Электростатическое экранирование
Экранирование Функционирование любого технического средства информации связано с протеканием по его токоведущим элементам электрических токов различных частот и образованием разности потенциалов между различными точками его электрической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля. Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых имеют место большие напряжения и протекают малые токи, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием электрической составляющей. Преимущественное влияние электрических полей на элементы электронной аппаратуры наблюдается и в тех случаях, когда эти элементы малочувствительны к магнитной составляющей электромагнитного поля. Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых протекают большие токи и имеют место малые перепады напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием магнитной составляющей. Преимущественное влияние магнитных полей на аппаратуру наблюдается также в случае, если рассматриваемое устройство малочувствительно к электрической составляющей или электрическая составляющая много меньше магнитной за счет свойств излучателя. Переменные электрические и магнитные поля создаются также в пространстве, окружающем соединительные линии (провода, кабели) ТСПИ. Побочные электромагнитные излучения ТСПИ являются причиной возникновения электромагнитных и параметрических каналов утечки информации, а также могут оказаться причиной возникновения наводки информационных сигналов в посторонних токоведущих линиях и строительных конструкциях. Поэтому снижению уровня побочных электромагнитных излучений уделяется большое внимание. Эффективным методом снижения уровня ПЭМИН является экранирование их источников. Различают следующие способы экранирования: - электростатическое; - магнитостатическое; - электромагнитное. Электростатическое экранирование Если в электрическое поле внести проводник, то в результате поляризации электроны в нем начнут перемещаться в сторону положительно заряженной пластины и на части проводника, обращенной к этой пластине, возникает отрицательный потенциал, а противоположная часть поверхности проводника окажется заряженной положительно. Положительная и отрицательная части проводника создают свое собственное вторичное поле, которое равно внешнему и имеет направление противоположное ему. Следовательно, внешнее электрическое поле и внутреннее поле создаваемое проводником, компенсируют друг друга во всех точках внутри тела проводника. Этим и объясняется распределение зарядов только на поверхности проводника. Внутри проводника поле отсутствует (рис. 1).
Рис.1. Электрическое поле внутри проводника. В самом деле, поскольку всюду внутри металлического тела поле равно нулю, то достаточно поместить в его внутренней полости устройство, подверженное влиянию электростатического поля и тем самым исключить влияние поля на это устройство. В этом случае эффективность экранирования оказывается независимой ни от формы экрана, ни от толщины его стенок, ни от металла, из которого он изготовлен. Поместим заряд +q в центре сферической металлической оболочки (рис. 2).
Рис. 2. Заряд в центре металлической оболочки. На внутренней поверхности оболочки возникают заряды –q, а на внешней - +q, и экран оказывается не эффективным. Однако, если теперь подключить металлическую оболочку к земле (к корпусу) (рис. 3), то это приведет к тому, что заряды, находящиеся на внешней поверхности оболочки, стекут на землю (корпус), т.к. он обладает очень большой емкостью, вне оболочки поле окажется равным нулю.
Рис. 3. Заземленная металлическая оболочка. Таким образом электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (рис.3). Если между элементом А, создающим электрическое поле, и элементом Б, который необходимо защитить от этого поля, поместить экран Э, соединенный с землей, то этот экран будет перехватывать электрические силовые линии, защищая Б. Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования. При этом заземлитель желательно выполнять короткими широкими шинами с малой индуктивностью. Применение металлических экранов позволяет практически полностью устранить влияние электростатического поля.
Если металлический экран полностью компенсирует влияние электростатического поля, то использование диэлектрических экранов может ослабить поле в Er раз, где E r – относительная диэлектрическая проницаемость материала, т.к. из поля свободных зарядов вычитается поле поляризационно-связных зарядов. Поместим в поле 2-х параллельных металлических пластин диэлектрик. Под влиянием сил электростатического поля диэлектрик поляризуется: нейтральные в электрическом отношении молекулы диэлектрика превращаются в электрические диполи, а диполи, уже имеющиеся в диэлектрике, поворачиваются осями в направлении действия сил поля, образуя на боковых поверхностях электрические заряды. При этом на одной стороне диэлектрика образуется поверхностный отрицательный заряд, а на второй – положительный. Эти связанные электрические заряды диэлектрика создают в нем собственное поле, направленное на встречу внешнему, что приводит к уменьшению результирующего электростатического поля в диэлектрике. Чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем больше величина связанных электрических зарядов и тем слабее в нем результирующее электростатическое поле. Следовательно, при использовании твердых диэлектриков, этот диэлектрик должен плотно прилегать к экранируемому устройству. Основной задачей экранирования электрических полей является снижение емкостной связи между источником наводки и защищаемым устройством. Следовательно, эффективность экранирования определяется в основном отношением емкостной связи между источником наводки и защищаемым элементом до и после установки заземленного экрана. Поэтому любые действия, приводящие к снижению емкостной связи, увеличивают эффективность экранирования.
|
