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新万博体育网址我有项目寻求合作低频电磁波的屏障

日期: 2019-12-13
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  低频电磁波的屏蔽_法律资料_人文社科_专业资料。低频电磁波的屏蔽 一、新万博体育网址。前言 凡是有电源的地方、有用电设备的地方、几百米内有高压电线的地方、 几十米内有地下电缆的地方,甚至只有金属管道和金属梁架的地方,都可能 有高达数十以至数百毫高斯的低频电磁干扰。

  低频电磁波的屏蔽 一、前言 凡是有电源的地方、有用电设备的地方、几百米内有高压电线的地方、 几十米内有地下电缆的地方,甚至只有金属管道和金属梁架的地方,都可能 有高达数十以至数百毫高斯的低频电磁干扰。低频电磁干扰的强度变化常常 无规律可循,短时间内就会有相当大的上下波动;低频电磁干扰的来源往往 难以确定,这样就更增加了屏蔽设计的难度。 二、低频电磁屏蔽与其它屏蔽的差异比较 1、低频电磁场 根据电磁波传输的基本原理,在频率很低的时候良导体中的电磁波只存 在于导体表面有 “趋肤效应” (波从表面进入导电媒质越深, 场的幅度就越小, 能量就变得越小,这一效应就是趋肤效应)。 高频电路中,传导电流集中到导线表面附近的现象也有这样的问题又称 “集肤效应” 。交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布 不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种“趋肤效应”使导体的有效电阻 增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认 为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻 增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以 节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为 了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线 代替同样截面积的粗导线,这种多股线束称为辫线。在工业应用方面,利用 趋肤效应可以对金属进行表面淬火。)、磁滞损耗(放在交变磁场中的铁磁体, 因磁滞现象而产生一些功率损耗,从而使铁磁体发热,这种损耗叫磁滞损耗。 铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。磁滞指铁磁材料的磁性 状态变化时,磁化强度滞后于磁场强度,它的磁通密度 B 与磁场强度 H 之间 呈现磁滞回线关系。经一次循环,每单位体积铁心中的磁滞损耗等于磁滞回 线的面积。这部分能量转化为热能,使设备升温,效率降低,这在交流电机 一类设备中是不希望的。软磁材料的磁滞回线狭窄,其磁滞损耗相对较小。 硅钢片因此而广泛应用于电机、 变压器、 继电器等设备中。 )以及反射损耗(反 射损耗是指由于屏蔽的内部反射导致的能量损耗的数量,他随着波阻和屏蔽 阻抗的比率而变化)都很小,低频电磁波的能量基本由磁场能量构成。所以这 时我们所要屏蔽的应该是电磁波的磁场分量(电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽 体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽场源 所产生的电场和磁场分量。