1

SUPORT TEORETIC PENTRU CURS 7

Ecrane electromagnetice

Introducere: Un cuplaj parazit frecvent este prin radiaţie, când energia se transferă atât

prin câmp electromagnetic care se propagă în spaţiu sub formă de unde

electromagnetice (UEM).

Protecţia contra cuplajului prin radiaţie se realizează cu ecrane

electromagnetice.

Problema ecranării, ca mijloc de protecţie contra cuplajului prin radiaţie comportă două

aspecte:

(a) proiectarea, realizarea şi evaluarea efectelor ecranului şi

(b) modul in care ecranul este conectat în circuit, la masă.

Cele două probleme sunt la fel de importante, practica arătând că un ecran bine realizat dar

greşit legat la masă determină prezentă unor perturbaţii mai mari decât în lipsa ecranului.

Obiective: Insusirea notiunilor de baza referitoare la ecranarea campurilor

electromagnetic (statice si variabile).

Prezentarea tehnologiilor de realizare a ecranelor

electromagnetice.

Durata medie de studiu individual: 2 ore

2

1. Campurile electrostatice:

La introducerea unei sfere goale conductoare in camp electrostatic, asupra sarcinilor

electrice din materialul ecranului actioneaza forta electrostatica F= =qE, care provoaca o

redistribuire a acestora ce se incheie cand componenta tangentiala a intensitatii campului electric

la suprafata exterioara a ecranului devine nula si astfel nu mai exista nici un motiv de deplasare a

sarcinilor electrice pe suprafata ecranului.

In mod logic liniile de camp electric vor fi atunci normale la suprafata ecranului. Campul

sarcinilor redistribuite si campul exterior perturbator se anuleaza reciproc in orice punct din

interiorul ecranului. Se poate arata ca acest efect nu apare numai in cazul unei sfere goale, ci la

orice corp conductor gol, indiferent de forma sa.

Factorul de atenuare al unui ecran conductor lipsit de imbinari, fata de campuri

electrostatice este infinit, ceea ce face inutila calcularea lui in fiecare caz in parte.

Cu ajutorul legii fluxului electric, se obtin componentele normale ale intensitatii campului

electric in interiorul si in exteriorul ecranului:

unde ρs este densitatea superficiala a sarcinilor electrice. Pentru componentele tangentiale ale

campului electric conform celor aratate mau sus, este valabila relatia:

In final, trebuie mentionat daca invelisurile dielectrice poseda un anumit efect de ecranare

fata de campurile electrostatice. La fel cum un flux magnetic este condus printr-un circuit

magnetic realizat dintr-un material cu permeabilitate ridicata, si fluxul electric ψ este condus

printr-un dielectric cu permitivitate ridicata. Datorita refractiei liniilor de camp electric, la

suprafata de frontiera dintre cele doua medii, fluxul electric va trece mai ales prin peretele sferei,

in cazul unui raport mare intre grosimea peretelui d si diametrul sferei D, fig.10.4.

Factorul de atenuare al ecranului in Neperi:

3

2. Campuri magnetostatice

Un efect de ecranare prin redistribuirea 'sarcinilor' comparabil cu cel pentru campuri

electrostatice nu exista in cazul campurilor magnetostatice. De exemplu, ecranul de cupru al

cablurilor coaxiale nu are efect de ecranare asupra campurilor magnetostatice. Totusi, in acelasi

mod in care campurile electrostatice pot fi atenuate prin ecrane dielectrice de mare permitivitate,

si campurile magnetostatice pot fi ecranate prin invelisuri feromagnetice cu permeabilitate

magnetica ridicata. In cazul ecranelor cu pereti grosi si permeabilitate inalta, datorita refractiei

liniilor de camp la suprafata de separatie dintre cele doua medii, fluxul magnetic circula cu

precadere prin pereti. Atenuarea in Neperi:

Materiale pentru ecrane

Pentru ecrane se folosesc toate materialele care prezinta, pentru fluxul unui anumit tip de

camp, o conductivitate suficient de mare sau care sunt in stare sa creeze campuri de reactie prin

influenta sau inductie. Cel mai des se utilizeaza ecrane din materiale neferoase si din materiale

feromagnetice.

