Электромагнитная совместимость технических средств

Содержание

1. Введение

2. Виды электромагнитных помех

3. Описание транспортной базы

4. Материалы, обеспечивающие токопроводящий монтаж

5. Корпус транспортной базы

6. Применение радиопоглощающих материалов

7. Монтаж кабельной системы

8. Монтаж разъёмов на электромагнитном экране

9. Экранирование стоек

10. Организация рационального заземления

11. Методы и оборудование для проверки ЭМС

12. Методика повышения ЭМС

13. Заключение

Список литературы

1. Введение

В связи с ускоренными темпами развития электронной техники и как следствие переход современной радиоэлектронной аппаратуры во всё более высокочастотный диапазон электромагнитных колебаний всё более актуальным становится вопрос электромагнитной совместимости (ЭМС) радиотехнических систем. Электромагнитная совместимость технических средств (ЭМС ТС) - это свойство технических средств характеризующаяся способностью функционировать в определённой электромагнитной обстановке с определённым качеством при отсутствии недопустимых электромагнитных помех создаваемых техническим средством.

Актуальность проблемы электромагнитной совместимости подтверждается вступлением в силу с 15 февраля 2013 г. Технического регламента Таможенного союза "Электромагнитная совместимость технических средств" а также в связи с подготовкой к введению в РФ обязательной сертификации технических средств отечественного производства и ввозимых по импорту в соответствии с требованиями государственных стандартов. [1]

Активный процесс миниатюризации современной элементной базы приводит к уменьшению толщины изолирующих диэлектрических слоёв и увеличивает риск их пробоя при воздействии мощных электромагнитных помехи (ЭП) или электростатического разряда (ЭР). Также в связи с тем, что высокочастотные электромагнитные помехи имеют длины волн сопоставимые с размерами элементов конструкции электронных устройств учитывать воздействие электромагнитных помех (ЭП) на радиоэлектронные приборы.

Параллельно с этим процессом каждый год идет ухудшение электромагнитной обстановки (ЭО) в связи с повышение потребности современного общества в использовании всё большего числа радиоэлектронных средств как гражданского, так и военного назначения.

Общая тенденция повышения уровня электромагнитных помех в окружающей среде при одновременном процессе увеличения чувствительности радиоэлектронных компонентов к электромагнитным помехам и электростатическим разрядам выводит электромагнитную совместимость на первый план при разработке и проектировании любых радиоэлектронных систем.

Способы проектирования радиоэлектронных систем сильно различаются в зависимости от их функционального назначения и особенностей объекта размещения. Необходимо учитывать специфику электромагнитной обстановки объекта размещения радиоэлектронного оборудования. Например, монтаж аппаратуры на корабле, самолёте или стационарном объекте обладает набором своих специфических особенностей. При монтаже системы радиоэлектронных средств также необходимо учитывать взаимное влияние всех компонентов данной системы друг на друга. Исправные электронные устройства, проверенные в лабораторных условиях, могут работать не корректно или совсем выходить из строя при включении их в состав радиоэлектронной системы.

Наиболее распространённым объектом монтажа радиоэлектронных систем являются стационарные помещения. При монтаже на объекте данного вида обеспечение электромагнитной совместимости представляется наиболее простой (хотя бывают и исключения), в связи с легко доступностью прокладки заземления и наличием стен выступающих в роли экрана ослабляющего электромагнитное излучение. Также стоит отметить что электромагнитная обстановка такого объекта довольно стабильна и предсказуема что облегчает проведение работ по повышению электромагнитной совместимости системы.

Вторым по популярности объектом монтажа радиоэлектронных систем является монтаж на колёсные транспортные базы. Такие объекты имеют высокую мобильность и широкий спектр функционального применения. В качестве транспортной базы могут выступать как легковые, так и грузовые автомобили, а назначение радиоэлектронной системы может быть как военного, так и гражданского характера.

При монтаже радиоэлектронной системы на колёсную транспортную базу возникает ряд специфических проблем связанных с обеспечением электромагнитной совместимости системы. Например, невозможность обеспечения стабильного заземления при перемещении, ограниченность пространства внутри транспортной базы, что влечёт к более близкому размещению радиоэлектронных блоков друг к другу и в частных случаях невозможность разнесения питающих и сигнальных шин. Также невозможно точно прогнозировать электромагнитную обстановку в возможном месте дислокации радиоэлектронного комплекса. Ещё одним нюансом является возможность работы комплекса от электрогенератора, который может создавать дополнительные электромагнитные волны.

Разработка методики повышения электромагнитной защищённости, применяемая на этапе проектирования технической системы радиоэлектронных приборов, может снизить затраты времени и средств на внедрение готового изделия на рынок членов - государств Таможенного союза. В связи с этим данная задача в условия развития современной техники является актуальной, и способна принести экономическую выгоду предприятиям выпускаю мобильные радиоэлектронные системы.

электромагнитная совместимость радиоэлектронный помеха

2. Виды электромагнитных помех

Электромагнитные помехи (ЭМП) - в основном электрического происхождения с нежелательной эмиссией, которая бывает или кондуктивной (напряжения или токи), или излучаемой (электрические или магнитные поля) [1]. Во временном интервале помехи могут быть переходными, импульсными или стационарными. В пределах частотного интервала ЭМП могут содержать компоненты с частотами, простирающимися от низких - 50, 60 и 400 Гц до сверхвысоких частот. ЭМП бывают узкополосными или широкополосными, когерентными или не когерентными. Источники ЭМП подразделяются на искусственные и естественные источники. Искусственные электромагнитные помехи, в свою очередь, делятся на преднамеренные и непреднамеренные помехи.

Престольного внимания заслуживают внутрисистемные помехи, возникающие в связи с наличием нежелательных электромагнитных связей в радиоэлектронной системе. Такие помехи могут возникать вследствие всплесков токов или напряжений в цепях силовых кабелей либо вследствие падения напряжения, вызванного общим сопротивлением, через которые протекают токи заземления.

Основными элементами анализа и управления уровнем внутрисистемных помех является рассмотрение следующих пяти направлений:

анализ цепей и компонентов,

фильтрация,

экранирование,

монтаж,

заземление,

Следующим немаловажным фактором, влияющим на работоспособности системы с точки зрения электромагнитной совместимости, является электромагнитная обстановка. Техническая процедура определения ЭМО может включать: 1 - определение параметров кондуктивных и излучаемых помех и влияние частот, для которых требуется знать конкретные значения этих параметров; 2 - выбор необходимого испытательного оборудования; 3 - определение необходимого формата для сбора и представления данных; 4 - анализ данных и представление результатов; 5 - выбор приемлемого местоположения сред и альтернативных вариантов (если возможно), основанных на знании уровней окружающих ЭМП и других условиях.

В случае если система устанавливается на мобильную транспортную базу а не на стационарный объект определение точных факторов влияния электромагнитной обстановки является невозможным. В таком случае надо добиваться максимально возможной защищённости системы от воздействия внешних электромагнитных помех. Рассмотрим классификацию возможных источников возникновения электромагнитных помех.

Все источники ЭМП по природе их возникновения делятся на две категории: естественные и искусственные.

Рис 2.1 Классификация искусственных источников ЭМП [1].

Источники электромагнитного шума, создаваемые природными явлениями, включая атмосферные процессы заряда/разряда, такие, как молния и статические разряды в осадках; внеземные источники, в том числе: излучение от солнца и галактических источников, таких, как радиозвезды, галактики (млечный путь) и других космических источников.

Искусственные источники электромагнитного шума: линии электропередач, автомобильное зажигание, флуоресцентные лампы, электросварка, работа импульсных устройств и пр.

Источники ЭМП естественного происхождения разделяются на две группы в зависимости от различий их физических свойств. Первая группа включает источники, находящиеся в атмосфере, вторая группа - источники, ассоциируемые с излучениями, создаваемые областями, находящимися вне земной атмосферы.

Таблица 2.1 [1].

Таблица 2.1 [1].

Атмосферные радиочастотные электромагнитные помехи чаще всего вызваны электрическими разрядами во время гроз. Эти помехи преобладают в диапазоне частот ниже 30 МГц и их спектр излучения очень широкий. Максимальная амплитуда генерируемых частот достигается в диапазоне от 2 до 30 кГц. Основным источником внеземного шума являются солнце, радиоизлучение неба и космические источники, расположенные в пределах галактики. Диапазон частот этих излучений составляет от 136 МГц до 400 МГц.

Искусственные источники электромагнитных помех могут располагаться как на поверхности земли, так и в космосе, а именно спутниковые и космические аппараты. Наземные радиоэлектронные устройства работают в диапазоне, который можно разделить на пять категорий:

диапазон частот для вещания с частотной модуляцией 88 - 108 МГц;

диапазон частот вещания с амплитудной модуляцией 535-1605 кГц;

метровый диапазон телевидения: нижние диапазоны 54-72 МГц, 76-88 МГц, верхние диапазоны 174-216 МГц.

дециметровый диапазон телевидения 470-806 МГц;

международное радиовещание 5950 кГц и 26,1 МГц.

Радиорелейные системы можно разделить на следующие четыре класса:

наземные СВЧ - линии связи общего назначения от 2,1 до 12,2 ГГц;

линии ионосферного рассеяния от 400 до 500 МГц;

линии тропосферного рассеяния от 1,8 до 5,6 ГГц.

Также радиоэлектронные помехи могут создавать системы коммуникации и оборудование не радиорелейного вида охватывают наибольшее число различных категорий излучений от радиоэлектронных средств. Они занимают полосы частот в промежутках от 14 кГц до 960 МГц.

Навигационные радиоэлектронные средства:

всенаправленные маяки в метровом диапазоне частот 108-118 МГц;

тактическая авиационная навигационная аппаратура 960-1215 МГц;

маркерные маяки 74,6 - 75,4 МГц;

измерительные наземные средства 108-112МГц;

системы слепой посадки самолётов 328,6 - 335,4 МГц;

высотомеры 4,2 - 4,4 ГГц;

пеленгаторы 405 - 415 кГц;

морская радионавигация 285 - 325 кГц, 2,9 - 3,1 ГГц, 5,47 - 5,65 ГГц;

наземная радионавигация 1605 - 1800 кГц.

Излучения радиолокационных систем занимают область частот от 225 МГц до нескольких ГГц.

Существуют также источники непреднамеренных помех. К ним относятся: системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, энергетические линии и распределительные системы, флуоресцентные лампы, индустриальное оборудование, например, стабилизированная дуговая сварка, электрический транспорт, нагреватели, электрический инструмент.

Излучаемый импульс от индивидуальных автомобилей - периодический узкополосный импульс длительностью от 1 до 5 нс. Пиковая амплитуда импульса от одиночного автомобиля изменяется в зависимости от типа зажигания, скорости автомобиля, механической нагрузки. При длительном периоде эксплуатации излучение от одиночного автомобиля изменяется в зависимости от его износа. Большое число различных двигателей и конструкций подвижных средств, участвующих в городском движении, формирует общую картину излучений от систем зажигания. В общем случае помехи носят импульсный характер.