由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝 的尺寸相当, 从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素;用 钢制机柜进行屏蔽时,由于能为所有连接面提供一条由一个面至另一个面的 高导电路径,所以电流仍保持在机箱外侧。这种导电路径是用特殊的衬垫和 在连接表面进行导电涂敷而建立的,导电路径的任何中断都将使屏蔽效能降 低,它取决于缝隙或孔洞尺寸与信号波长之间的关系。对于较低频率或较长 波长来说,如果只有一个小孔则不会明显降低屏蔽效能;对于高频或较短波 长来说,屏蔽效能的下降将是很剧烈的。 例如,屏蔽体上如果有一个直径为 15mm 的孔洞,对于 10MHz 信号(波长 为 30m) 来说, 将仍然能提供 60dB 屏蔽效能, 但对于 1GHz 信号 (波长为 30mm) 来说,若要保持同样的屏蔽效能,则孔径不能超过 0.15mm。直径为 15mm 的孔 对于 1GHz 信号只能提供 20dB 衰减。 如果不止一个孔洞,而且孔距小于信号半波长时,屏蔽效能将进一步降 低。如果高频信号波长时,屏蔽效能将进一步降低。如果高频信号要求足够 的衰减,则不应采用为了通风目的的孔洞。 屏蔽效能及其产生的衰减与频率、源与屏蔽体的距离、屏蔽体的厚度以 及屏蔽材料等有关。由于增加了对 RFI/EMI 能量的反射和吸收的总和,使所 传输的电磁能量减小。哪些材料能提供最好的屏蔽效能是一个相当复杂的问 题。很明显这种材料必须具有良好的导导性,所以未处理过的塑料是无用的, 因为电磁波能直接通过它。当然,可以采用金属。然而,应当记住,不能只 考虑导电性,其理由就在于,电磁波不但有电场分量,还有磁场分量。要知 道高导磁率和高导电率同样重要,高导磁率的意思就是磁力线的高导通性。 钢是一种良导体,而磁导率的量级也会令人满意。它也是相对廉价并能提供 很大机械强度的材料,所以有理由利用钢材,廉价的获得满意的屏蔽效能。 应当注意,低频电磁波比高频电磁波有更高的磁场分量。因此,对于非常低 的干扰频率,屏蔽材料的导磁率远比高频时更为重要。) 2 屏蔽低频(如工频)电磁干扰的基本原理是磁路并联旁路分流。通过使 用导磁材料(如低碳钢、硅钢等)提供磁旁路来降低屏蔽体内部的磁通密度。 同时尽量增大涡流损耗,使一部分能量转化为热能消耗掉。 导电率高而导磁率低的材料(如铜、铝等)对电磁波的磁场分量几乎没 有屏蔽作用。 屏蔽材料越厚则磁阻越小、涡流损耗越大,屏蔽效果越好。 2、直流磁场 当低频电磁场频率降低至 0Hz 时,低频电磁场转变为直流磁场。磁化、 磁饱和、无磁滞损耗、无涡流损耗(铁磁材料臵于交变磁场中时,磁畴相互间 不停地摩擦、消耗能量、造成损耗,这种损耗称为磁滞损耗)等等,使直流磁 场的屏蔽比低频电磁场屏蔽更加困难。一般选择尽量避开直流磁场干扰源。 在条件允许的情况下,也可以用导磁材料把直流磁场干扰源包围,使它发散 出来的磁力线在导磁材料内部形成一个闭环回路,减少它对外界的干扰。 导磁材料的结构和设备被磁化后也会产生直流磁场,现场实测时经常会 发现这种情况,但是一般强度不大于 0.5mGauss。 同时这种磁场往往是长期 稳定的,对仪器设备的干扰不大,所以有时可以忽略这种直流磁场的影响。 3、中高频电磁场 在这个范围里(一般是从 1000Hz 到 1MHz) ,电磁波的能量比重逐渐由磁 场分量向电场分量倾斜,趋肤效应、磁滞损耗还有反射损耗等逐渐显得不可 3 继续忽略了,频率变化的影响也不像在低频范围里那样可以忽略不计了,屏 蔽机理也随之逐渐由侧重屏蔽磁场分量转向侧重屏蔽电场分量。 4、高频电磁场 高频(1MHz 以上)电磁波除了具有低频电磁波的电磁感应特性外,还具 有低频电磁波很少具有的折射性和反射性。 根据电磁波传输的基本原理,在频率很高的时候,趋肤效应、涡流损耗 以及反射损耗和折射损耗都将在屏蔽机理中有充分的表现。高频电磁波的能 量基本由电场分量构成。