Filtre de retea si pamantari

Eficacitatea unei bune incinte ecranate va fi imediat redusa la zero daca un singur

conductor patrunde nefiltrat din spatiul perturbat in spatiul ecranat, iar acolo actioneaza ca antena.

Un ecran poate sa-si indeplineasca rolul numai atunci cand toate conductoarele de alimentare cu

energie, ca si cele de comanda care intra si ies din incinta ecranata, sunt prevazute cu filtre.

Conductoarele pentru semnalul de masura care, in afara incintei ecranate, sunt ferite de perturbatii

datorita ecranelor cablurilor, pot fi introduse nefiltrate in incinta ecranata. Ecranul cablului de

masura poate fi considerat ca o prelungire a spatiului ecranat pe care conductoarele de masura,

practic, nu l-au parasit. Pentru conductoarele de alimentare cu energie exista filtre de retea care, in

majoritatea cazurilor, sunt formate din mai multe componente elementare, asamblate astfel incat

sa aiba efect de filtrare in anumite domenii de frecventa. Rigletele elastice de contact ale usilor,

ferestrele fagure si filtrele de retea trebuie sa fie foarte bine corelate unele cu altele. Toate aceste

filtre, legaturi de pamantare si conexiuni ale ecranelor cablurilor trebuie sa fie amplasate intr-o

singura zona, foarte apropiate unele de altele, pentru eliminarea curentilor de egalizare in peretele

ecranului, fig.10.7.

4

Pentru asigurarea unei legaturi de rezistenta mica a tuturor ecranelor cablurilor si a pamantarii

incintei, se recomanda intarirea peretelui ecranului in zona comuna de patrundere, printr-o placa

masiva de cupru. In cazul din fig.10.7.b, eventualii curenti perturbatori din ecranele cablurilor si

din sistemul de pamantare circula prin pereti metalici ai incintei ecranate si produc in interiorul

acesteia un camp magnetic perturbator

Un ecran inchis nu are nevoie de pamantare pentru a-si indeplini functia de ecranare. Din

contra, o legatura de punere la pamant falsifica formarea libera a campului de reactie compensator

produs prin influenta sau inductie si reduce eficacitatea ecranarii (exceptie - paravanele metalice

puse la pamant impotriva campurilor electrice perturbatoare cvasistationare).

Incaperi ecranate

Incaperile ecranate fie pentru evitarea interferentelor electromagnetice exterioare in cazul

masuratorilor sensibile, fie pentru limitarea in spatiu a emisiilor perturbatoare la zona in care se

produc; adesea ambele functiuni sunt combinate. Un exemplu tipic pentru aceasta dubla

functionalitate il formeaza laboratoarele de inalta tensiune ecranate, in care, pe de o parte trebuie

sa se execute masuratori foarte sensibile de descarcari partiale, iar pe de alta parte, incercarile la

impuls de tensiune de trasnet nu trebuie sa incarce suplimentar mediul inconjurator cu trasnete

'sintetice'.

Din punct de vedere constructiv, incaperile ecranate sunt realizate prin placarea spatiilor

respective cu fasii din folie de cupru lipite intre ele, prin constructii sudate autoportante din tabla

de otel sau prin constructii modularizate obtinute din elemente prefabricate.

Incaperi ecranate fara reflexii - Camere anechoice

Undele electromagnetice produse in interiorul incaperilor ecranate sufera reflexii datorita

peretilor acestora. Undele reflectate se suprapun peste undele incidente formand unde stationare cu

noduri si ventre pronuntate. Repartitia spatiala a campului devine puternic neomogena si

rezultatele masuratorilor de emisii perturbatoare sau de imunitate la perturbatii vor depinde, intr-o

maniera neprevazuta, de frecventa, de dispunerea in spatiu a obiectelor de incercat si a antenelor.