Эксперименты показали численную зависимость уровня шумов от интенсивности движения. Средний уровень шумов увеличивается на 17 дБ при десятикратном увеличении интенсивности движения. Уровень интенсивности поля имеет приблизительно нормальный закон распределения, кроме некоторых случаев, когда данных недостаточно для определения функции распределения.

В случае линий электропередач максимум интенсивности уровня помех достигается в условиях дождливой погоды, тумана, снега или высокой относительной влажности. Всякий раз, когда линии электропередач и компоненты ухудшаются со временем или нарушаются их работоспособность, можно наблюдать импульсные помехи с частотами выше 50 МГц.

Помехи от линий электропередач во временной области случайны и имеют импульсный характер. Типичное значение длительности импульсов при разрыве линий составляет несколько миллисекунд. Более тонкая структура данного импульса обладает короткой длительностью, малым временем нарастания, искаженной прямоугольной формой и достаточно часто повторяется.

Напряженность поля, генерируемая любым источником излучения, является функцией расстояния от источника до точки наблюдения. Уровень помех может увеличиваться на 10-20 дБ, если относительная влажность возрастает, а также при наличии тумана, снега и дождя, дымки.

Ряд основных типов оборудования для технологических процессов изготовления и сборки в промышленности является важными источниками ЭМ-помех. Оборудование контактной сварки излучает на основной помеховой частоте 35 МГц, и имеет место значительное число гармоник выше границы 1 ГГц.

Источниками помех внутри радиоэлектронной системы также могут быть отдельные компоненты системы. Примерами компонентных источников помех являются провода и кабели, соединители, моторы, генераторы и другие вращающиеся агрегаты, переключатели, реле и соленоиды, вакуумные лампы, транзисторы, диоды, газоразрядные лампы, тиристоры и т.п. Строго говоря, они не являются источниками ЭМ-помех, но являются передатчиками ЭМ-помех, т.е. конвертируют электрическую энергию в электрические помехи.

Провода и кабели обеспечивают индукцию или излучение непредусмотренной энергии в другие провода, кабели, цепи или устройства либо воспринимают помехи от них.

Все непрямые источники электрических помех, соединители могут косвенно генерировать ЭМ-помехи как результат слабого контакта. Действие соединителя подобно ключу с изменяемым полным сопротивлением, которое варьируется в зависимости от внешних условий (т.е. от ударов и вибраций). В результате происходит модуляция сопротивления источника тока или напряжения, что приводит к появлению ЭМ-помех. Другими атрибутами контактов, которые выступают как генераторы ЭМ-помех, являются коэффициент стоячей волны, неполное экранирование, и/или контактный потенциал.

Моторы и генераторы, которые используют щетки и коммутаторы для работы, являются широкополосными источниками переходных электрических помех. Переходные процессы являются результатом дуговых разрядов при разрыве коммутационных щеток при работе, и соответствующие переходные процессы могут иметь результирующие частотные компоненты выше 100 МГц. Помехи от магнитной индукции могут быть определены для частот ниже 100 МГц.

Спектр помех от электромагнитных ключей, реле соленоидов простирается до 300 МГц и выше. Так, реле, переключающие цепь некоторого источника, генерируют магнитную энергию, которая может индуцировать напряжение в 10…20 раз больше, чем напряжение источника. Дуга, развиваемая в контактах переключателей, может иметь индуктивные помехи и/или излучаемые широкополосные переходные ЭМ-помехи.

Фактически любое устройство, которое потребляет энергию или генерирует электромагнитную энергию и сигналы управления, представляет собой потенциальный источник ЭМ-помех. В общем, высокоуровневые источники представляют большую угрозу с позиции ЭМ-помех.

3. Описание транспортной базы

В качестве транспортной базы для размещения радиоэлектронной системы был выбран бронеавтомобиль отечественного изготовления ГАЗ-2330 "ТИГР”.

Данный автомобиль наиболее полно отвечает современным требованиям к военной и гражданской технике. Данная транспортная база имеет несколько различных видов исполнения. Автомобили ГАЗ-2330 "ТИГР” прошли эксплуатационную проверку в спецподразделениях МВД и московского ОМОНа и в данное время серийно выпускаются [9].

Автомобиль "ТИГР” имеет колёсную базу 4х4 с рамной конструкцией высокой жёсткости. Данная транспортная база оснащена независимой двух рычажной подвеской колёс с гидравлическими амортизаторами. Благодаря тому, что автомобиль ”ТИГР" сконструирован с применением общей рамы, на типовое базовое шасси возможна установка кузовов различного типа в зависимости от предполагаемой сферы применения. На данный момент имеются кузова для военного, гражданского применения и вариант автомобиля для полиции.

Силовой агрегат данной транспортной базы содержит следующие части: дизельный двигатель ЯМ3-534 с турбонаддувом, мощностью 235 лс, механическая коробка передач с пятью ступенями и раздаточная коробка с двумя ступенями.

Автомобиль "ТИГР” спроектирован исходя из требований наличия в его конструкции наибольшего числа, унифицированных узлов соответствующих узлам бронеавтомобилей отечественного производства, существенно уменьшает время на проектирование и освоение производства новых узлов.

Данный автомобиль обладает высочайшей степенью проходимости за счёт высокого клиренса (400 мм) и больших углов свеса. Также данный автомобиль обладает хорошими показателями устойчивости при перемещении по пересечённой местности. Это возможно благодаря наличию полного привода.

В нынешнее время налажено производство нескольких видов исполнения данного транспортного средства: бронеавтомобиль ГАЗ-233034 (СПМ-1), бронеавтомобиль ГАЗ-233036 (СПМ-2) и ГАЗ-233001 без брони. Также в ближайшее время планируется запустить в производство вариант исполнения для спецподразделений МО РФ ГАЗ-233014 [9].

Виды исполнения корпусов бронеавтомобилей "ТИГР” сделаны из сваренных между собой пяти миллиметровых бронелистов. ГАЗ-233036 (СПМ-2) обладает пятым классом баллистической защиты по ГОСТ Р 50963-96. ГАЗ-233034 (СПМ-1) и СТС ГАЗ-233014 "ТИГР” обладают третьим классом баллистической защиты по ГОСТ Р 50963-96 [9].

Рис 3.1 Технические характеристики видов исполнения транспортной базы "ТИГР” [9].

Бронеавтомобиль ГАЗ-2330 "ТИГР” обладает вращающейся платформой расположенной на крыше. Внутри его объёма на корпусе кожуха трансмиссии имеются специальные кронштейны, предусмотренные для монтажа средств связи со специально подготовленными местами подключения их к бортовому электропитанию. На внешней обшивке корпуса имеются специальные площадки для установки на них антенн. Все модификации автомобиля имеют систему автоматического регулирования давления воздуха в шинах, систему автоматического пожаротушения и предпусковой подогреватель.

Рис 3.2 Габаритные размеры ГАЗ-233014. [9]

4. Материалы, обеспечивающие токопроводящий монтаж

При проведении работ по обеспечению электромагнитной совместимости часто возникает необходимость обеспечения надёжного электрического соединения между частями экранирующих поверхностей или проводящих прокладок. В связи с тем, что все краски и клеи, применяемые в современном производстве, являются диэлектриками при решении вопроса обеспечения электрического контакта необходимо применять либо другие способы соединения поверхностей либо клея и краски, обладающие электрической проводимостью. Применение сварки или пайки не всегда удобно и влечет за собой много проблем для их реализации, а болтовые соединения не обеспечивают сплошного электрического контакта. Наиболее рациональным с этой точки зрения является применение проводящих клеев и красок.

Токопроводящий клей.

Токопроводящий клей получают путём заполнения клеевой основы тонкодисперсными проводящими порошками (медь, серебро, никель и т.д.). Такой клей может обладать прочностью на разрыв до 50 Мпа (кГ/) и удельной электропроводностью до . Данные клеи обладают незначительной усадкой, и время их отвердевания может быть доведено до пяти минут, что существенно ускоряет процесс монтажа. Получаемое соединение имеет устойчивость не только к влаге, но и к различным агрессивным средам.

Использование в технике защиты от электромагнитных помех электропроводящих клеев взамен пайки и болтовых соединений способно обеспечить высокую степень защиты от электромагнитных помех при минимальных трудозатратах монтажных процессов. С помощью токопроводящих клеев можно осуществлять такие монтажные работы как: организация соединений стыков экранов, закрепление системы контактного соединения, заполнение зазоров между элементами корпусов, монтаж экранирующих панелей на раму и т.д.

Эффективность защиты от электромагнитных излучений при использовании электропроводящих клеев составляет не менее 60 дБ, а поверхностное сопротивление может составлять одну десятую Ома на единицу поверхности.

Токопроводящая краска.

Применение электропроводных красок для обеспечения электромагнитной защиты технических средств представляется перспективным направлением, поскольку упрощает процесс организации создания экранирующей поверхности на непроводящих частях корпусов технических средств. С помощью этой краски, возможно, изготавливать экран любого назначения в местах специально не оборудованных для этого, и при этом степень электромагнитной защиты такого экрана может достигать примерно 30 дБ.

В состав токопроводящих покрытий входит не электропроводный плёнкообразующий материал, электропроводные составляющие, пластификатор и отвердитель. В качестве материала электропроводных пигментов могут применяться: алюминий, порошковая медь, серебро, графит, сажа, окиси металлов. Проводимость таких клеев напрямую связана со свойствами и концентрацией электропроводного пигмента, от характеристик пленкообразующей основы. Также очень важным является толщина наносимого слоя токопроводящей краски. Электропроводные краски обладают устойчивостью к внешним физическим воздействиям и довольно не изменяют своих характеристик в условиях интенсивных климатических воздействий. Наилучшие показатели наблюдаются при применении красок в качестве электропроводного пигмента которых применяется графит.

Эффективность защиты от электромагнитных помех электропроводных красок можно определить по формуле, применяемой для электрически тонких металлов:

 [4]

где слагаемое  является приращением эффективности защиты от электромагнитных излучений электрической составляющей в шаровом экране для ;  - сопротивление на квадрат площади поверхности экрана. В случае, когда  получим:

 [4]

(пример =30+0,975)

Если длинна волны, электромагнитного излучения намного превышает величину эквивалентного радиуса  экрана, эффективность защиты от электромагнитных помех превышает 30 дБ. Защищённость в 30 дБ достигается при соотношении . В дальнейшем при увеличении частоты электромагнитной волны эффективность экранирования должна снижаться. При провидении измерений оказалось, что этого снижения не происходит и эффективность электромагнитной защиты остаётся на уровне 30 дБ. Причём в случае, когда  наблюдалось повышение эффективности экранирования.

Это обусловлено появлением эффекта поглощения электромагнитных колебаний внутри объёма слоя электропроводящей краски.

5. Корпус транспортной базы

Корпуса практически всех колёсных транспортных средств выполняются в виде цельных металлических корпусов, а значит, могут выступать в роли экрана для электромагнитных волн. Главными неоднородностями данного экрана являются оконные стёкла. Также надо отметить, что двери и люки колёсных транспортных средств не имеют сплошного электрического контакта с корпусом автомобиля. В большинстве случаев по периметру двери идёт уплотняющая резиновая прокладка являющаяся диэлектриком, а электрический контакт осуществляется только в петлях и замке двери или люка. Также дверь полностью покрывается краской, что даже при наличии механического контакта предотвращает наличие электрического контакта.