所以这时我们所要屏蔽的是电磁波的电场分量。 屏蔽高频电场干扰的基本原理是容抗并联旁路。通过在干扰源与被屏蔽 点之间加入一个屏蔽层,并使屏蔽层对地容抗无限小(等效屏蔽层接地) ,来 保护被屏蔽点不受干扰源通过杂散分布电容而耦合过来的干扰。 屏蔽材料可以用导电性良好的铝、铜、锡、银等,材料厚度对屏效影响 不大。 5、静电屏蔽 静电屏蔽比较简单。用金属板(或者箔、网)形成一个屏蔽腔体,腔体 与被屏蔽设备的外壳共同接地。 静电屏蔽的基本原理是消除电势差,将所有的电荷泄放入地。 三、几种低频屏蔽方法综合评估 1、低导磁率材料(如低碳钢板等)屏蔽 低碳钢板的导磁率在 4,000 左右。低碳钢板机械性能好,可焊性好,易 加工,价格便宜,购买方便。在不必考虑屏蔽体的厚度和重量时,绝对应该 是低频电磁屏蔽材料的首选。 2、高导磁率材料(如硅钢板等)屏蔽 热轧硅钢板的导磁率为 6,000~8,000, 冷轧硅钢板的导磁率为 12,000~ 20,000,选用冷轧硅钢板理论上屏蔽体厚度可以降低为低碳钢板的 1/3 到 1/5。硅钢板价格昂贵,材质硬、脆,延展性差,可焊性可加工性远远不如低 碳钢板。在敲击、折弯、开孔和焊接后,如果不进行热处理,导磁率将大大 下降。现场施工一般不是焊接而是平铺搭接,但是即便搭接面很宽,因为空 气隙的存在,也仍然会使整体的导磁率下降。 冷轧硅钢板还有晶向不一致的缺点,即钢板轧制方向上与侧面垂直方向 上的导磁率不一样,一般用多层交叉重叠法来解决这个问题。但这又增加了 施工难度,增加成本;同时增大空气间隙减少涡流损耗,降低屏蔽效果。 综上所述,在低频电磁屏蔽室的设计中,使用硅钢板往往是事倍功半的, 一般不建议采用。 3、新万博体育网址,玻莫合金屏蔽 玻莫合金导磁率为 80,000,为现有材料中最高的;但成本也是最高的, 与此同时,由于现今加工技术所限,玻莫合金成品均为带状,宽度极小,而 且极薄易碎、易裂,对大面积施工而言,如何解决工艺问题,是一个至今尚 未完全解决的难题。 4 4、铁基合金和纳米晶合金屏蔽 铁基合金和纳米晶合金导磁率均为 25,000--40,000,由于纳米晶合金 冷材导磁率低、热材易碎,故在业界一般采用与之同基的延展性、可施工性 均相对较好些的铁基合金;但同样由于现今加工技术所限,铁基合金成品也 均为带状,最宽不超过 50 公分,如何紧密焊接达无缝或是如何叠加粘合,均 有较大施工难度,且与玻莫合金一样,施工成品导磁率损耗过大(一般只能 够达到理论指标 30—50%) ,故除非超标极为严重或施工场地过小一般不建议 采用。 5、有源消磁器消磁 有源消磁器由探测器、反相消磁线圈和控制器等几部分组成。探测器检 测到磁场的三维场强,控制器根据得到的信息产生波形和幅度相同、相位相 反的电流,反相消磁线圈产生波形和幅度相同、相位相反的磁场将原来的磁 场抵消。有源消磁器安装简便灵活,但因其工作原理所限,在控制上有一定 的滞后,调试工作有一定的难度,均匀性和稳定性等方面还有一些问题。 四、低频电磁屏蔽设计 屏蔽体的材料选择: 根据以上的讨论,如无特殊情况,一般选择低碳钢板。 因为整体材料的涡流损耗比几层叠加(厚度相同)的涡流损耗要大,所 以如无特殊情况不选用薄的多层材料而选用厚的单层材料。 如果兼顾直流磁场屏蔽,可在低碳钢板内侧加冷轧硅钢板或其它高导磁 5 材料(高导磁材料易饱和,放在内层) ;如果兼顾中频磁场屏蔽,可在低碳钢 板外侧加冷轧硅钢板或其它高导磁材料 (高导磁材料高频特性好, 放在外层) 。 屏蔽体厚度计算: 1、计算公式推导 因为低频电磁波的能量主要由磁场能量构成,所以我们可以使用高导磁 材料来提供磁旁路通道以降低屏蔽体内部的磁通密度,并借用并联分流电路 的分析方法来推导磁路并联旁路的计算公式。 