Pentru evitarea influentei perturbatoare a reflexiilor astfel produse, incaperile ecranate

5

pentru masurarea CEM sunt placate in interior cu elemente absorbante. Absorbantii realizeaza o

adaptare de impedanta continua si lipsita de reflexii intre impedanta de unda a interiorului incintei

(Zo = 377Ω) si impedanta de unda a peretilor ecranului (Zl = 0). De aceea masuratorile in camere

anechoice permit realizarea in interior a masuratorilor de camp efectuate pana acum numai in aer

liber.

Elementele absorbante sunt realizate din dielectrici sau feromagnetici cu pierderi, in care o parte

importanta din energia electromagnetica incidenta se transforma in caldura. In majoritatea

cazurilor se foloseste spuma poliuretanica impregnata cu vopsea conductoare pe baza de carbon.

Uneori, placarea peretilor se realizeaza din placi de ferita. Elementul absorbant din spuma

poliuretanica are, in majoritatea cazurilor, forma de piramida astfel incat undele electromagnetice

au ocazia sa intalneasca multiple suprafete absorbante si sa fie absorbite cvasitotal intre piramide.

Tehnica masurarii emisiilor perturbatoare

Masurarea emisiilor perturbatoare identifica si cuantifica energia electromagnetica cedata de

emitatoare, respectiv de sursele de perturbatii, in mediul inconjurator si permite confirmarea

incadrarii perturbatiilor in valorile limita prevazute in normele specifice. In afara de aceasta,

masuratorile respective servesc pentru: determinarea nivelului de zgomot de fond in zone

determinate ale mediului, depistarea unor surse perturbatoare, punerea in evidenta a punctelor

slabe ale aparatelor insuficient antiparazitate si in general, protejarea spectrului electromagnetic

util.

Terminologia utilizata in tehnica de masurare a emisiilor perturbatoare este in mare

masura influentata de tehnica clasica a masurarii perturbatiilor radio. Fata de aceasta, tehnica

generala a masurarii perturbatiilor care include domeniile noi care nu servesc mijloacelor de

comunicatie (electronica industriala, electromedicina, electronica de pe autovehicule etc.), se

deosebeste in principal prin evaluarea diferita a marimilor perturbatoare si prin tehnica de

masurare a imunitatii la perturbatii.

Masuratorile de emisii pun in evidenta:

- tensiuni si curenti perturbatori;

6

- intensitatea de camp perturbator;

- puteri perturbatoare.

3.2. Atenuarea prin reflexie

La incidenta unei unde electromagnetice cu o suprafata de separare a doua medii primul

fiind spatiul liber, iar cel de-al doilea - ecranul, cele doua componente, campul electric 1 si

campul magnetic, transmise in ecran, sufera modificari care se apreciaza prin intermediul

compararii impedantelor celor doua medii.

Impedanta de suprafata sau de bariera este definita prin raportul celor doua campuri:

(3.2)

si se masoara in Ω/ (ohm/patrat).

In curent continuu sau la frecvente joase, impedanta de suprafata devine pur rezistiva

expresia rezistentei de suprafata se poate deduce considerand un conductor in forma de placa

patrata de latura a si grosimea g, rezultand:

(3.3)

unde: σr este conductivitatea ecranului raportata la cupru.

La frecvente ridicate, impedanta de suprafata a unui ecran devine independenta de

grosimea ecranului si are expresia:

(3.4)

La frecvente ridicate, cand este adancimea de patrundere),

impedanta de suprafata este aproximativ egala cu impedanta intrinseca a ecranului definita prin

relatia:

(3.5)

In figura 3.2 este prezentata variatia impedantei de suprafata in functie de frecventa.