У рассматриваемого бронеавтомобиля имеется цельносваренный корпус из бронелистов толщиной 5 мм. Выбранный вариант транспортной базы имеет 3 двери (дверь водителя, дверь пассажира, задняя дверь), 4 оконных люка, и один люк на крыше автомобиля. Все эти элементы автомобиля снабжены уплотняющей резиновой прокладкой по периметру прижимаемой поверхности. Оконных стёкол имеется 9 штук. Лобовое стекло, стекла оконных люков 4 шт., окна дверей водителя и пассажира, и два окна половинок задней двери. При рассмотрении корпуса автомобиля как экрана от электромагнитных волн основной задачей является ослабление проникаемых внутрь объема автомобиля электромагнитных помех через окна, так как они не являются проводящей поверхностью. Также необходимо обеспечить электрический контакт по периметру дверей, окон и люков без потери герметизирующих свойств уплотнительной прокладки и не предотвращающее их свободное открытие и закрытие.

Вначале рассмотрим методы ослабления проникания внутрь объема автомобиля электромагнитных помех через окна.

Методы ослабления электромагнитных помех проникающих внутрь объема автомобиля через окна.

В идеале для ослабления электромагнитных помех проникающих внутрь объема автомобиля через окна необходимо закрыть их поверхности сплошными металлическими листами, а визуальный контроль управления автомобилем осуществлять с помощью внешней видеокамеры и монитора установлено внутри автомобиля. Но данное решение слишком дорогостоящее и трудно реализовываемое на практике. Так что будем отталкиваться от того что проводя меры по ослаблению электромагнитных помех проникающих через окна необходимо сохранять в достаточной для осуществления управления автомобилем прозрачности поверхности оконных стёкол.

Исходя из вышесказанного, можно выделить два метода придания поверхностям оконных стёкол проводящих свойств без существенного ухудшения их прозрачности. Это применение проводящих прозрачных материалов и применение проволочных сеток. Рассмотрим подробнее оба эти способа.

Проводящие прозрачные материалы.

В настоящее время для экранирования применяют окна, изготовленные с применением осаждения металлов в вакууме на оптически прозрачные подложки. В качестве подложек может использоваться стекло либо прозрачный пластик. Данные экраны крепятся к несущей конструкции РЭС при помощи прижимных рамок с уплотняющими электромагнитными проводящими уплотнителями, с помощью которых обеспечивается необходимая электропроводимость контакта окон с несущей конструкцией РЭС.

Немаловажным критерием, обуславливающим возможность применения данных материалов, является, обеспечение необходимой эффективности защиты от электромагнитных помех при снижении его оптических характеристик в пределах допустимых значений. Оптические и электрические характеристики этих панелей с электропроводным слоем зависят от природы напыляемого материала и условий его напыления. Напыляться могут как просто оксиды единичного материала, так и сплавы металлов. Величина толщины слоя плёнки покрытия, при которой сохраняется оптическая прозрачности окна с ухудшением прозрачности не более 20% и обеспечивающая необходимую электропроводимость, варьируется в значительном диапазоне (от 5 до 3000 нм).

Для стеклянных подложек наибольшее применение имеют плёнки из окислов металлов. Панели с применением такого проводящего покрытия имеют хорошую прочность, устойчивы к химическому воздействию и имеют плотное соединение с подложкой.

Прозрачные панели с электропроводным слоем получили широкое применение в смотровых панелях и системах измерительных устройств и индикаторами РЭС. Также их применяют в том случае, если есть необходимость следить за происходящими внутри экранируемого объёма процессами.

В общедоступной продаже имеется богатый ассортимент прозрачных материалов имеющих высокие показатели электрической проводимости поверхностного слоя при уменьшении оптической прозрачности не более чем на 20% и эффективностью защиты от электромагнитных волн примерно 30 дБ. Увеличение толщины напыляемой проводящей плёнки определяет величину поверхностного сопротивления, но увеличивает потерю прозрачности. В связи с этим есть необходимость вычислять наиболее рациональную толщину плёнки. Она находится по формуле:

, [6]

(пример

где  - удельное сопротивление материала пленки, Ом*м;

d - толщина покрытия, м;

Но величина  уменьшается с толщиной d, а сама связь между d и  точно неизвестна, и для разных видов материала устанавливается опытным путём. Таким образом, для создания покрытия из алюминия для защиты от электромагнитных помех в диапазоне частот до 10 ГГц нужно создать плёнку с сопротивлением поверхностного слоя не менее 20 Ом. Но толщина слоя электропроводного материала должна превышать следующее значение::

 (6,5 нм). [6]

где  - поверхностное сопротивление, Ом;

d - толщина пленки, м.

Нужно заметить, что эффективность экранирования в 20 дБ для рассматриваемого случая может быть достигнута только при обеспечении надежного и непрерывного электрического контакта проводящей поверхности с каркасом. При отсутствии надёжного электрического контакта возможно снижение реальной эффективности экранирования относительно расчётной, особенно это заметно в диапазоне частот от 60 до 400 МГц.

Для улучшения надёжности контакта между поверхностью стекла и проводящей поверхностью можно увеличить значение толщины напыляемого слоя на краях панели, что приведёт к уменьшению поверхностного сопротивления.

Сеточные материалы.

Для создания экранирующих поверхностей часто применяются сеточные материалы. Это оправдывается тем, что экраны из сетчатого металла легки и удобны при монтаже, организуют, проницаемость воздуха в экранируемый объём, светопроницаемы и позволяют получать хорошую эффективность защиты от электромагнитных помех в широком спектре частот. В сравнении с экранами из листового материала сетчатые экраны со временем могут иметь потерю эффективности защиты от электромагнитных излучений за счёт коррозии и загрязнения. В связи с этим целесообразно использовать сетчатые панели из коррозионностойких металлов, таких как латунь, медно никелевая проволока или бронза. Недостатком такого вида экранов является невысокие показатели защищённости от физического воздействия.

Свойства экранирования сетчатых экранов проявляются основным образом за счёт отражения падающих электромагнитных волн. Свойства экранирования сетчатого материала определяются следующими её характеристиками: шаг сетки; радиус проволоки; удельная проводимость материала сетки.

По вышеперечисленным параметрам можно классифицировать два вида сетки - густые сетки и редкие сетки. К густым сеткам относят те, у которых отношение шага сетки к радиусу проволоки меньше или равно 8, в противном случае сетка редкая.

Коэффициент эффективности экранирования сетчатого материала можно вычислить по формуле:

(пример )

где s - шаг сетки, м;

r - радиус проволоки, м;

 - длинна волны, м;

 - коэффициент эффективности экранирования в относительных единицах;

Погрешность вычисления по данной формуле мала для редких сеток, но для густых сеток имеет место лёгкое завышение в связи с тем, что с уменьшением размера ячейки индуктивность ячейки начинает сильнее влиять на эффективность защиты от электромагнитных помех.

Значения эффективности экранирования при использовании сетчатого материала экрана могут составлять приблизительно 30 дБ в диапазоне частот от 30 МГц до 30 ГГц при толщине сетки 0,5 мм. Сетчатые экраны, особенно с густой сеткой, значительно ухудшают светопроницаемость по сравнению с напыляемыми проводящими плёнками, но обладают большей эффективностью экранирования и не препятствуют проникновению воздуха внутрь экранируемого объема. Так же как и при использовании напыляемых проводящих плёнок для обеспечения заявленного коэффициента экранирования необходимо обеспечить надёжный электрический контакт экрана с корпусом.

Конструкторское решение по использованию прозрачных проводящих материалов.

По функциональному назначению стёкла в автомобиле "Тигр” делятся на два типа. Лобовое стекло и стёкла дверей водителя и пассажира служат для обеспечения обзора водителя. К данному типу стёкол предъявляется более жёсткие требования к светопропусканию поверхности. Стёкла оконных люков по бокам автомобиля предназначены для обеспечения освещенности внутреннего объёма корпуса и при необходимости проветривания. К этому типу стёкол предъявляются менее жёсткие критерии по светопропусканию поверхности, но необходимо учитывать возможность открывания данных окон для проветривания.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

а). На лобовом стекле и стёклах дверей водителя и пассажира необходимо применить материал с напылением проводящего слоя на прозрачную подложку. Это обеспечит наилучшее светопропускание поверхности экрана при достаточно высокой эффективности экранирования.

Для данного вида стекол было выбрано прозрачное экранирующее покрытие для стекол на полеэстеровой основе с нанесённым на неё прозрачным слоем токопроводящего материала EM70 [7] c самоклеющимся покрытием. Структура данного материала представляет собой четыре слоя:

упрочненное покрытие;

полиэстеровая пленка;

токопроводящий слой на основе серебряного сплава;

липкий слой;

Толщина плёнки составляет 75 мкм. Поверхностное сопротивление 15 Ом на квадратный сантиметр. Светопропускание 75%. Коэффициент экранирования > 30 дБ. Диапазон рабочих температур от - 30  ̊С до +80  ̊С. [7]

При монтаже самоклеющейся плёнки необходимо обезжирить поверхность стекла и отрезать рулон по ширине до необходимого размера. Затем, удалив защитный слой пленки, смочить монтируемую плёнку водой и прикатывается к стеклу. Затем плёнка обрезается по периметру. Порядок монтажа плёнки показан на Рис. 5.1.

Рис.5.1 Порядок монтажа плёенки EM70 [7]

Для обеспечения надёжного электрического контакта поверхности токопроводящего слоя плёнки с корпусом автомобиля необходимо применять токопроводящий силиконовый клей герметик. Перед проклейкой стыка плёнки с корпусом автомобиля необходимо очистить корпуса от краски и покрыть данную область токопроводящей краской, а с плёнки счистить верхний полеэстеровый слой по периметру склейки.

б). В случае с оконными люками применяется, металлическая сетка из медно-никелевой проволоки. Размеры ячейки сетки 0,63х0,63 мм, а диаметр проволоки 0,3 мм. Так как во время эксплуатации системы оконные люки могут открываться для проветривания, металлическая сетка будет крепиться не на стекле окна, а на отдельной раме пяльцах. Данная рама крепится к корпусу автомобиля на петлях и имеет два прижимных откидывающихся винта. Сетка крепится к раме путем припайки. На внутренней части рамы, по всему периметру, располагается желоб с установленным внутри него токопроводящим силиконовым пустотелым профилем D - типа. По периметру прижимаемой к корпусу автомобиля поверхности должна быть снята краска и нанесена токопроводящая краска.

Методы обеспечения электрического контакта по периметру дверей, окон и люков автомобиля.

Для повышения стойкости и защиты радиоэлектронных систем от неблагоприятного влияния электромагнитных волн используют электромагнитные экраны. Как показывает практика, во многих случаях большинство экранов делается гораздо толще, чем это необходимо в действительности. Поэтому в большинстве реальных случаев защитные свойства экрана определяется количеством нарушений непрерывности корпусов с экранами, т.е. имеющимися электрическими неоднородностями.