同时有以下一些定义: Ho:外磁场强度 Hi:屏蔽内空间的磁场强度 Hs:屏蔽体内磁场强度 A:磁力线穿过屏蔽体的面积 A=L×W Φo:空气导磁率 Φs:屏蔽材料导磁率 Ro: 屏蔽内空间的磁阻 Rs: 屏蔽材料的磁阻 L:屏蔽体长度 W:屏蔽体宽度 h:屏蔽体高度(亦即磁通道长度) b:屏蔽体厚度 由示意图一可以得到以下二式 Ro=h/( A×Φo)=h/(L×W×Φo) (1) Rs=h/(2b×W+2b×L)Φs (2) 由等效电路图二可以得到下式 Rs= Hi×Ro/(Ho- Hi) (3) 将(1)、(2)代入(3),整理后得到屏蔽体厚度 b 的计算式(4) b=L×W×Φo(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi (4) 注意:在(4) 式中磁通道长度 h 已在整理时约去,在实际计算中Φo、Φ s 、Ho、Hi 等物理单位也将约去,我们只需注意长度单位一致即可。 由(4) 式可以看出,屏蔽效果与屏蔽材料的导磁率、厚度以及屏蔽体的 大小有关。屏蔽材料导磁率越高、屏蔽层越厚屏效越好;在导磁率、厚度等 6 相同的情况下,屏蔽体积越大屏效越差。 2、计算式校验 我们用(4)式计算并取Φo=1, L=5m,W=4m,Φs=4000,计算结果与实 测数据对照比较(参见表 1) ,发现差别很大: 表1 注:1.外磁场强度为 5~20mGaussp-p。 2.为便于比较将计算数值及实测数值都归算为百分数。 3.实测值系由不同条件下的多次测试折算而得。由于各次的测试条件不 完全相同,所以只能取其大约平均数。 事实上,由于各种因素的影响,试图建立一个简单的数学模型直接去分 析和计算低频电磁屏蔽的效果是相当困难的。 计算与实测相比偏差较大有两方面的原因。 并联分流电路的函数关系是线性的,而在磁路中,导磁率、磁通密度、 涡流损耗等都不是线性关联,许多参数互为非线性函数(只是在某些区间线 性度较好而已) 。我们在推导磁路并联旁路的机理时,为避免繁杂的计算,忽 略或近似了一些参数,简化了一些条件,把磁路线性化后计算。这些因素是 造成计算精度差的主要原因。 另一方面,商品低碳钢板的规格一般为 1.22m×2.44m,按一个长×宽× 高为 5×4×3m3 的房间来算,焊接缝至少五六十条,即便是全部满焊,焊缝 厚度也一定小于钢板的厚度。另外屏蔽体上难免有开口和间隙,这些因素造 成的共同结果就是:屏蔽体磁阻增大,整体导磁率下降。 (选用冷轧硅钢板时要更加注意,冷轧硅钢板的实测偏差往往更大。 ) 用并联分流电路的分析方法推导出的磁路屏蔽计算式必须加以修正才能 接近实际情况。 3、修正后的计算公式 在(4)式基础上,我们引入修正系数μ,且考虑到空气导磁率近似为 1, 得到(5)式 b=μ?L×W(Ho-Hi)/ (W+L) 2Φs Hi ? (5) μ在 3.2~4.0 之间选取。屏蔽体体积小、工艺水平高可取小值,反之取 较大值为好。 我们用(5)式取μ=3.4 计算出的结果与实测数据对照比较 (参见表 2) ,吻合度基本可以满意。 表2 7 注:其它情况与表 1 相同。 必须指出的是,多次的复测数据表明,(5)式计算结果与多次的现场实测 结果吻合度较高,但也曾经发现个别相差较大的情况,究其原因是属于现场 施工的问题。以下是在现场施工中可能发生的几种情况: 1、个别部位用了薄钢板; 2、硅钢板的搭接宽度不够; 3、多层冷轧硅钢板没有交叉重叠; 4、钢板没有连续焊接且拼接缝过大; 5、屏蔽体在设备基础部位有较大开口且处理不当; 6、随意缩短波导管的长度或加工时有偷工减料现象; 7、波导管壁厚过小; 8、屏蔽体多点接地致使屏蔽材料中有不均匀电流; 9、屏蔽体与电源中性线相连。 一两处小小疏忽就会造成屏蔽效果严重劣化。这有点类似于“水桶理 论” :水桶的容量取决于最短的那块木板。对于这类隐蔽工程,在选择一个 可靠的施工单位、严格遵照设计工艺要求、加强现场施工监理、实施分阶段 验收等方面,都是一定要引起高度注意的。 