7

Pierderile prin reflexie sunt importante in cazul neadaptarii intre impedantele celor doua

medii. La reflexia de tip spatiu liber/ecran, componenta tangentiala a campului electric si

componenta normala a campului magnetic sunt nule la suprafata de separare (se spune ca

suprafetele conductoare sunt aspiratoare de camp electric si patinatoare de camp .magnetic). De

asemenea, reflexia creste cu o, adica este mai buna pentru ecranele din aluminiu si cupru si mai

slaba pentru ecranele din fier.

Pentru deducerea intensitatii campului transmis se vor considera urmatoarele relatii:

(3.6)

(semnul „-” de la Er apare din cauza schimbarii fazei campului reflectat).

Inlocuind ultimele relatii in prima, se obtine:

de unde:

In tabelul 3.1 sunt prezentate valorile pentru campurile transmise, respectiv reflectate de un

ecran.

8

Pe baza acestor relatii se deduce atenuarea prin reflexie:

(3.6)

Tabelul 3.1

In cazul in care incidenta undei se face sub unghiul α fata de normala, atenuarea prin

reflexie devine:

(3.7)

Revenind la relatia (3.6), in camp indepartat undele sunt plane si impedanta mediului „l”

este chiar impedanta caracteristica a spatiului liber Z0 = 377 Ω; in acest caz, atenuarea de reflexie

se poate scrie:

(3.8)

9

sau pentru materialele nemagnetice, bune conducatoare (aluminiu, cupru):

(3.9)

Pentru zona de camp apropiat se disting doua cazuri:

1) Cazul unui cuplaj capacitiv, asociat unor tensiuni mari in antena, conduce la impedante

ale mediului de ordinul kiloohmilor care scade la circa 377 Ω la o distanta de λ/2π fata de

emitator. In acest caz, impedanta mediului are expresia:

(3.10)

unde: d este distanta dintre emitator si victima.

Corespunzator, atenuarea prin reflexie va fi:

(3.11)

sau pentru materialele bune conducatoare, ca: aluminiu, cupru etc.:

. (3.12)

2) Cazul unui cuplaj inductiv, corespunzator unor curenti mari in antena, conduce la

impedante reduse ale mediului, de ordinul zecilor de ohmi; in acest caz impedanta mediului este:

(3.13)

iar atenuarea prin reflexie va fi:

(3.14)

Atenuarea prin reflexii multiple este corelata cu atenuarea prin absorbtie care, asa cum se

va vedea in continua depinde de adancimea de patrundere campului in material.

Atenuarea, prin reflexii multipli este introdusa in calculul absorbtiei total prin intermediul

unei corectii C in conformitate cu figura 3.3. Daca atenuare prin absorbtie este mai mare decat 6

dB, corectia pentru atenuarea prin reflex multiple este 0 dB.

10

3.3 Atenuarea prin absorbtie

Fenomenul de absorbtie a undelor in ecranele conductoare are la baza transformarea;

energiei acestora in caldura ca urmare a aparitiei curentilor turbionari; atenuarea campurilor

datorata absorbtiei se produce dupa o lege exponentiala:

(3.15)

unde: - d reprezinta distanta pe care are loc atenuarea prin absorbtie,

- δ este adancimea patrundere a campului in material.

Rezulta ca factorul de atenuare prin absorbtie va avea expresia:

(3.16)

adica o atenuare de circa 9 dB pentru fiecare δ din grosimea materialului.

Prin urmare, atenuarea prin absorbtie depinde de adancimea de patrundere, este

proportionala cu grosimea ecranului si respectiv - prin δ - cu radicalul frecventei, permeabilitatii si

conductivitatii ecranului.