Такой электрической неоднородностью являются щели между дверьми, окнами и люками и корпусом транспортного средства. Необходимость герметизации данных щелей заставляет применять в этих местах диэлектрические резиновые уплотняющие прокладки. Для улучшения эффективности экранирования корпуса автомобиля от внешних электромагнитных волн необходимо обеспечить наличие надежного электрического контакта в местах стыков дверей, окон и люков без потери их функциональных особенностей.

Существует два метода для обеспечения разъёмного электрического контакта между двумя металлическими поверхностями. Использование контактных дорожек из стойких к коррозии материалов или профили из токопроводящего силикона. Рассмотрим данные методы.

Проводящие контактные дорожки.

Современная промышленость предлагает широкий спектр номенклатуры проводящих контактных дорожек произведённых из тонкой упругой металлической ленты формованной специальным образом. Наиболее часто в качестве материала для таких контактных дорожек являются устойчивые к коррозии металлы, такие как фосфористая бронза, бериллиевая бронза или нержавеющая сталь. Исходя из типа контактной дорожки, она может быть покрыта оловом, никелем, или золотом.

Данные металлические проводящие дорожки выпускаются с клейки основанием, с клипсовыми зажимами или монтажными окнами под винты или заклепки. Конструкция контактных лепестков зажимов чаще всего имеет пружинящими свойствами и имеет широкую номенклатуру форм.

Применение данных контактных дорожек может обеспечивать большой коэффициент защиты от электромагнитных помех. При частоте от 1МГц до 1ГГц он может достигать не менее 90дБ.

Профиль из токопроводящего силикона.

Электропроводящего силикон несёт в себе химически инертные частицы с напылённым на них слоем электропроводного материала. Эти частички спекаются в профиль разнообразной формы исходя из функциональных требований к применению данного материала. При спекании данный профиль сохраняет свойства проводника электрического тока. Проводящим материалом для данного материала могут выступать серебро, медь, никель или графит. При этом сохраняются свойства герметика получаемые за счёт использования силиконового наполнителя.

Получаемый профиль легко изгибается и за счет своих упругих свойств может применяться как герметизирующая прокладка. Он удобен в тех случаях, когда к стыку двух металлических поверхностей предоставляются требования по электромагнитной защите и одновременно необходимо обеспечить герметичность соединения. С помощью применения профиля из токопроводящего силикона можно добиться обеспечения климатического исполнения до IP 67 включительно. Это может быть достигнуто при сжатии профиля на 5%-15% для цельных профилей и на 10%-25% для пустотелых профилей. При использовании токопроводящего силикона коэффициент подавления электромагнитных помех может составлять не менее 60 дБ в диапазоне частот от 30 МГц до 1ГГц.

Конструкторское решение по использованию материала обеспечивающего контактную проводимость поверхности.

Из представленных выше двух вариантов самый большой коэффициент подавления электромагнитных помех у металлических контактных дорожек (90 дБ на частотах от 1МГц до 1ГГц), но монтаж их гораздо сложнее, чем у профиля из токопроводящего силикона. Металлические контактные дорожки сложнее изгибать а, как известно траектория периметра дверей автомобилей довольно сложна и предполагает наличие изгибов под 90  ̊ изгибов вдоль некоторых из краёв двери. Так как контактные дорожки выпускаются с профилем, имеющим прямолинейную форму в своём основании, для обеспечения изгиба необходимо вырезать сегменты из него. При том, что край двери, где необходимо обеспечить электрический контакт, уже оснащён резиновой уплотняющей прокладкой, что оставляет мало места на монтаж металлической контактной дорожки. Из всего вышеперечисленного следует, что использование в данных целях контактных дорожек нецелесообразно.

В связи с тем, что профиль из токопроводящего силикона может служить не только проводником электрического тока, но и герметиком, то в случае его использования по периметру автомобильных дверей окон и люков можно исключить использование там имеющейся резиновой уплотняющей прокладки.

Для обеспечения электрического контакта между дверями, окнами и люком автомобиля "Тигр” выбираем комбинированный DD - образный профиль токопроводящего силикона с неопреном. [7] Форма профиля показана на Рис. 5.2. Токопроводящий материал силикона - серебро на медной подоснове. Диапазон рабочих температур от - 55  ̊С до +150  ̊С. Поверхностное сопротивление 0,02 Ом на см. Предел прочности 430 кН/м. Коэффициент экранирования более 60 дБ в диапазоне частот от 30 MГц до 1 ГГц. Максимально возможное удлинение 200%. [7].

Рис. 5.2 Комбинированный токопроводящий силиконовый DD-образный профиль с неопреном. [7]

Монтаж профиля из токопроводящего силикона включает следующие этапы.

). Удаление резиновой уплотняющей прокладки с поверхности кромки двери.

). Зачистка от краски поверхности кромки двери и корпуса автомобиля.

). Нанесение токопроводящей краски на кромки двери и корпуса автомобиля.

). Приклеивание токопроводящим клеем профиля из токопроводящего силикона к кромке двери автомобиля.

6. Применение радиопоглощающих материалов

Применение экранирования как способ защиты от электромагнитных помех не всегда даёт положительные результаты. Часть энергии электромагнитной волны, падая на проводящую поверхность экрана, отражается от неё и воздействует на элементы находящиеся внутри экранируемого объёма, что может повлиять на корректность работы устройства. В случае применения радиопоглощающих материалов энергия электромагнитного излучения преобразуется в тепловое излучение (ИК-диапазон). Эти материалы могут обеспечивать поглощение радиочастотных помех полосе частот от 10 МГц до 60 ГГц. Также есть радиопоглощающие материалы, поглощающие узкую полосу частот электромагнитных излучений, примерно λ±15%. Материалы с узкой полосой частот электромагнитного излучения изготавливаются из слоя поглощающего материала закреплённого на металлической основе. Толщина слоя такой панели составляет d= λм/4, где λм - длинна волны в материале, точнее, d= λм/4, где  - относительная диэлектрическая проницаемость и относительная магнитная проницаемость покрытия. Защита от электромагнитного излучения в данном виде материала создаётся за счёт интерференции и взаимной компенсации на границе поверхности падающей и отражённой волны. Разность фаз и совпадение значения амплитуды этих волн добиваются за счёт выбора параметров поглотителя.

Радиопоглощающие материалы способны поглотить до 70% энергии электромагнитной помехи. Эффективность защиты от радиоволн зависит от частотной полосы электромагнитного излучения и толщины радиопоглощающего материала. При использовании данного вида материалов необходимо обеспечивать хороший теплоотвод.

В качестве связующего наполнителя в радиопоглощающих материалах может применяться силикон или полимеры, а в качестве поглощающего наполнителя ферритовый порошок с большой коэрцитивной силой и максимальной петлей гистерезиса или карбонильное железо. Эффект поглощения радио волн в таких материалах основывается на явлении затухания падающей электромагнитной волны в объёме материала и перевод её энергии в тепловую. Это происходит за счёт появления слабых рассеянных токов, магнитогестирезисных или высокочастотных электрических потерь. Количество ферритового наполнителя по отношению к связующему материалу может достигать 70%. Сопротивление поверхности такого материала составляет от  Ом до  Ом что позволяет устанавливать его непосредственно на токопроводящие части аппаратуры. Граничное значение энергии излучения, которую может поглотить радиопоглощающий материал, напрямую связанно с его температурой максимального рабочего режима. Интервал рабочих температур данного вида радиопоглощающих материалов распространяется от -50°С до +125°С. Радиопоглощающие панели выпускаются в виде гибких листов различной толщины либо трубок разного диаметра.

Данный вид панелей чаще всего применяют в персональных компьютерах, в том числе военного назначения, беспроводных устройствах коммуникации, в приемопередатчиках, системах спутниковой связи. Гибкий листовой поглотитель радиоволн позволяет увеличивать дальность считывания карт доступа идентификационных систем.

Одним из видов радиопоглощающих материалов СВЧ энергии являются краски, с малой степенью отражения. В настоящее время как отечественной, так и зарубежной промышленностью выпускается обширная номенклатура РПМ.

Конструкторское решение по применению радиопоглощающих материалов

Благодаря применению радиопоглощающих материалов можно добиться высокого уровня защиты от электромагнитных помех. Но при этом данный вид материала значительно увеличивает стоимость выпускаемого изделия. Необходимо выработать концепцию компромисса для применения данного вида материалов, для этого необходимо выделить наиболее важные негативные явления, воздействие которых может быть снижено с помощью применения радиопоглощающих материалов.

В первую очередь стоит выделить радиолокационную незаметность транспортного средства. Отраженные от поверхности корпуса или прошедшие сквозь него излучения могут привести к радиолокационному обнаружению транспортного средства. Основную актуальность это явление выступает в сфере разработки военных радиоэлектронных систем. Но и для систем гражданского назначения это явление может нести негативный эффект.

Для решения данной проблемы хорошо подходит разработанный в России радиопоглощающий материал "Крона". [10] Данный вид материала выпускается в виде камуфляжной маскировочной сетки и хорошо подходит для создания различных чехлов для военной техники. Эти чехлы позволяют не только скрыть объекты военной техники от обнаружения в радиолокационном диапазоне, но и уменьшают заметность в оптическом диапазоне при этом ещё и снижая уровень вредного электромагнитного излучения.

Покрытие данного материала представляет собой водосодержащий органический состав, наполненный металлоуглеродным сорбентом.

Степень отражения электромагнитных волн падающих на плоскую, защищённую радиопоглощающим материалом металлическую поверхность составляет 20%.

Интервал длин волн оптимальной работы 0,3-5 см. [10].

В случае применения чехла из данного материала сильно снижается вероятность обнаружения замаскированной техники средствами оптической разведки.

Такие фильтры применяются в средствах электронного противодействия, в телекоммуникациях и в РЛС. Данные фильтры имеют высокую степень вносимого затухания - 100 дБ на частотах до 45 ГГц, рабочий диапазон частот от 10 МГц до 1 ГГц. Они могут обеспечивать рабочий ток от 1А до 100А при номинальном напряжении до100 В.

Диапазон рабочих температур такого кабеля составляет от - 67  ̊С до +250 гр. С. Конструкция помехоподавляющего фильтра с радиопоглощающим элементом показана на Рис. 6.1.

Рис. 6.1. Конструкция помехоподавляющего фильтра с радиопоглощающим элементом.

Похожего результата подавления электромагнитных помех в СВЧ кабелях можно получить, применяя трубки из радиопоглощающего материала. Такие трубки обеспечивают простое и экономичное решение проблемы подавления электромагнитных помех как кондуктивных, так и излучаемых.

В том случае если известны блоки радиоэлектронной системы, создающие высокий уровень высокочастотных электромагнитных помех, для ослабления их влияния, можно применить листы пористого широкодиапазонного радиопоглощающего материала. Данный материал необходимо применять совместно с экранированием данных блоков. Нижний диапазон рабочих частот зависит от толщины радиопоглощающего материала и в условиях ограниченного объёма эффективен только для поглощения радиоэлектронных помех с частотой выше 500 МГц.

7. Монтаж кабельной системы

Для увеличения защиты от электромагнитных помех кабельной системы монтируемой внутри транспортного средства в первую очередь необходимо разделить все кабели на два класса по степени их чувствительности к воздействию электромагнитных излучений и на два класса по степени создания этих помех.

