Електромагнітна сумісність (міжсистемні перешкоди, внутрішньосистемні перешкоди, екранування
Перешкода - непередбачений під час проектування РЕА сигнал, здатний порушити її функціонування. Внутрішні перешкоди виникають усередині апаратури, що працює. Джерелами електричних перешкод є, в основному, блоки живлення та струморозвідні ланцюги. Джерелами магнітних перешкод є трансформатори та дроселі. За наявності пульсацій вихідної напруги вторинних джерел електроживлення ланцюга розподілу електроенергії, тактуючі та синхронізуючі ланцюги слід розглядати як джерела електромагнітних перешкод. Значні перешкоди створюють електромагніти, електричні двигуни, реле та електромеханічні пристрої. Внутрішніми перешкодами є перешкоди від неузгодженості хвильових опорів ліній зв'язку з вхідними і вихідними опорами модулів, які ці лінії з'єднують, а також перешкоди, що виникають по земляних шин. Під зовнішніми перешкодами розуміються перешкоди мережі електроживлення, зварювальних апаратів, щіткових двигунів, що передає радіоелектронною апаратурою тощо, а також перешкоди, спричинені розрядами статичної електрики та атмосферними явищами. Дія на апаратуру зовнішніх перешкод за фізичною природою аналогічна до дії внутрішніх перешкод.
Приймачами перешкод є високочутливі підсилювачі, лінії зв'язку, магнітні елементи. Перешкоди проникають в апаратуру безпосередньо по проводах або провідниках (гальванічна перешкода), через електричне (ємна перешкода), магнітне (індуктивна перешкода) або електромагнітне поле. Численні провідники, що входять до складу будь-якої апаратури, можна розглядати як приймальні антенні пристрої, що приймають або випромінюють електромагнітні поля.
Основні причини, що викликають спотворення сигналів під час проходження їх по ланцюгах РЕА, такі:
а) відображення від неузгоджених навантажень та від різних неоднорідностей у лініях зв'язку;
б) погіршення фронтів та затримки, що виникають при включенні навантажень із реактивними складовими;
в) затримки лінії, викликані кінцевої швидкістю поширення сигналу;
г) перехресні перешкоди;
д) паразитний зв'язок між елементами через ланцюги живлення та заземлення;
е) наведення від зовнішніх електромагнітних полів.
Застосування екранів у РЕА. Екрани включаються в конструкцію для ослаблення небажаного поля, що обурює, в деякому обмеженому обсязі до прийнятного рівня або для локалізації, де це можливо, дія джерела полів. Можливі два варіанти захисту. У першому випадку екранована апаратура розміщується всередині екрану, а джерело перешкод поза ним, у другому - екранується джерело перешкод, а апаратура, що захищається від перешкод, розташовується поза екраном. Перший варіант зазвичай використовують для захисту від зовнішніх перешкод, другий - внутрішніх.
У РЕА функції екранів найчастіше виконують кожухи, панелі та кришки приладів блоків та стійок,
За принципом дії розрізняють електростатичне, магнітостатичне та електромагнітне екранування.
Електростатичне екрануваннязастосовується при внутрішніх перешкодах з одних функціональних модулів апаратури на інші. При введенні між модулями заземленого екрану високої провідності джерело перешкод виявиться приєднаним на землю через паразитну ємність, бажано якомога більшу, а входи та виходи схем - на відповідні паразитні ємності (зазвичай набагато менші), що повинно враховуватися схемотехніком при оцінці параметрів та характеристик схем.Екранувальний ефект полягає в шунтуванні на корпус більшої частини паразитної ємності, що є між джерелом та приймачем наведень.
Як екрани служать деталі шасі і каркасів, обшивки стійок, панелей, субблоків, касет, спеціальні листові металеві прокладки на монтажній стороні плат, блоків, субблоків і т.д.
З метою покращення екранування особливо чутливих до перешкод ланцюгів (наприклад, для передачі синхроімпульсів) на обох сторонах друкованих плат сигнальні та заземлені екранні провідники чергують таким чином, щоб проти сигнальної лінії, що проходить з одного боку плати, завжди була заземлена лінія з іншого боку плати. При цьому кожна сигнальна лінія виявляється оточеною трьома заземленими лініями, в результаті чого досягається не тільки ефективне екранування сигнальної лінії від зовнішніх перешкод, але і для корисного сигналу забезпечується подібний ланцюг від джерела до навантаження.