Datorita cresterii atenuarii prin absorbtie in functie de frecventa, la peste l MHz, ecranele

conductoare reprezinta bariere deosebit de eficace atat pentru campurile electrice, cat si pentru

campurile magnetice sau electromagnetice; atenuarea totala At a unui ecran rezulta prin insumarea

atenuarilor prin reflexii si prin absorbtie (in dB):

11

(3.17)

In figura 3.4 este prezentata atenuarea unor ecrane in functie de frecventa; din figura se

observa ca pierderile datorate atenuarii sunt mai mari la materialele magnetice, cu conditia ca

acestea sa nu se satureze.

Consideratiile prezentate anterior au fost facute pentru ecrane ideale si de suprafata

infinita, in realitate Atenuarea totala nedepasind 200 dB, ea fiind diminuata de aperturile si

discontinuitatile existente in ecran.

Trebuie retinut ca ecranul electric actioneaza prin echipotentialitate si el trebuie sa fie legat

in mod obligatoriu la masa pentru a permite scurgerea curentilor capacitivi; la frecvente inalte,

campul electric si campul magnetic sunt cuplate, atenuarea celor doua campuri devenind egala,

numai eventualele reflexii putand modifica local aceasta egalitate.

Cele mai complicate probleme apar la ecranarea campurilor magnetice de joasa frecventa

deoarece reflexia este slaba; ecranarea, in acest caz, se poate realiza cu materiale magnetice care

sa aspire campul magnetic, eventual cu mai multe ecrane suprapuse (constructia in forma de

papusa ruseasca).

Campurile din suprafata ecranului nu sunt constante, ele concentrandu-se in vecinatatea

decuparilor si prezentand efecte de umbra in concavitati. in figura 3.5 este prezentata structura

campurilor electric si magnetic in zona unei decupari; in zonele marcate cu B campul electric este

intens - reprezentand zone cu densitate mare de curent (zona calda) in timp ce zona marcata cu A

este o zona cu densitate redusa de curent (zona rece), recomandata pentru plasarea cablurilor.

Scaderea eficientei ecranului din cauza aperturilor depinde de raportul dintre dimensiunile

acestora si λ/2, dar si de frecventa semnalului perturbator corelata cu zona de camp (dependenta

liniara pentru campul apropiat si respectiv, patrata, pentru campul departat), in cazul in care

decuparile sunt absolut necesare se recomanda sa se confectioneze sub-ecrane sau structuri de tip

fagure.

12

De retinut ca in curent continuu, campul magnetic nu poate fi atenuat, dar poate fi cel mult

deviat!

3.4. Materiale folosite pentru ecranare

Asa cum s-a aratat in paragrafele anterioare, ecranarea se poate face cu materiale

conductoare magnetice sau nemagnetice; in cazul in care se doreste ecranarea campurilor

magnetice de joasa frecventa este obligatorie folosirea materialelor magnetice.

Ecranarea cu µ - metal se foloseste pentru incinte cu dimensiunile sub l m, grosimea

materialului fiind de cel mult cativa mm. Deoarece permeabilitatea relativa a acestui material este

foarte mare, de ordinul zecilor de mii, exista pericolul saturarii, ceea ce conduce la cresterea

grosimii ecranului. Permeabilitatea magnetica relativa scade in cazul prelucrarii, socurilor sau

vibratiilor, putand reveni prin tratamente termice (incalzire la 1100°C si racire lenta). Este un

material scump si are proprietati conductoare mai slabe.

Fierul moale este laminat la cald si are un continut de carbon si azot sub 200 ppm;

permeabilitatea relativa este de circa 5000, de unde rezulta ca poate fi echivalat cu un ecran din µ -

metal de 4 ori mai subtire. Este ieftin, putand fi folosit la realizarea unor ecrane mari si are o

conductivitate electrica relativ buna.

La frecvente de peste l MHz se folosesc de obicei ecrane nemagnetice din aluminiu, au

cupru sub forma de tabla, folie, hartie aluminizata etc.

3.5. Ecranarea la inalta frecventa

O data cu cresterea frecventei cresc si pierderile in ecran, si deci, eficienta acestuia;

principala problema care apare in acest caz este legata de radiatia fantelor, adica a orificiilor,

imbinarilor si decupajelor practicate in ecran.