Класс 1 - кабели, относящиеся к цепям с маломощными и высокочувствительными к помехам сигналами. К этому классу относятся кабели с сигналами низкого уровня, антенные кабеля радиоприёмников и кабели цифровых систем связи. Кабели такого класса должны укладываться в экранирующие кожух в связи с их очень низким уровнем защиты от электромагнитных помех.

Класс 2 - кабели, относятся к цепям с малым уровнем чувствительности к помехам. К этому классу относятся кабели с аналоговыми сигналами высокого уровня.

Класс 3 - кабели, относятся к цепям, создающим низкий уровень помех. К этому классу относятся кабели цепей питания переменного и постоянного тока малой мощности.

Класс 4 - кабели, относятся к цепям, создающим высокий уровень помех. К этому классу относятся кабели цепей питания переменного и постоянного тока высокой мощности и кабели, идущие к передающим ВЧ - антеннам. Данный класс кабелей лучше всего помещать в экранированные короба и надетыми на кобеля трубками с радиопоглощающим материалом. Также к ним должны быть подключены экранированные соединители, установленные на проводящую прокладку для обеспечения надежного электрического контакта с экраном.

При монтаже кабельной системы провода различных классов должны быть расположены параллельно на расстоянии менее 150 мм. Рекомендуемое значение расстояния между кабелями, относящимися к различным классам для случая, когда они проходят параллельно проводам заземления, показаны на Рис. 7.1 В кабельных кожухах кабели необходимо прокладывать как можно ближе к заземлённой поверхности. Прямые цепи и кабеля, по которым течёт обратный ток всех нагрузок необходимо располагать как можно ближе друг к другу.

Рис. 7.1 Оптимальные расстояния между кабелями разных классов.

Следует отметить, что экранирующие оплётки всех кабелей входящих или выходящих из экрана должны иметь электрический контакт на все 360  или же должны иметь фильтры в точке входа в экран. Все кабели должны располагаться параллельно проводнику заземления. На Рис. 7.2 показаны некоторые виды параллельных заземляющих поверхностей.

Рис. 7.2 Виды параллельных заземляющих проводников.

В качестве заземляющего короба лучше выбрать второй вариант в связи с более простым монтажом в нём. При прокладке кабелей в отдельных закрытых металлических кабельных каналах кабели в них можно располагать вплотную друг к другу.

Особое внимание необходимо уделять длинным силовым и сигнальным кабелям компьютерного или другого оборудования. Эти кабели выступают в качестве приёмных или передающих антенн для высокочастотных электромагнитных помех создаваемых системой и могут стать причиной нарушения работы всей системы или отдельных её компонентов. Для уменьшения влияния высокочастотных электромагнитных излучений на кабельные системы применяются кабельные ферритовые кольца.

Феррит представляет собой ферромагнетик, не пропускающий через себя электричество. Внутри ферритового материала не происходит создания вихревых токов. Благодаря этому его перемагничивание происходит быстро. Такой фильтр, надетый на кабель, вносит большой импеданс для синфазных токов. Другими словами такой фильтр повышает индуктивность участка кабеля. Увеличение индуктивности может составлять несколько сотен раз, что и обеспечивает защиту от высокочастотных помех. Такое фильтр, установленное на кабель, состоящий из большого числа свитых проводов, создаёт синфазный трансформатор, пропускающий противофазные информационные сигналы и отражающий синфазные помехи.

Такой вид фильтров имеет диапазон рабочих частот от 1 МГц до 500 МГц. Также возможно повысить значение вносимого импеданса, за счёт создания нескольких витков провода вокруг ферритового фильтра. Пара витков на сердечнике фильтра увеличивает импеданс чуть менее чем в четыре раза.

Эти элементы могут применяться как на проводах передающих информационные сигналы для ослабления внешних помех, так и на проводах питания.

Конструкция ферритовых фильтров может представлять, как цельное кольцо или цилиндр либо выполнены в виде защёлки содержащей две половинки ферритового цилиндра. Ферритовый фильтр в виде защёлки удобен при монтаже на уже смонтированную кабельную систему. Данный тип фильтра следует закреплять в 3 см от конечного разъёма провода,

8. Монтаж разъёмов на электромагнитном экране

Во многих случаях есть необходимость установки разъёмов на корпуса электромагнитного экрана или корпуса устройства. При этом следует учесть, что между корпусом разъёма и проводящей поверхностью экрана должен обеспечиваться надёжный электрический контакт. Но в связи с тем, что обе соединяемые поверхности не являются идеально ровными, то при их соприкосновении появляются неоднородности. В таких случаях необходимо применять проводящих прокладок.

Рис. 8.1 Соединение поверхностей: а) - без прокладки; б) - с экранирующей прокладкой. [1]

Рассмотрим соединение двух не идеально ровных поверхностей. Максимальное расстояние ΔH между поверхностями при их соприкосновении в некоторой точке определяется значением неровностей. Пунктирной линией показан размер прокладки до сжатия Hg. Hmax и Hmin - определяются классом обработки поверхности. Толщина проводящей прокладки должна соответствовать классу шероховатостей поверхности. [1]

Существует много типов проводящих прокладок. Рассмотрим некоторые из них.

Прокладки из проводящих пластиков и эластомеров применяются для получения высокой плотности соединения с обеспечением водонепроницаемости и защиты от электромагнитных помех. Они представляют собой внедрённые в материал эластомера (силикона) мельчайших металлических шариков. Материалом наполнителя может выступать серебро, никель, медь, алюминий, посеребренная медь, посеребренное стекло и др. Максимальное удельное электрическое сопротивление может составлять от 0,003 до 0,01 Ом*см.

Прокладки с направленно внедренными проводниками изготавливаются путём внедрения множества тонких параллельных проводников в изоляционное основание из сплошного или пористого силикона. Они также как и предыдущий тип прокладок обеспечивают одновременно герметизацию соединения и защиту от электромагнитных помех. Материалом проводников может служить алюминий или монель (медно никелевый сплав).

Эластичные прокладки с высоко проводящим покрытием применяются в местах соединения экрана с другими деталями корпуса, обеспечивая минимальную величину сопротивления между соединяемыми поверхностями. Эластичные прокладки с высоко проводящим покрытием используются в соединениях с гладкими поверхностями с максимальным значением шероховатости не превышающем 0,1 мм. Прокладка состоит из силикона с нанесённым на него наружным слоем из серебра, золота меди, никеля, посеребренной меди, посеребренного алюминия и других материалов. Отличительной чертой этих прокладок является низкая требуемая прижимная сила.

Прижимное усилие в среднем для всех типов прокладок на эластичном основании составляет 0,5 кг/.

При установке экранирующих прокладок на металлическую поверхность используют следующие методы:

использование клеящейся подложки;

использование проводящего клея;

крепление с помощью винтов;

крепление с помощью зажимов;

Основными методами установки проводящих прокладок для разъёмов являются использование проводящего клея и крепление с помощью винтов.

Для монтажа разъёмов наиболее удачным вариантом является применение прокладок из токопроводящего силикона. Токопроводящий силикон обеспечивает не только требования по электромагнитной совместимости, но и обеспечивает герметичность соединения. Он обеспечивает коэффициент экранирования не менее 60 дБ в диапазоне частот от 30 МГц до 1 ГГц. Поверхностное сопротивление данного материала составляет 0,02 Ом на см при применение в качестве проводящего наполнителя серебра на медной подоснове.

Данный вид материала производится в виде вырубных профилей применяемых для определённых типов разъёмов или в виде кольца круглого профиля с различными диаметрами. На Рис. 8.2 показаны возможные варианты вырубных профилей прокладок и колец круглого профиля.

Рис. 8.2 Варианты вырубных профилей прокладок и колец круглого профиля. [7]

9. Экранирование стоек

В сфере обеспечения электромагнитной совместимости экранирование является одним из самых важных процессов. Экраны обеспечивают возвратный путь для токов фильтрации и защищают от непосредственного воздействия электромагнитного поля на элементы системы. Экранирование основывается на ослаблении электромагнитного поля за счёт эффектов отражения и поглощения проводящей поверхности экрана.

Экранирование является сложным конструкторским процессом, поскольку включает в себя многие факторы такие как, фактор эстетичности, фактор ремонтопригодности и экономический фактор. Экраны бывают пассивные и активные, но наиболее распространены в радиоэлектронной промышленности именно пассивные экраны. Экраны могут иметь самую различную конфигурацию и изготавливаться из различных материалов.

При рассмотрении физических основ экранирования помехонесущие поля разделяют на квазистационарные (медленно изменяющиеся) и волновые поля. При воздействии квазистационарного электрического поля на поверхности экрана появляются заряды, создающие внутри экрана собственное поле направленное навстречу внешнему полю. В случае с быстро изменяющимися во времени полями они проникают на небольшую глубину материала экрана и их энергия превращается в тепло.

Часть энергии падающей на поверхность экрана электромагнитной волны отражается от внешней и внутренней границы экрана, не проникает за экран. Отраженная составляющая этой волны также искажает внешнее поле.

Толщина слоя, на которую проникает электромагнитное поле, характеризуется толщиной скин-слоя. Эта величина представляет собой расстояние, на котором электромагнитная волна ослабевает в e раз. С повышение частоты электромагнитного поля уменьшается величина толщину слоя на которую это излучение проникает [3].

Таким образом, получается, что квазистационарные поля не проникают в экран в связи с возникновением электростатического поля внутри экрана, а электромагнитное поле проникает на небольшую глубину из-за наличия скин-эффекта, при этом увеличении частоты электромагнитного поля приводит к уменьшению глубины его проникновения.

Эффективность защиты от электромагнитного излучения оценивается как отношение напряженности электромагнитного поля вне экранного пространства к напряженности поля в экранированном объёме. Различают эффективность экранирования электрического поля  и магнитного поля :

; ; [6]

Эффективность экранирования имеет три части. Часть, основанная на затухании электромагнитной волны из-за нагрева металлической поверхности вихревыми токами. Затухание волн прошедших сквозь поверхность электромагнитного поля от границы диэлектрик - экранирующая поверхность до границы экранирующая поверхность диэлектрик. Затухание электромагнитной волны из-за множественного переотражения электромагнитных волн от внутренних стенок экранирующей поверхности.

Эффективность защиты от электромагнитных помех зависит от электрической проводимости и величины толщины материала. Чем лучше проводимость и больше значение толщины материала экрана, тем выше его эффективность защиты. Экранирующие поверхности из немагнитных материалов (алюминия, меди, латуни) магнитные волны отражается в основном от первой границы диэлектрик - экранирующая поверхность. Экранирующие панели из магнитных материалов (феррит, сталь, пермалой) отражение волны происходит от второй границы. При увеличении магнитной проницаемости экрана, эффект экранирования вне зависимости от частоты изменения поля повышается. Эффективность экранирования немагнитного материала зависит от проводимости экрана, величины его толщины и частоты изменения поля. Защиту от электрического поля осуществить легче, чем от магнитного поля. Защищать устройство от магнитного поля лучше всего экранами из магнитомягких материалов.

