Блог

Jul 02, 2023

Вещи, которые вы, возможно, не слышали об экранировании

Что определяет, насколько эффективным будет экран кабеля? И как решение заземлять или не заземлять щит влияет на его эффективность? К счастью, существует хорошо разработанная теория

Что определяет, насколько эффективным будет экран кабеля? И как решение заземлять или не заземлять щит влияет на его эффективность? К счастью, существует хорошо разработанная теория экранирования, которая будет обсуждаться как способ получить общее представление о том, чего можно ожидать от эффективности защиты. Но это еще не все. Как мы увидим, способ прекращения действия щита может существенно повлиять на его эффективность.

Теория защиты начинается с модели физической среды защиты. В модели предполагается, что кабель имеет оболочку, поэтому экран не соприкасается с заземляющим слоем нигде, кроме, возможно, концов. В этом случае линия передачи формируется любым существующим заземляющим слоем и внешней стороной экрана. Аналогично, внутренняя часть экрана и заключенные в него проводники также образуют линию передачи. Таким образом, мы имеем две линии передачи, соединенные утечкой через экран (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Базовая модель физической среды.

Связь внутренней и внешней линий передачи характеризуется механизмом, называемым поверхностным передаточным сопротивлением Zt. В большинстве установок экран и, следовательно, внешняя линия передачи закорачиваются на землю либо с обоих концов, либо с одного конца, как схематически показано на рисунке 2, при этом переключатель SW замыкается или размыкается соответственно.

Рис. 2. Модель физической среды, включая оконечные устройства.

Внутренние проводники на каждом конце имеют определенное сопротивление, которое при проведении измерений обычно представляет собой разомкнутую, короткую или согласованную нагрузку.

Если экран заделан на обоих концах, ток может течь по внешней стороне экрана. Этот ток может быть вызван либо контурами заземления, возникающими из-за того, что заземление на концах кабеля имеет разные потенциалы (Vd), либо индукцией от внешних полей, либо и тем, и другим. В любом случае ток внешнего экрана передается во внутренние цепи через сопротивление поверхностного переноса Zt.

Если экран подключен только к одному концу, контур заземления разорван. Ток ограничивается тем, который вынужден течь через распределенную емкость между внешней частью экрана и заземляющим слоем (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Модель кабеля с заделкой только на одном конце.

Наведенный ток может быть небольшим, и в этом случае важной величиной является распределение напряжения по кабелю. Напряжение равно нулю там, где кабель заделывается, но может быть высоким на открытом конце на частотах, где длина кабеля превышает одну десятую длины волны, поскольку в этот момент он становится очень эффективной антенной.

На открытом конце существует емкостная связь между экраном и жилами кабеля за счет окантовочной емкости Cf (см. рисунок 4). Поскольку напряжение на этой емкости может быть высоким, в проводники кабеля через окантовочную емкость может проходить значительный ток.

Рис. 4. Базовая схема соединения, когда один конец экрана разомкнут.

До сих пор мы рассматривали модель физической и электрической среды щита. Теперь нам нужно рассмотреть характеристики конструкции щита и то, как это влияет на его характеристики.

Для начала рассмотрим кабель, заземленный с обоих концов. Чтобы увидеть, как работает кабель, заземленный таким образом, нам нужно обсудить импеданс поверхностной передачи. Проще говоря, импеданс поверхностного переноса связывает напряжение, возникающее в цепях внутри экранированного кабеля, с токами, текущими снаружи кабеля. Таким образом, на рисунке 2 при замкнутом переключателе ток Ishield на внешней стороне экрана вызывает V1 и V2 на проводниках внутри экрана через Zt.

Так как же нам определить, что такое Zt? Ну, мы можем это измерить или вычислить. Маршрут измерения описан в [3], пример будет показан позже. Маршрут расчета стоит обсудить, поскольку он дает представление о задействованной физике.