Astfel, pentru o decupare in forma dreptunghiulara (figura 3.6), in primul rand se modifica

distributia curentului din ecran; datorita modificarii densitatii de curent din fata murdara a

13

ecranului, fanta genereaza un camp electric perpendicular pe lungimea fantei si un camp magnetic

paralel cu aceasta.

Impedanta campului electromagnetic radiat este mica, predominant magnetica; astfel,

fantele din ecranele subtiri prezinta pana la frecventa de rezonanta (l = λ/2) o caracteristica

inductiva, si anume L = 1 nH/cm, adica de circa 10 ori mai mica decat cea a unui conductor de

aceeasi lungime, aproape independenta de inaltimea si grosimea ecranului.

Reducerea influentei fantelor se face prin contact electric (lipire, sudura, prindere cu

suruburi) sau prin efect de obstacol obtinut prin suprapunerea marginilor placilor ce trebuiesc sa se

imbine. Prinderea cu suruburi este cea mai practica metoda care permite compensarea

neregularitatilor mecanice si exercita o presiune mecanica relativ redusa; sunt durabile in timp,

simple la instalare si intretinere, si au un cost redus. Trebuie retinut ca imbinarile, ca si aperturile,

reduc eficienta ecranarii cu circa 10 - 20 dB; atat imbinarile, cat si aperturile, trebuie sa fie astfel

orientate in raport cu curentii din ecran incat perturbarea acestora sa fie minima. De asemenea,

conductoarele, daca nu este posibil sa fie cat mai departe de imbinari sau aperturi, se recomanda sa

fie asezate de-a lungul acestora.

Eficacitatea suprapunerii ecranelor depinde de grosimea acestora, distanta dintre ele,

precum si de suprafata zonei de suprapunere, in concluzie, fantele reduc eficienta ecranarii, ele

comportandu-se ca niste veritabile antene, efectul lor putand fi atenuat prin masuri constructive

adecvate.

Din punct de vedere constructiv ecranele pot fi: placi (chiar pelicule metalice) sau cutii.

Principiul de actionare a placilor in calitate de ecran se bazeaza pe realizarea unui plan imagine

conductor care produce un efect reductor asupra zonei ecranate, in ceea ce priveste ecranele

realizate sub forma unor cutii metalice, trebuie sa se tina seama de faptul ca o cavitate goala

prezinta o serie de frecvente proprii de rezonanta, f0, in MHz, data de expresia:

14

(3.18)

unde: l, h si w sunt dimensiunile in m ai incintei (considerate paralelipipedice), iar k, m si n

numere intregi. In practica cea mai suparatoare este frecventa minima de rezonanta a carei valoare

este data de relatia:

(3.19)

3.6. Ecranarea cablurilor

In cele mai multe cazuri practice cablurile reprezinta antene de emisie/receptie mult i

eficiente decat cutia echipamentelor. Pentru reducerea efectelor perturbatoare ale campurilor ;luate

sau emise de acestea se folosesc cabluri ecranate; in continuare vor fi tratate principalele >ecte

legate de ecranarea cablurilor coaxiale.

3.6.1. Ecranarea in camp electric la cablurile coaxiale

In practica pot fi considerate doua moduri de conectare pentru cablurile coaxiale, asa m se

prezinta in figura 3.7. Astfel, in primul caz, ecranul nu este conectat la masa; considerand ca ZS →

∞ si C2 » C1 , Cm, rezulta ca tensiunea aplicata impedantei de sarcina, Ue, provenita de la tensiunea

perturbatoare, Up, va fi:

(3.20)

15

In cazul al doilea capacitatea proprie a cablului C2 apare in paralel pe impedanta de

sarcina; daca C2 » C1, efectul tensiunii perturbatoare asupra impedantei de sarcina este redus,

curentul perturbator, ie, fiind obligat sa se scurga prin impedanta tresei la masa.