屏蔽体的开口设计: 设计一个屏蔽体,一定会碰到开口问题。常见开口设计的理论方法大多 难以在低频磁屏蔽设计中直接应用。 下面以一个房间的屏蔽设计为例来讨论。 1、小型开口 房间内安装的被屏蔽设备,一般都需要供应动力、能源和冷却水等等。 这些辅助设施大多位于屏蔽室之外,通过进出水管、进排气管和电缆连接进 来。我们可以将这些管道和电缆适当集中,统一经由一个或数个小孔穿过屏 蔽体。小孔可用与屏蔽体相同的材料作成所谓 “波导口” ,长径比为一般认 为至少要达到 3~4﹕1 (现场条件允许的话长些更好) 例如小孔直径为 80mm, 。 则长度至少为 240~320mm。 2、中型开口 空调的通风口、换气扇的进排气口等直径(或者正方形、长方形的边长) 一般在 400~600mm 左右, 这样算来波导口的长度将达到 1200~2400mm, 这在 实际施工中几乎是无法承受的。这时可以用栅格将原来的开口分隔为几个同 样大小的小口。例如将一个 400×400mm 的进风口分隔为九个等大的栅格,则 8 长度由 1200~1600mm 减少为 400~530mm (栅格增加的风阻很小, 可以忽略不 计) 。 设计和加工时注意以下几点: 1)栅格的材料与屏蔽体相同,不要随意减小材料的厚度; 2)栅格的截面尽量接近正方形; 3)在长度可以接受的情况下,尽量减少栅格的数量,以减少加工难度和 风阻; 4)栅格各处都要连续焊接,以免磁阻增大; 5)如果材料为硅钢,则必须经过回火处理。 3、可关闭的大型开口 一般房间的门窗等开口都在 1m×2m 以至更大,这时应该依照门窗(均为 与屏蔽体同样的材料制成)关闭后的非导磁间隙来设计波导口。设门窗关闭 后的非导磁间隙为 5mm (这在技术上并不困难, 个别难以处理的地方可以加道 折边) ,则波导口的长度为 15~20mm。考虑到间隙是狭长的,这个长度尽量长 些为好。注意这里的波导口并不是只由门窗的框构成,在所有的非导磁间隙 处都要有一定厚度的折边,保证波导口的长度。 为保证特殊情况下的安全撤离,屏蔽室的门框应特别加强,屏蔽门最好 向外开启。 设计举例: 房间的长、宽、高分别为 5 米、3.3 米和 3 米,原磁场强度 x=10mGauss, y=8mGauss,z=12mGauss,试设计一低频电磁屏蔽,要求屏蔽体内任一方向的 磁场强度小于 2mGauss。 参见图三 1、选用商品低碳钢板,Φs=4000,规格为 1.22m×2.44m; 2、按照(5)式分别从 x、y、z 三个方向来计算钢板厚度: μ取 3.8,L×W 分别以条件所给的长、宽、高代入,且与 x、y、z 等方 9 向的原磁场强度对应。 bx=3.8 ? 3.3m × 4m × (10mGauss -2mGauss)/(4m+3.3m) 2 × 4000 × 2mGauss? =3.43mm by=3.8 ?3.3m×5m×(8mGauss -2mGauss)/(5m+3.3m) 2×4000×2mGauss? =2.83mm bz=3.8?5m×4m×(12mGauss -2mGauss)/(4m+5m) 2×4000×2mGauss? =5.28mm 全部钢板厚度至少为 6mm(为防止外磁场变化亦可选用 8~10mm) ,单层。 全部焊缝要求连续满焊。 3、波导口处理 (略。参见屏蔽体的开口设计) 。 缝隙处理与设计: 搭接的处理与设计: 10 屏蔽电缆的接入设计: 11 五、低频电磁屏蔽实践中的几个误区 由于有关低频电磁屏蔽的介绍较少,而且从总体上来看,低频电磁屏蔽 的应用不如中高频电磁屏蔽广泛,所以对低频电磁屏蔽理解的误区甚多: 1、收音机(或移动电话)没有信号,所以低频电磁屏蔽一定是好的。 收音机和移动电话的工作频率高达数百 KHz 以至数千 MHz(调幅中波 535-1605KHz;调频广播 88-108MHz;移动电线MHz) 。