Екранування застосовується також для проводів вхідний та вихідний ліній, при цьому найчастіше виявляється достатнім екранувати лише вхідний ланцюг. Для усунення гальванічної перешкоди на землі екрани проводів необхідно заземлювати в одній точці. При виконанні ліній передачі друкованим способом вводяться траси, що екранують, комутовані з шиною нульового потенціалу і виконують функції екранів проводів.
Магнітостатичне екранування.Завдання екранування зводиться до зменшення або повного усунення індуктивного зв'язку між джерелом та приймачем перешкоди. Якщо магнітний потік перетинає контур, утворений провідником, то контурі наводиться перешкода. Для повного усунення або зменшення напруги перешкоди, що наводиться в контурі, необхідно:
- помістити контур у екран;
- орієнтуватийого так, щоб магнітні силові лінії поля не перетинали контур, а проходили вздовж нього;
- Зменшити площу контуру.
Магнітні екрани виконують як із феромагнітних, так і немагнітних металів. Феромагнітні матеріали з великою магнітною проникністю мають малий магнітний опір, в результаті чого лінії магнітного поля будуть шунтовані матеріалом екрану, і простір всередині екрану не піддаватиметься впливу магнітного поля. Магнітне екранування тим ефективніше, чим більша магнітна проникність екрану і товщі екран. При виборі матеріалу екрана необхідно пам'ятати, що магнітна проникність зі збільшенням частоти поля зменшується, і це впливає на ефективність екранування. Феромагнітні матеріали ефективно захищають апаратуру в діапазоні частот від 0 до 10 кГц.
Дія екрана з немагнітного металу ґрунтується на витісненні зовнішнього магнітного поля із внутрішнього простору приладу матеріалом екрана. Зовнішнє змінне магнітне поле створює індукційні вихрові струми в екрані, магнітне поле яких спрямоване назустріч зовнішньому полю всередині екрану. У екранів з немагнітних металів ефективність екранування підвищується із збільшенням товщини та провідності матеріалу екрану. Магнітне поле частотою понад 10 МГц досить надійно екранується, якщо на діелектричний кожух наноситься мідне або срібне покриття завтовшки не більше 100 мкм. Товщина немагнітного екрану може у кілька разів перевищити товщину феромагнітного, що забезпечує фіксовану частоту однакове ослаблення. Використання феромагнітного матеріалу дозволяє значно зменшити масу екрану. При екрануванні магнітного поля заземлення екрана не є обов'язковим, оскільки воно не впливає на якість екранування.
ОднакПеред тим як конструювати екран, необхідно передбачити всі заходи, щоб позбавитися перешкоди більш простим і дешевим способом. Наприклад, зменшення площі контуру, що перетинається силовими лініями магнітного поля, отримують укладанням сигнальних провідників безпосередньо по заземленим монтажним панелям модулів.
Електромагнітне екрануванняохоплює діапазон частот від 1 кГц до 1 ГГц. Дія електромагнітного екрана заснована на відображенні електромагнітної енергії на межах діелектрик-екран та її згасання в товщі екрану. Згасання в екрані пояснюється тепловими втратами на вихрові струми в матеріалі екрану, відображення - невідповідністю хвильових параметрів матеріалу екрану та навколишнього середовища. Для нижньої межі частотного діапазону першорядне значення набуває відображення, для верхньої межі - поглинання електромагнітної енергії.
Електромагнітне екранування виконується як немагнітними, і магнітними металами. Немагнітні метали високої провідності можна ефективно використовувати в низькочастотній частині спектру, феромагнітні матеріали високої магнітної проникності та електричної провідності – у всьому частотному діапазоні електромагнітного поля. Товщина екрану має бути якомога більшою. Для частот менше 1 МГц хороші результати дають мідні та алюмінієві екрани, а при частотах вище 1 МГц – екрани із сталі. Однак найкращі результати можна отримати при застосуванні багатошарових екранів - шарів магнітних і немагнітних металів, що послідовно чергуються.