In mod normal atenuarea cablurilor coaxiale la actiunea campului electric este de ordinul

80 - 120 dB.

3.6.2. Ecranarea in camp magnetic la cablurile coaxiale

Daca se considera un fir sursa parcurs de curentul i si cablul coaxial victima (figura 3.8), se

constata existenta a doua cuplaje inductive, unul fata de tresa (ecran), Me si unul fata de

conductorul central, Mc. Deoarece se poate considera Me ≈ Le, rezulta ca tensiunea de iesire va

avea expresia:

(3.21)

ceea ce arata ca un cablu coaxial, din cauza impedantei ecranului, se comporta ca un filtru de tip

trece sus de ordinul I avand frecventa de taiere data de relatia:

(3.22)

In practica, frecventa de taiere a filtrului corespunzator cablului coaxial este de circa l kHz

si depinde de constructia cablului.

3.6.3. Impedanta de cuplare la cablurile coaxiale

Schema echivalenta pentru deducerea impedantei de cuplare sau transfer a cablurilor

coaxiale este prezentata in figura 3.9. Trebuie retinut ca la frecvente inalte energia se propaga prin

materialul izolator sub forma de camp electromagnetic, conductoarele avand doar rolul de ghidare

a acestui camp, ele suportand si pierderile prin efect Joule.

16

Deoarece izolatorul are εr>l, viteza de propagare este mai mica decat viteza luminii. Asa

cum rezulta din figura, curentul principal i si curentul perturbator ie nu au acelasi traseu, cei doi

curenti inchizandu-se numai printr-o portiune a ecranului data de adancimea de patrundere, una

situata in interiorul ecranului, iar cealalta, in exteriorul acestuia.

Impedanta de cuplaj Zk se defineste ca raportul dintre caderea de tensiune pe unitatea de

lungime de ecran si curentul care il parcurge:

(3.23)

In curent continuu, impedanta de cuplaj este chiar rezistenta liniara a ecranului (valabil

pana la circa l MHz), insa in curent alternativ de inalta frecventa conteaza forma constructiva a

ecranului; in figura 3.10 se prezinta variatia impedantei de cuplaj cu frecventa pentru cateva tipuri

de cabluri coaxiale. Se constata ca pentru cablurile cu tresa impletita, peste 10 MHz, impedanta de

cuplaj creste cu frecventa.

17

Schema echivalenta a unui cablu

coaxial este prezentata in figura 3.11; impedanta de transfer este egala cu impedanta

corespunzatoare tresei. Cablurile de inalta imunitate au impedanta de transfer sub l mΩ/m pentru

frecvente cuprinse intre l si 10 MHz. Rezulta ca prin intermediul impedantei de cuplaj, semnalul

util ce se transmite pe o linie de transmisiune se transforma in zgomot, respectiv zgomotul se

suprapune peste semnalul util. in figura 3.12 este reprezentata dependenta raportului de

transformare a semnalului in zgomot in functie de frecventa; din figura se constata ca la frecvente

joase, cuplajul este predominant rezistiv si foarte slab. La frecvente medii, cuplajul devine

inductiv, nivelul crescand o data cu frecventa; panta caracteristicii este cuprinsa intre 20 si 40

dB/decada in functie de impedantele generatorului si a sarcinii. La frecvente ridicate, comportarea

este inductiv-capacitiva, cu unele rezonante care pot reduce cuplajul. Delimitarea celor trei zone se

face pe baza schemei echivalente a liniei, din care poate rezulta o structura de filtru de tip FTJ sau

FTS.

3.7. Placa de referinta a potentialului

Reducerea radiatiei emise sau captate de cabluri se realizeaza prin conectarea tuturor

cablurilor la placa de referinta a potentialului PRP (figura 3.13), de obicei, panoul din spate

echipamentului; aceasta placa trebuie sa fie buna conducatoare de electricitate.

