Электромагнитные экраны предназначаются для локализации в некотором объёме пространства полей, создаваемых излучателями электромагнитной энергии с целью ослабления или исключения воздействия излучателей на чувствительные элементы РЭА и аппаратуры в целом. В зависимости от назначения различают экраны с внутренним возбуждением электромагнитного поля, в которые обычно помещается источник помех, и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства. В первом случае экран предназначен для локализации поля в некотором объёме, во втором — для защиты от воздействия внешнего поля.

Для оценки функциональных качеств экрана могут быть использованы различные характеристики. Наиболее обобщенной является эффективность экранирования. Под этим понимают отношение действующих значений напряженности электрического поля Е₁ (магнитного поля Н₁) в данной точке при отсутствии экрана и напряженности электрического поля Е₂ (магнитного поля Н₂) в той же точке при наличии экрана

(1)

Здесь эффективность выражается в относительных единицах (разах). На практике её обычно представляют в логарифмических единицах — децибелах (дБ)

. (2)

Кроме этого существует коэффициент экранирования , который изменяется от 1 до 0, показывая максимальный эффект экранирования.

При необходимости оценить общую эффективность экранирования исходя из допустимой величины ЭДС помехи, наводимой в цепях РЭА, пользуются эквивалентной действующей высотой устройства:

(3)

где U_н — действующее значение ЭДС помехи, наводимой на элементы, расположенные внутри экрана, В;

Е₁ — действующее значение напряженности внешнего поля, В/м.

Учитывая, что ЭДС помехи пропорциональна напряженности поля внутри экрана, находим:

. (4)

Второй характеристикой качества экрана является мера его воздействия на параметры экранируемых элементов, определяемая количественно коэффициентами реакции экрана. Относительные изменения параметров экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов:

(5)

где А_Эij — значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана; А_0ij — значение первичного i-го параметра j—го элемента при отсутствии экрана. Каждый из коэффициентов P_ij является коэффициентом реакции экрана на i-й параметр j-го элемента.

Поскольку, основной характеристикой экрана является его эффективность, методика инженерного расчета должна исходить из зависимостей этой характеристики от длины волны l, модуля волнового сопротивления диэлектрика Z относительно длины волны, материала экрана, от параметров, которые определяют геометрические размеры экрана и качество конструкции. Получить такие зависимости только теоретически очень сложно. Поэтому обычно прибегают к обработке экспериментальных данных и построению на этой основе формул для расчета эффективности экранирования в широком диапазоне частот. Наиболее удобным как для построения самой расчетной формулы, так и для её использования является выражение эффективности экранирования произведением ряда сомножителей, каждый из которых определяет влияние одного из факторов или одной группы близких факторов. В результате получим выражение

(6)

где d — глубина проникновения, м; r — удельное сопротивление материала экрана, Ом?м; Z_E(H) — волновое сопротивление электрического (магнитного) поля; R_Э — эквивалентный радиус экрана, м; a — расстояние между центрами отверстий и щелей в экране, возникших из-за несовершенства его конструкции и технологии изготовления, м; m — наибольший размер отверстия (щели) в экране, м; d — толщина материала экрана, м.

Очевидно, что m > 0, a и m — случайные величины. Анализ показал, что среднее значение сомножителя для обычного техпроцесса и высокого качества монтажа близко к 0,024. Поэтому выражение (6) можно представить в виде:

. (7)

Эта формула является наиболее общей и полностью характеризует процесс электромагнитного экранирования реальных экранов.

Основным фактором экранирования в реальных конструкциях РЭА является отражение электромагнитной волны от поверхности экрана из-за различия его поверхностного сопротивления и волнового сопротивления поля, определяемого как .

Формула (7) применима для широкого диапазона длин волн, пока l > mp. При l®mp множитель резко уменьшается и эффективность экранирования становится незначительной. Этот множитель определяет эффективность экрана, обусловленную его геометричностью.

Для дальнейших расчетов необходимо выбрать тип экрана и материал, из которого в дальнейшем будет изготовлен экран.

Выберем для данного устройства экран, изготовленный из перфорированного материала — листовой стали. Экран одновременно является корпусом устройства. В этом случае, когда размер а и диаметр отверстия D являются параметрами перфорации, выражение (7) примет вид:

(8)

Формула (8) применима при a > D и существовании щелей в экране с m < l/p, не связанных с размером отверстия перфорации. Множитель в зависимости от соотношения между a и D может изменяться в пределах от 1 до 0. Если параметры перфорации таковы, что диаметр D больше размера случайной щели, то в и вместо m подставляется D, т.е. эти множители записываются, как и . В случае, а>>D выражения (7) и (8) идентичны.

Зададим геометрические размеры и параметры экрана:

b = 0,159 м — длина экрана

l = 0,130 м — ширина экрана

h = 0,120 м — высота экрана

a = 4*10^{-3 м — расстояние между центрами отверстий и щелей в экране}

D = 2*10^{-3 м — диаметр отверстия}

m = 2*10^{-3 м — наибольший размер отверстия (щели) в экране}

d = 1*10^{-3 м — толщина материала экрана}

Листовой стали присущи следующие параметры:

r = 1*10^-7 Ом?м — удельное сопротивление материала экрана.

Z₀ = 377 — удельное волновое сопротивление электрического поля

=180

(9)

где d — глубина проникновения, м

Для расчета экранирования также необходимо найти:

(10)

где: — эквивалентный радиус экрана, м

b — длина экрана, м

l — ширина экрана, м

h — высота экрана, м

(11)

где: — волновое сопротивление электрического поля

— длина волны электромагнитного поля, м

Z₀ — удельное волновое сопротивление электрического поля

— эквивалентный радиус экрана, м

Величину примем равной 3*10³м

Пользуясь формулой (9) найдем глубина проникновения.

d =1,29*10^-3м

Пользуясь формулой (10) найдем эквивалентный радиус экрана

= 0,084 м

Пользуясь формулой (11) найдем волновое сопротивление электрического поля

=2.14*10⁶ Гн/м

Анализируя геометрические параметры экрана: величина a > D и щели в экране с m < l/p , воспользуемся для расчета эффективности экранирования формулой (8):

Данная величина показывает, что эффективность экранирования деталей данного устройства от внешней среды достаточно велика и, следовательно, внешние помехи, которые могут отрицательно повлиять на функционирование устройства, не будут оказывать на него сильного воздействия.