Имеются три зоны воздействия источников помех: зона ближнего действия, зона переходного действия и зона дальнего действия. В зоне ближнего действия в основном необходимо защита от статического поля, здесь влияет закон электромагнитной индукции. Для данного случая экран необходимо ставить ближе к источнику поля. Электростатический экран защищает от внешнего излучения при помощи компенсации этого поля за счёт индуцированных зарядов. Этот эффект известен как "клетка Фарадея”. Но заземлять данный тип экрана всё равно необходимо исходя из условия протекания обратных токов и соображениям электробезопасности.

Очень важно обеспечивать надёжность электрического контакта экрана с заземляющим проводом. Поэтому оптимальным способом его изготовления является сварка или пайка. Винтовое соединение или соединение заклёпками может быть выполнено только при гарантированной долговременной надёжности механического присоединения и не возникновении в месте соединения коррозии. Экранирующая поверхность может выступать переизлучателем электромагнитных волн при отсутствии электрического соединения с землёй.

Очень важным фактором является то, что на поверхность экрана должны отсутствовать отверстия, щели, места стыков и тому подобных неоднородности. Не должно возникать препятствий для протекания токов в цепях заземления. Все вентиляционные щели должны располагаться вдоль линий протекания токов. Оба случая показаны на Рис. 9.1.

Рис. 9.1 Щели в экранирующей поверхности: 1 - неправильное расположение щелей; 2 - рекомендуемое расположение щелей. [3]

Проблемой является изготовление экранирующей поверхности для устройств, имеющих пластмассовый корпус. Увеличение эффективности защиты от электромагнитных помех в этом случае может достигаться либо применением материалов на основе пластмассы с металлическим наполнителем либо создание поверхностных слоев металла, например с помощью проводящей краски.

Для экранирования магнитных полей на низких частотах необходимо применять материалы, имеющие высокую магнитную проницаемость, так как они концентрируют поле внутри толщи металла и не дают ему проникать внутрь экранированного объёма. Но требование директивы электромагнитной совместимости не распространяется на магнитное экранирование на низких частотах. В связи с этим такой тип экранов необходимо применять только для аппаратуры, которая чувствительна к магнитным полям промышленной частоты.

Способы повышения эффективности экранирования.

Теоретически эффективность экранирования может достигать значения 200 дБ при использовании приемлемых толщин обычных материалов. Но на практико это значение гораздо ниже за счёт наличия в экранах отверстий и неоднородностей. Отверстия необходимы для вентиляции, окон наблюдения и индикации, для ручек управления и т.д. Также швы образуются при соединении проводящих частей экрана из-за некачественной поверхности панелей или из-за наличия краски, окислов или ржавчины, что приводит к появлению изолирующего слоя. Серьезной проблемой являются шарнирно открывающиеся панели, дверей или крышек, которые составляют часть экранирующего корпуса. При этом необходимо размещать панели внахлёст с проложенной между ними проводящей прокладкой.

Наихудшей формой щели между экранами является узкая и длинная щель, особенно когда она расположена перпендикулярно вектору электрического поля. При разделении такой щели на две половинки улучшают магнитное и электрическое экранирование более чем на 6 дБ, при этом ширина щели оказывает второстепенное влияние на результат экранирования.

Смотровые окна тоже являются неоднородностями, через которые внедряются электромагнитные помехи и их следует закрывать прозрачными проводящими материалами. Экранирование смотровых окон необходимо осуществить при помощи медной сетки либо плёнки с напылённым проводящим слоем. Эффективность защиты от электромагнитных помех в данном случае, при условии наличия надежного электрического контакта по периметру смотрового окна, не может превышать более 40-50 дБ. Но большие значения эффективности могут, не понадобится в связи с наличием других отверстий в экране.

Следующей неоднородностью, через которую могут проникать электромагнитные помехи, являются вентиляционные отверстия. Эти отверстия необходимо закрывать перфорированными сетчатыми экранами или перфорированными панелями. Перфорированные панели лучше делать с большим числом малых отверстий, чем с малым числом больших отверстий.

Наилучше показатели экранирования вентиляционных отверстий при наилучших массогабаритных параметрах показывают панели из "сотового” проводящего материала, в которых элементы в виде сот используются как запредельные волноводы. В этих панелях толщина экрана в несколько раз превосходит ширину отдельного отверстия. Каждое отверстие по размеру должно быть меньше половины длинны волны для частот, которые должны быть отсечены. В зависимости от длинны элемента конструкции сотовых панелей эффективность экранирования может достигать 90 дБ.

Вентиляционные решётки, сделанные из "сотового” проводящего материала способны экранировать электромагнитные помехи в диапазоне частот от 10 МГц до 40 ГГц и обеспечивают максимально возможный доступ воздуха. Материалом таких панелей часто является бериллиевая бронза с покрытием, нержавеющая сталь или алюминий.

10. Организация рационального заземления

Заземление - это соединение одного или нескольких проводящих тел с землей для устранения разности потенциалов между телом и землей. [2] Соединением в этом случае называется связь двух проводящих тел по средствам проводника. Понятие земля не является однозначным. В случае данного проекта земля может рассматриваться как общий корпус транспортного средства используемый как обратный токопровод. Но не следует забывать о соединении корпуса транспортного средства непосредственно с землёй способной поглощать огромное количество энергетического заряда. Земля обладает огромной электрической ёмкостью и может выступать в качестве идеальной опорной базы для напряжений электрической системы.

Первостепенной задачей организации рационального заземления является достижение эквипотенциальности, но в следствии этого возникают следующие проблемы. Заземление оказывается не эквипотенциальным в связи с наличием омического и индуктивного падения напряжения. Также возможно появление помех в цепях РЭС за счёт появления токов большой мощности в цепях заземления и как следствие вызванных ими значительных индуктивных эффектов. Также организация заземления позволяет решить проблему статического электричества. В связи с этим вопросы заземления радиоэлектронных средств требуют к себе самого пристального внимания в сфере защиты от электромагнитных помех.

Цепь заземления сама может стать источником помех для заземляемого оборудования. Если цепь заземления имеет замкнутые контуры, то внешние электромагнитные волны могут наводить в них циркулирующие токи, называемые шумом заземления. Для высокочастотных излучений заземляющие проводники на резонансах частотах могут стать паразитными антеннами. При конструировании заземления для высокочастотных систем необходимо учитывать такие явления, как индуктивное сопротивление, резонансные явления и скин-эффект.

К цепям заземления предъявляются следующие требования:

исключение замкнутых контуров;

минимальное полное сопротивление;

на ВЧ диапазоне соединение должно быть как можно электрически коротким;

Непосредственное соединение с землёй производится с помощью проводника или совокупность проводников находящихся в соприкосновении с землей, и называются заземлителями.

Системы заземления, возможно, разделить на две категории: защитные и рабочие [2]. Заземление защитное применяется для поддержания частей несущих конструкций на уровне одного и того же потенциала, соответствующего потенциалу земли и должно обеспечивать нагрузку с низким сопротивлением для мощных токов, которые могут возникнуть, в радиоэлектронных комплексах. Эта категория заземления обязана обладать хорошим низкоомным контактом с землёй.

Рабочее заземление содержит заземление силовых приборов, которые требуется наличие заземления, и схемное заземление, которое служит опорный потенциал для радиоэлектронных схем. Данная система заземления позволяет уменьшить уровень взаимовлияния между разными радиоэлектронными схемами.

В реальных ситуациях необходимо искать компромисс между простотой выполнения заземления и его качеством при учёте параметров ЭМС: частотного диапазона, уровня помех и параметров аварийных ситуаций. Основные виды рабочих заземлений электронной аппаратуры приведены в Таблице 10.1.

Таблица 10.1. [2]

Одноточечная система заземления концептуально самая простая, при ней каждая стойка или субблок имеет единственную связь с шасси. У неё отсутствуют петли заземления на низких частотах и отсутствуют связи через общее сопротивление заземления. Токи в системе заземления, не влияют на схему. Она хорошо работает на низких частотах, а для схем с частотами выше одного мегагерца применяют модификацию одноточечной системы заземления. При ней в одну систему связываются цепи заземления модулей с однотипными характеристиками. Потом эти цепи присоединяются к одной точке одноточечного заземления, что позволяет уменьшить связь через общее сопротивление между цепями, но в то же время высокочастотные цепи заземления остаются локальными. Самые шумящие цепи располагаются ближе к общей точке для минимизации эффекта связи через общее сопротивление. Когда отдельный модуль имеет более чем одну систему заземления, модули должны быть связаны встречно включенными диодами для предотвращения повреждений, когда цепи разъединяются.

В гибридном и многоточечном заземлении устраняются проблемы, присущие одноточечной системе заземления. Многоточечное заземление необходимо для цифровых систем и высокочастотных цепей с высоким уровнем сигнала. Модули и схемы соединяются вместе многими короткими (менее 0,1 λ) связями для минимизации напряжений общего режима, вызванных полным сопротивлением заземления. Альтернативным решением является применение большого числа связей с шасси, заземленной панелью или другим проводящим телом с низким полным сопротивлением.

В гибридных системах используются реактивные компоненты для создания системы заземления, которая по-разному функционирует на низких и радиочастотах, что может быть необходимо в чувствительных широкополосных цепях.

Обособленные системы заземления при установке электронного оборудования необходимо соединять между собой не более чем в одной точке, чаще всего именуемым опорным узлом. Особенно необходимо следить за разнесением заземляющего кабеля силового оборудования и электронного оборудования. Наиболее важной функцией схемы заземления по обеспечению ЭМС является минимизация напряжений помех в критических точках в сравнении с полезным сигналом.

Для мощных электромагнитных помех заземление защитное не является надежным отводом, в соответствии с этим для увеличения защищённости радиоэлектронных средств к электромагнитным помехам особое внимание надо уделять схемной системе заземления. Схемная система заземления может быть одноточечной, многоточечной, "плавающей" и региональной. При этом одноточечная схема может быть выполнено по системе "ёж” и "ёлочка”. Такие схемы употребим в малых экранированных подсистемах, так как при ней не образуются петли, которые могут стать приёмниками радиоэлектронных помех. Поскольку из-за резонансных эффектов применение схем заземления в виде "ёжа" и "ёлочки” для больших систем нецелесообразно.

Иногда наиболее оптимально применение схемы с "плавающим" заземлением, при которой каждый экранированный объём имеет собственную систему заземления. Но при её реализации необходимо организовывать изолирующие устройства связи между отдельными экранированными объёмами радиоэлектронных средств.

Самой распространенной системой является многоточечная система заземления. В ней каждая подсистема РЭС экранирована, заземлена и связана с другими подсистемами с помощью проводников. В этом случае требуется хорошая защита вводов кабелей и их экранирование с максимальным сближением их к земле.

Региональная система заземления обладает комбинированными свойствами всех предыдущих систем. В данном случае в пределах каждой экранированной зоны сохраняется концепция одноточечной системы заземления, однако все выходы кабелей между зонами должны иметь специальную систему изоляции подсистем друг от друга.

