента поля. Обычно поле имеет выраженный характер электрического или магнитного вблизи своего источника – на расстоянии порядка длины волны. Для частоты 10⁹ Гц   0,3 м, для частоты 10⁶ Гц   300 м. Поэтому во многих случаях экранирования приходится иметь дело с преимущественным влиянием электрического или магнитного полей.

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования S, представляющем собой отношение напряженности электрического и магнитного поля в какой либо точке пространства при наличии экрана (Е^Э ,Н^Э) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е , Н).

Коэффициент экранирования S может находиться в пределах от 0 (полное экранирование) до 1 (отсутствие действия экрана).

Выражение для коэффициента экранирования получается из решения уравнений Максвелла. Коэффициент экранирования однослойного цилиндрического экрана относительно электрических и магнитных полей вычисляется по формуле

Здесь ;; Sп – коэффициент экранирования поглощения; So – коэффициент экранирования отражения; - коэффициент вихревых токов, [1/м]; t – толщина экрана; - волновое сопротивление металла; - волновое сопротивление в диэлектрике для электрического поля; - волновое сопротивление в диэлектрике для магнитного поля;

В технике связи принято оценивать экранирование не через коэффициент экранирования S, а через экранное затухание А_э.

А_п – затухание поглощения; Ао – затухание отражения;