高频电 磁屏蔽只要屏蔽电磁波的电场分量就可以了,低频电磁屏蔽主要是屏蔽电磁 波的磁场分量, 而磁场分量的屏蔽实际上比电场分量要困难得多。 收音机 (或 移动电话)没有信号,并不能表明低频电磁屏蔽是好的。另一方面,如果收 音机(或移动电话)有信号,也不能说明低频电磁屏蔽完全不合格。收音机 和移动电话都有很强的 AGC(自动增益控制)功能,在信号变化的很大范围内 可以自动调节接收能力。屏蔽体上有必定有开口,高频信号在开口处通过反 射还是可以达到收音机(或移动电话)的。 总之,不能用收音机(或移动电话)有无信号来证明或检验低频电磁屏 蔽的效果。 2、屏蔽体接地有助于增进低频电磁屏蔽的效果。 这是套用高频电场屏蔽原理引出的错误结论。 高频电场屏蔽的基本原理是容抗并联旁路, 屏蔽层良好接地是必要条件。 但是低频电磁屏蔽主要屏蔽的是磁场而非电场,屏蔽体接地对于增加屏蔽体 的导磁率无任何帮助。 那么,是不是无益亦无害呢?不是的。在电气施工中,施工者会习惯地 把电源线护套管、开关箱外壳、各种管道都连到屏蔽体上( “反正它们都是接 地的。 ”注意,这是符合低压电器安装规范的) 。这样一来,屏蔽体中极可能 有电流流过,必定产生额外的磁场。我们分析讨论屏蔽体时,为使问题简化, 假设屏蔽体各处的导电率和导磁率都是均匀一致的,实际上远非如此。钢板 后面一般会有钢结构支撑,各处钢板的焊接或搭接情况差异很大,这时屏蔽 体内各处的磁场强度会有很大的不均匀性,在个别节点处甚至非常高。所以 屏蔽体接地对于低频电磁屏蔽来说是有害无益。 3、屏蔽体与被屏蔽设备共地。 这是套用静电屏蔽的“等电位”而引出的错误结论。 屏蔽体与被屏蔽设备共地不会增加并联磁路的导磁率,不可能对增进低 频电磁屏蔽的效果有任何帮助。 我们可以这样说,如果高频电磁屏蔽和静电屏蔽必须要“等电位”的话, 那么低频电磁屏蔽的指导理念恰恰与之相反,尽量实现“零电流” 低频电 。 磁场往往是工频电流所产生的,我们要尽最大努力避免产生那些本来可以没 有的电流。 所以,屏蔽体与被屏蔽设备共地也是有害无益的。 4、附近没有电源线或用电设备就不可能有低频电磁场。 在水管、暖气管、大楼的环状地线等导体上,如果有电流流过,也会产 12 生电磁场,其强度与电流强度成正比,与通电导体的距离的平方成反比。 笔者曾在北京某单位发现一楼地面下钢梁(起垫高作用)中有电流产生 50Hz 低频磁场,用梯度法推算,该电流达 8~10A。 5、设备关闭后就不会产生低频电磁干扰了。 许多设备和仪器,在执行了关闭操作后并没有完全断开自身的电源。就 像家庭中使用的录音机和空调,只要还与电源相连,就不一定完全没有电流。 另一种情况是,设备自身配有变压器,而设备开关是设在变压器副边的。 笔直多次见到,日本原产带有 220V-110V 电源变压器的设备,在设备关闭后, 电源变压器附近仍然有很强的低频磁场(有时在距离 1 米处场强还可达 20mGauss p-p) 。这类情况下要想得到准确的结论,就必须去关断这些设备上 游的控制开关,或者在配电室(柜)里关闭整条供电分路的供电。 还有一些设备经常处于备用状态(例如干燥箱、恒温箱等) ,随时可能会 自动进入某种工作状态,切勿轻率断定它们是否会产生磁场。 6、在干扰源的来向设一面厚钢板墙就可以解决低频电磁干扰问题。 在干扰源与墙面的距离远大于墙面宽度和高度的情况下,这样做基本是 无效的。 在干扰源距离墙面很近(几厘米到几十厘米)时,可以有限度地减小低 频电磁干扰。 在极大多数的情况下,干扰源不止一个,测试点的干扰磁场往往由几个 相位、强度、波形、频率特征等都不相同的磁场迭加而成。所以,除了极个 别的特例以外,这个方法是不能够可靠地解决问题的。 7、铜的导电性比钢好,用铜板来屏蔽工频电磁场效果更好,只不过铜板 太贵了所以一般才不用。 