Одноточечная система заземления имеет лучшие показатели на низких частотах, а многоточечная система заземления на высоких частотах. Следует отметить, что необходимо тщательно выполнять все технологические нормы по исполнению качественного заземления корпусов устройств радиоэлектронных систем, что бы ни понижать эффективность защиты от электромагнитных помех. Заземляющие проводники не должны нарушать целостность экранов и не добавлять новых отверстий, щелей или сварных швов в экране.

Правила заземления

Из всего вышесказанного следует, что на частотах менее 1 МГц наиболее целесообразно применять одноточечное заземление. При частотах выше 10 МГц одноточечную систему заземления применять нельзя, так как индуктивность провода увеличивает полное сопротивление заземления, а паразитные емкости способствуют образованию незапланированных путей для токов заземления, что вызывает образование петель заземления, которые восприимчивы к магнитным полям.

В том случае, если система очень чувствительна к электромагнитным помехам, необходимо использовать гибридную схему заземления. Данный вид заземления требует тщательной схемотехнической проработки и сложных расчётов.

С позиции обеспечения ЭМС, даже схемы, работающие на низких частотах, должны быть хорошо защищены от радиоэлектронных помех. На практике это обеспечивается при применении схем многоточечного заземления.

При реализации заземления необходимо помнить, что:

проводники обладают конечным полным сопротивлением, увеличивающимся с частотой;

две точки заземления, физически разделённые, не имеют одинакового потенциала, пока между ними протекает ток;

одноточечное заземление недопустимо на высоких частотах.

11. Методы и оборудование для проверки ЭМС

Испытания по сертификации радиоэлектронных систем в сфере ЭМС должно проводиться специально для этого предназначенных организациях с применение сертифицированного лабораторного оборудования и высококвалифицированного персонала. [5] Но при таких сертификационных работах организующая их организация после обнаружения несоответствий параметрам системы по ЭМС не указывает компании производителю причину возникновения данного несоответствия. Поэтому обнаружение и устранение несоответствий параметров электромагнитной совместимости должно проводиться на предприятии изготовителе радиоэлектронной системы. Для этого на предприятии должно иметься специальное оборудование.

Для оценки параметров электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем необходимо применять специализированное оборудование для анализа интенсивности электромагнитных волн. В качестве измеряемого параметра характеризующего ЭМС выбрана напряженность электромагнитных полей. Таким образом, критерием качества электромагнитной совместимости системы является значение напряженности электрического и магнитного поля создаваемого системой или пронимаемое сквозь экраны. Также следует отметить, что измерения необходимо проводить в широком спектре частот.

На рынке представлен широкий спектр измерителей напряженности магнитных и эклектических волн для разных диапазонов частот. Но наиболее рационально применять широкополосный измеритель с рядом откалиброванных измерительных зондов. Таким устройством является Narda NBM-550. Данный прибор может проводить измерения параметров электромагнитного поля в широком диапазоне частот. С помощью этого прибора, можно исследовать характеристики неионизирующих излучений. Данный прибор хорошо подходит для исследования соответствия параметрам стандартов по обеспечению электромагнитной защиты в сфере определения напряженности электромагнитного поля. Рабочий диапазон частот данного прибора составляет - от 100 кГц до 60 ГГц.

Данный прибор может оснащаться как обычными зондами для измерения, так и зондами у которых имеется возможность настройки их параметров. Испытательные зонды калибруются независимо от основного прибора.

Данное устройство может применяться в следующих сферах:

анализ напряженности поля;

определение безопасных зон;

анализ и измерение напряженности полей радиолокационного и радиовещательного оборудования;

анализ параметров магнитного поля;

измерение уровня электромагнитных помех;

измерение напряженности полей в радиоэлектронных системах для установления электромагнитной совместимости.

Характеристики прибора и подключаемых зондов представлены в Таблице 11.1 и на Рис 11.1.

Таблица 11.1 Характеристики Narda NBM-550 [8]

Единицы измерения            мВт/, Вт/, В/м, А/м, % (от стандарта)

Рис. 11.1 Характеристики подключаемых зондов. [8]

12. Методика повышения ЭМС

Проанализировав всю вышесказанную информацию, сформируем список мероприятий методики повышения электромагнитной совместимости для конкретного примера радиоэлектронной системы, монтируемой на колёсную транспортную базу ГАЗ-2330 "ТИГР”. В качестве радиоэлектронной системы выберем теоретическую модель системы радиоэлектронной разведки монтируемой на мобильной транспортной базе.

Корпус транспортной базы

Рассмотрим конструкторские решения по доработки корпуса транспортной базы для использования его в качестве электромагнитного экрана.

Рис. 12.1 Внешний вид бронеавтомобиля ГАЗ-2330 "ТИГР”.

П.1. На лобовые стёкла и стёкла дверей наносится плёнка с нанесённым на неё проводящим слоем. Данным экранирующим материалом является самоклеющаяся плёнка на полеэстеровой основе с нанесённым на неё прозрачным слоем токопроводящего материала ЕМ70. Светопропускание данного материала составляет 75%, а коэффициент экранирования составляет не менее 30 дБ. При монтаже плёнки используется токопроводящий клей EX-302L/ID-CSS-A (E) предназначенный для соединения края токопроводящей плёнки с корпусом автомобиля.

П.2. На оконные стёкла крепятся панели с медно никелевой сеткой с размерами ячеек 0,63х0,63 мм и диаметром проволоки 0,3 мм. Такие панели обеспечивают эффективность экранирования не менее 30 дБ в диапазоне частот от 30 МГ до 30 ГГц и не мешают прохождению воздуха. При монтаже таких панелей использовался комбинированный DD-образный профиль из токопроводящего силикона с неопреном марки EXCSDD. Данный профиль крепился к панели с помощью токопроводящего клея EX-302L/ID-CSS-A (E) а ответная поверхность на корпусе автомобиля покрывалась токопроводящей краской марки EXCP-001S. Эффективность экранирования такого соединения составляет 60 дБ на частотах от 30 МГц до 1ГГц.

П.3. У всех дверей и люков резиновые уплотнители заменяются на прокладки из комбинированного DD-образного профиля, сделанного из токопроводящего силикона с неопреном марки EXCSDD. Данный профиль крепился к дверям и люкам автомобиля с помощью токопроводящего клея EX-302L/ID-CSS-A (E) а ответная поверхность на корпусе автомобиля покрывалась токопроводящей краской марки EXCP-001S.

Данные мероприятия позволяют рассматривать корпус автомобиля как электромагнитный экран с эффективностью экранирования не ниже 30 дБ при условии обеспечения качественного монтажа всех вышеперечисленных элементом.

Конструкция металлических кожухов для прокладки кабелей

В данной радиоэлектронной системе все кабели можно разделить на два типа. Первый тип кабелей внешние кабели. К данному типу кабелей относится кабель для подачи к вводному щиту питающего напряжения от внешнего электрогенератора, кабеля внешних антенн связи и кабеля идущие к антенно-фидерному устройству радиоэлектронной локации. Данный тип кабелей не защищён корпусом транспортной базы и наиболее уязвим для внешних электромагнитных помех. Для повышения защищённости к электромагнитным помехам данных кабелей необходимо применить следующие мероприятия:

а). В качестве сигнальных кабелей для всех антенных устройств следует применять коаксиальный кабель, в структуре которого имеется слой радиопоглощающего материала. Данный тип кабелей обеспечивает степень вносимого затухания высокочастотных электромагнитных помех около 100 дБ на частотах до 45 ГГц.

б). Кабель подвода питания должен быть оснащён дополнительным слоем внешней проволочной оплётки. Наиболее оптимальными характеристиками обладает проволочная полимерная оплетка кабеля серии CEXP. Такая оплётка применяется для уменьшения эффектов наводки на кабель электромагнитных помех, а также для увеличения механической прочности кабеля. Такая оплётка состоит из переплетённой проволоки из полимера, на которой гальванически осаждён сплав меди с никелем. Данный вид оплётки обеспечивает эффективность экранирования не менее 40 дБ в диапазоне частот от 30 МГц до 1 ГГц. Оплётка легко надевается на кабель путём натягивания "как чулок”

в). На все кабели как питающие, так и сигнальные должны быть установлены ферритовые фильтры. Современная техника предоставляет широкий выбор конструкцией данных фильтров. Наиболее удобным для применения на уже смонтированном кабеле являются ферритовые фильтры серии CF выполненные в виде защёлки устанавливаемой на круглый кабель. Данный фильтр желательно устанавливать на обоих концах кабеля на расстоянии 30 мм от разъёма. Эти фильтры помогают уменьшить влияние высокочастотных электромагнитных помех.

Вторым типом кабелей являются кабели, располагающиеся внутри кузова транспортной базы. Данные кабели следует разделить на подтипы. Первый подтип кабелей это питающие кабели, идущие от вводного щитка к распределительной стойке и питающие кабели от распределительной коробки к блокам системы. Вторым подтипом кабелей является сигнальные кабели, идущие от антенн системы к блокам системы или соединяющие блоки между собой. На оба подтипа кабелей воздействуют электромагнитные помехи от самой системы и помехи прошедшие через корпус автомобиля из окружающей среды. Первый подтип кабелей, в связи с большой мощностью токов протекающим по ним, может являться источником низкочастотных электромагнитных помех с относительно большой напряжённостью, но сами сигналы, протекающие по кабелям данного типа малочувствительны к электромагнитным помехам. Данный вид кабелей необходимо монтировать в отдельном от остальных кабелей металлическом кожухе для ослабления излучаемых ими электромагнитных помех.

Второй подтип кабелей характеризуется высокой чувствительностью к электромагнитным помехам, при этом, в связи с низким уровнем мощности сигналов протекающих по данному типу кабелей, сами они не создают высокого уровня напряжённости электромагнитного поля. В качестве проводов для особо чувствительных сигнальных кабелей лучше всего применять коаксиальные кабели, при условии надёжного кругового электрического контакта экранирующей оплётки с корпусами разъёмов. Данный вид кабелей также рекомендуется укладывать в отдельный металлический кожух, дабы уменьшить влияние на них электромагнитных излучений от блоков системы и внешних электромагнитных волн.

И так рассмотрим последовательность действий при прокладке кабельной системы внутри транспортного средства:

а). Сначала необходимо разделить все кабели на питающие и сигнальные кабели. Затем среди сигнальных кабелей выделить наиболее чувствительные к электромагнитным помехам либо имеющие наибольшую важность для обеспечения корректной работы системы. В качестве проводов для этих кабелей необходимо использовать коаксиальный кабель.

б). На питающие кабеля необходимо надеть ферритовые фильтры, для отсечения высокочастотных наводок на этих кабелях. Также необходимо каждый питающий кабель скрутить в витую пару с проводом, соединяющим корпуса разъёмов. Данный провод обеспечивает минимальную площадь контуров, по которым печёт прямой и обратные токи.

в). Затем необходимо смонтировать металлический короб для прокладки питающих кабелей. Монтаж и металлических коробов удобнее всего осуществлять с помощью вытяжных заклёпок и токопроводящего клея для удаления щелей в стыках.

г). Затем прокладывается металлический кожух для сигнальных кабелей. Его лучше располагать на расстоянии не менее 150 мм от кожуха с питающими кабелями.