18

Placa se leaga la sasiu, la ea fiind legate toate ecranele cablurilor de legatura, precum si

filtrele; nici un cablu neecranat sau nefiltrat nu are voie sa intre in interiorul echipamentul fara a fi

legat la placa de referinta a potentialului PRP!

Legarea la sasiu se face prin mai multe puncte de impedanta mica (suruburi pozitionate la

10 cm distanta unul fata de altul).

Trebuie retinut ca ecranarea este o solutie relativ scumpa si din aceasta cauza ei necesar ca

proiectarea mecanica sa fie adaptata astfel incat sa rezolve cel putin o parte din problemele de

ecranare. De exemplu, daca echipamentele au cutie din materiale plastice, interiorul acestora, de

regula, se metalizeaza. Merita a fi retinut faptul ca vopselele si lacurile conductor au o rezistenta

de suprafata de circa l Ω/patrat, in timp ce foliile metalice au rezistenta de suprafata mai mica

decat 0,1 Ω/patrat.

Coroziunea reduce eficienta ecranarii datorita oxidarii; de exemplu, tabla galvanizata la

cald (mata) este izolatoare, iar tabla zincata se acopera, in timp, cu oxid de zinc (izolator). Oxidul

de argint este singurul oxid bun conducator de electricitate, dar nu si sulfura de argint (pasta

neagra ce se formeaza la suprafata argintului), care este izolanta.

19

Aparitia combinatiilor de tip metal-oxid-metal conduce la aparitia unor structuri neliniare,

oarecum asemanatoare diodelor, la care neliniaritatea depinde in primul rand de presiune; rezulta

ca aceste structuri vor fi sensibile la vibratii, prin modificarea presiunii, ele comportandu-se ca

generatoare de componente armonice si produse de intermodulatie.

Cositorul, precum si aliajele sale sunt compatibile pentru lipire cu toate metalele, insa este

uzat de vibratii care il transforma intr-o pulbere care aste izolanta.

Singurul material care nu ridica probleme in CEM este nichelul; este un material dur, greu

de prelucrat si scump, si de aceea este mai putin folosit in practica. La alegerea materialelor pentru

construirea ecranelor sau a subansamblelor acestora trebuie sa se tina seama si de compatibilitatea

galvanica pe baza seriei electrochimice prezentata in tabelul de mai urmator:

SERIA ELECTROCHIMICA

Grupa 1 Grupa 1 Grupa 1 Grupa 1 Grupa 1

Magneziu Aluminiu

Zinc Otel carbon Nichel

Crom Fier Cositor Cupru

Fier galvanizat Cadmiu Plumb Argint

Alama Paladiu

Otel inox Platina

Aur

Alegerea materialelor din seria electrochimica se va face astfel incat ele sa fie din aceeasi

grupa sau cat mai apropiate.

Aplicatia 3.l. Sa se determine atenuarea unui ecran din cupru cu grosimea de 0,81 la

frecventa de 100 MHz.

Solutie: Este evident ca la aceasta frecventa deci

impedanta intrinseca se poate calcula cu relatia(3.5):

.

Atenuarea prin reflexie va fi:

20

Aplicatia 3.2. Sa se determine atenuarea in camp indepartat a unei folii de cupru cu

grosimea de 35 µm la frecventa de l MHz.

Solutie. Atenuarea de reflexie este:

Atenuarea de absorbtie este:

Din figura 3.3 rezulta ca este necesara o corectie de - 3 dB si deci, atenuarea totala va fi:

Bibliografie:

[1] http://www.scrigroup.com/educatie/fizica/Ecranarea-campurilor-

statice-C44889.php

[2] E. Simion, “Antene in compatibilitatea electromegnetica”, Cluj Napoca

[3] 2. A. J. Schwab, “Compatibilitatea electromagnetica”, Editura Tehnica, 1996.

[4] 3. Eugen Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de

Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

[5] 4. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor

electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005

Autoevaluare:

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.