д). Выход любого типа кабеля из кожуха должен осуществляться с использованием внешней проволочной оплётки. Её следует надевать на выступающую из кожуха часть кабеля, и она должна быть опаяна по периметру выходного отверстия. Также следует, обеспечит надёжный электрический контакт внешней проволочной оплётки и корпуса разъёма кабеля.

При использовании данного вида кожухов для защиты кабельной системе эффективность экранирования может достигать не менее 60 дБ при условии обеспечения правильной технологии монтажа.

В некоторых случаях удобно применить вместо металлических кожухов гибкие экраны из ПВХ оплётки с внутренним слоем из алюминиевой фольги с застёжкой. Застёжка обеспечивает лёгкую установку кабелей и при необходимости допускает снятие и повторную установку экрана.

Правила монтажа кабельных разъёмов

Важным элементом обеспечения электромагнитной совместимости при монтаже кабельной системы является обеспечение надёжного электрического контакта корпуса разъёмов кабелей с корпусом блока или панели устройства. При монтаже разъёмов на панели экрана необходимо зачищать место под разъёмом от краски. В случае если материал экрана подвержен коррозии, эти места необходимо покрывать токопроводящей краской. Для компенсации неровностей поверхности экрана и разъёма необходимо между ними устанавливать прокладку из токопроводящего силикона.

Экранирование стоек

Все радиоэлектронные блоки внутри транспортной базы закрепляются в специальных несущих стойках. Стойки представляют собой рамную конструкцию, не имеющую стенок. Для улучшения защищённости блоков радиоэлектронной системы от воздействия электромагнитных помех необходимо оснастить несущие стойки экранирующими панелями. При этом необходимо обеспечить достаточный доступ воздуха к блокам и не ухудшить ремонтопригодность радиоэлектронной системы. Рассмотрим разработку экранирующих панелей для стойки оператора АРМ.

Боковые и передняя панели экрана должны иметь жесткое закрепление к стойке. Задняя панель экрана должна иметь шарнирное соединение для обеспечения лёгкого доступа к внутреннему объёму стойки, а также иметь кабельный ввод, располагающийся в верхней части стойки. В качестве основы для таких экранов выбраны панели вентиляционных решёток сотовой формы. Эти вентиляционные решетки выполнены для создания запредельных волноводов, способных экранировать электромагнитные волны в диапазоне частот от 10 МГц до 40 ГГц, и обеспечивают максимально возможный доступ воздуха. Они изготавливаются из бериллиевой бронзы с покрытием, нержавеющей стали и алюминия. Они закреплены на раме и опаяны по контуру для исключения щелевого проникновения электромагнитного излучения. Эффективность экранирования таких панелей составляет не менее 90 дБ.

Все поверхности сложной формы будут закрываться панелями из алюминия толщиной 3 мм. Все панели должны обладать электрическим контактом по периметру и в местах стыков с рамой несущей стойки. Для этого установки этих панелей будет осуществляться за счёт винтов с применением прокладок из токопроводящего силикона. Панель на задней стенке стойки будет выполнена на шарнирном соединении для обеспечения доступа к блокам. По периметру этой панели будет располагаться уплотнительный профиль из токопроводящего силикона, а прижатие будет обеспечиваться накидными винтами с барашковой гайкой.

Для ввода и вывода кабелей в верхней части стойки располагается специальный кабельный ввод. Он представляет собой металлическую коробку верхняя стенка, которой сделана в виде нескольких прижимных планок. На планке с двух сторон токопроводящим клеем приклеен пустотелый профиль из токопроводящего силикона. На одной из сторон коробке также наклеен этот профиль из токопроводящего силикона. Провода пропускаются между двух частей профиля и прижимаются винтами. Коаксиальные кабели в местах прижима планкой зачищаются от внешнего изоляционного слоя для обеспечения надёжного электрического контакта с металлической оплёткой кабеля. Провода, не имеющие металлической оплётки, в местах прижима покрываются несколькими слоями самоклеющейся медной фольги для образования в этом месте подобия запредельного волновода. Места выхода кабелей также закрываются ответными частями кабельных кожухов для питающих и сигнальных кабелей. В месте стыка кожуха с корпусом кабельного выхода должна быть уплотняющая прокладка из токопроводящего силикона.

Маскировочная сетка из радиопоглощающего материала

В случае применения экранирования как способа защиты от электромагнитных помех часть энергии падающей электромагнитной волны отражается от поверхности экрана и может стать причиной многих негативных явлений. Примером такого явления может служить заметность автомобиля для радиоэлектронной локации. Это явление особо критично для военной техники.

Для уменьшения интенсивности поля электромагнитных волн как отражённых от корпуса автомобиля, так и создаваемых самой системой единственным возможным способом является применение внешнего радиопоглощающего материала. Одним из наиболее подходящих для данного случая материалов является радиопоглощающий материал Российского производства "Крона" выполненный в виде камуфляжной сетки.

Чехол из такой сетки способен обеспечить коэффициент отражения при нормальном падении электромагнитной волны на плоскую, закрытую радиопоглощающим материалом металлическую поверхность составляет 20%. Диапазон длин волн эффективной работы 0,3-5 см.

Организация рационального заземления

Радиоэлектронная система, монтируемая на мобильную транспортную базу обязательно должна иметь надёжное заземление. Колёсные транспортные базы чаше всего имеют колёса с резиновыми покрышками, в связи с этим электрический контакт с землёй зачастую отсутствует.

Выделим два режима работы такой системы. В первом случае, когда система функционирует непосредственно во время движения. Этот случай чаще всего характеризуется тем, что система работает не полностью. Обычно функционирует лишь часть оборудования, отвечающая за связь и определение местоположения. В этом случае "землёй” является корпус автомобиля. Дополнительно необходимо установить несколько металлических цепей прикреплённых к корпусу автомобиля и свисающих, так что бы имелся контакт с поверхностью грунта. Данные цепи являются отводами статического заряда от корпуса автомобиля.

Второй режим работы обычно характеризуется развёртыванием радиоэлектронной системы на определённом месте. В составе системы должны быть колья заземления не менее 4 штук. Колья вбиваются в грунт с четырёх сторон от автомобиля на глубину не мене метра. Колья заземления соединяются с элементами конструкции автомобиля достаточно толстыми медными проводами. Один провод заземления должен подсоединяться к заземляющему винту вводного щита. Один провод должен вести к винту массы под капотом автомобиля. Оставшиеся два провода присоединяются к противоположным сторонам корпуса автомобиля, где должны быть специально сделанные прижимные винты.

В случае если радиоэлектронная система работает на частотах, не превышающих 10 МГц, организуется одноточечная система. Каждый блок имеет свой заземляющий кабель, ведущий непосредственно к клемме заземления на вводном щитке автомобиля.

В противном случае необходимо применять гибридную схему заземления. В этом случае в пределах одной стойки организуется одноточечная система заземления, где каждый блок имеет короткий провод, ведущий к болту заземления. У стойки может быть не один такой болт, а несколько. Эти болты объединены одной общей шиной заземления ведущей непосредственно к заземляющей клейме на вводном щитке. Разные стойки могут подсоединяться к разным заземляющим клеммам. Также некоторые блоки могут заземляться непосредственно на корпус автомобиля. На Рис.12.9 показана структурная схема гибридного заземления.

Рис. 12.2 Структурная схема гибридного заземления.

13. Заключение

В результате всех проведённых мероприятий по повышению электромагнитной совместимости радиоэлектронной системы, базирующейся на колёсной транспортной базе, построим упрощённую модель защиты от электромагнитных помех. Данная модель показана на Рис. 13.1.

Рис. 13.1 Упрощённая модель защиты радиоэлектронной системы от электромагнитных помех.

Внешний слой сетки из радиопоглощающего материала обеспечивает поглощение 80% энергии падающей электромагнитной волны. При этом он поглощает электромагнитные волны внешней среды, так и создаваемые самой радиоэлектронной системой.

Слой корпуса автомобиля имеет эффективность экранирования порядка 30 дБ. Такое низкое значение обусловлено эффективностью экранирования прозрачной проводящей плёнки нанесённой на стёкла автомобиля.

Эффективность экранирования экрана стойки радиоэлектронных блоков составляет 60 дБ. Эффективность экранирования металлических кожухов для прокладки кабелей составляет 60 дБ.

Рассмотрим эффективность защиты от электромагнитных помех различных элементов радиоэлектронной системы.

а). Радиоэлектронные блоки. Эффективность экранирования радиоэлектронных блоков составляет сумму коэффициентов эффективности экранирования корпуса автомобиля, экрана стойки, и корпуса блока. Значение этой сумму теоретически составляет не менее 150 дБ.

б). Сигнальные кабели. За счёт применения коаксиального кабеля с слоем радиопоглощающего кабеля эффективность экранирования составляет не менее 100 дБ. Данное значение соответствует сигнальным кабелям, расположенным вне корпуса автомобиля. Для кабелей расположенных внутри корпуса автомобиля это значение значительно выше.

в). Кабеля питания расположенные внутри корпуса автомобиля. Эффективность экранирования составляет минимум 100 дБ.

Для организации заземления для данной радиоэлектронной системы была выбрана гибридная система заземления. Для предотвращения влияния высокочастотных помех наводимых в кобелях радиоэлектронной системы были применены ферритовые фильтры.

Применение всех вышеописанных методов повышения электромагнитной совместимости обеспечивает высокую степень защиты от электромагнитных помех.

Список литературы

1.       Балюк Н.В., Болдырев В.Г., Булеков В.П., Кечиев Л.Н., Кирилов В.Ю., Литвак И.И., Постников В.А., Резников С.Б. "Электромагнитная совместимость технических средств подвижных объектов”. Москва, МАИ. 2004г. - 628с.

2.       Кечиев Л.Н., Пожидаев Е. Д." Защита электронных средств от воздействия статического электричества”, Москва. 2005г. - 362с.

3.       Кечиев Л.Н.  <http://www.hse.ru/org/persons/56548786>, Акбашев Б.Б., Степанов П.В. "Экранирование технических средств и экранирующие системы”. Москва. 2010г. - 472с.

.        Кармашев В.С. "Электромагнитная совместимость технических средств: Справочник” Москва, 2001г. - 402с.

.        Кирилов В.Ю. "Технические средства испытаний электромагнитной совместимости”. Москва, МАИ. 2007г. - 72с.

.        Н.А. Володина, Р.Н. Карякин, Л.В. Куликова, "Основы электромагнитной совместимости”. Москва. 2007г. - 466с.

.        <http://www.emftest.ru/products/wide/43> - Широкополосный измеритель напряженности электрического и магнитного поля.

.        <http://militaryrussia.ru/blog/topic-428.html> - Описание транспортной базы ГАЗ-2330 "ТИГР”.

.        http://ckbrm.ru/index. php? products=61 <http://ckbrm.ru/index.php?products=61> - Радиопоглощающий материал "Крона”.

.        Борисов В.Ф., Мухин А.А., Корниенко Ю.Н., Назаров А.С., Трегубов Ю.В., Федотов Л.М., Чайка Ю.В. "Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для радиотехнических специальностей" Москва, МАИ. 1992г. - 38с.