曾经见到某专业文章中的计算: “当我们要屏蔽的对象是电源变压器时, 工作频率是 50Hz,此时的铜材料:X0.1≈22mm,X0.01≈44mm;铁材料:X0.1 ≈32mm, X0.01≈65mm” (以上原文照抄, 一字未改。 原文说明 X 0.1 及 X 0.01 是达到原有场强的 1/10 及 1/100 时屏蔽材料的厚度) 。 有实践经验的人都知道,用不导磁的铜板来屏蔽工频电源变压器是毫无 用处的,更不可能比铁材料的屏蔽效果好。一次笔者在湖北某处实测,6mm 厚的铜板屏蔽工频电磁干扰毫无效果。 因为电磁波具有波粒二象性,波长与光子能量成反比关系,当波长越短 光子能量越大,则穿透力越强。如高能 X 射线几乎能穿透所有非金属物,甚 至还可以穿透薄铝;而伽马射线则能穿透大多数金属。某些重金属能够阻挡 电磁波穿透,例如铅。 电磁辐射分类的英文缩写如下: 伽马射线: γ射线 HX = 硬 X 射线 SX = 软 X 射线 紫外线: EUV = 极端紫外线 NUV = 近紫外线 红外线: NIR = 近红外线 MIR = 中红外线 FIR = 远红外线 微波: EHF = 极高频 SHF = 超高频 UHF = 特高频 无线电波: VHF = 甚高频 HF = 高频 MF = 中频 LF = 低频 VLF = 甚低频 ULF = 特低频 ELF = 极低频 频段名 频段范围 段名 1 甚低频(VLF) 3~30 千赫(KHz) 甚长波 2 低频 (LF) 30~300 千赫(KHz) 长波 3 中频 (MF) 300~3000 千赫 (KHz) 中波 4 高频 (HF) 3~30 兆赫(MHz) 短波 5 甚高频(VHF) 6 特高频(UHF) 7 超高频(SHF) 8 极高频(EHF) 9 至高频 30~300 兆赫(MHz) 米波 300~3000 兆赫 (MHz) 分米波、微波 3~30 吉赫(GHz) 厘米波 30~300 吉赫(GHz) 毫米波 300~3000 吉赫 (GHz) 丝米波 表3 波长范围 100~10km 10~1km 1000~100m 100~10m 10~1m 100~10cm 10~1cm 10~1mm 1~0.1mm 表4 14 DB 和屏蔽率的换算率:3DB=50%;6DB=75%;9DB=87.5%;12DB=93.75%; 30DB=99.9%;70DB=99.9999%;80DB=99.99999%. 各波段电波传播 1 中长波的电波传播 由于地面对中长波吸收较小,而电离层对中长波吸收很大,因此中、长波 的电波传播主要以地波为主,在工作频率接近 2MHz 时,才有一部分以天波传 播。长波的波长达 1~10km,其天线的体积非常庞大。中波常用桅杆天线,容 抗很高,而天线Ω,电波以垂直极化传播。 接收 E ? (瓦) h1 —— 发射天线 ——接收天线有效高度(m) r —— 与发射台站距离(m) K —— 视地面影响的系数 2 短波电波传播 短波的电波传播有地波和天波传播,主要是天波传播,因此和电离层有紧 密的联系。 2.1 地波传播 Ph1h2 ?K 场强 r2 P —— 发射功率 地面对短波吸收较为严重,因此短波的地波传输距离都很短,而且工作 频率在短波的低频段( 5MHz) 。 如在平原地带,20 瓦电台(4 米鞭天线 瓦电台地波通信距离约为 40~50km,200 瓦电台约在 50~60km。 在海平面短波的地波传输可以远一些,如 100 瓦电台通信距离可达 150km~300km。 2.2 短波的天波传播 短波之所以可以远距离通信,得益于天波的传播。天波是靠电离层的反射 而传播的。 a) 盲区 在短波传播中,在工作频率固定,发送波瓣固定时,会出现地波达不到, 天波也达不到的地段,接收机在这段地区将无法接收,这个地段称为盲区。 15 天波 地波 发信台 盲区 收信台 可接收地段 盲区的克服,改变工作频率或改变天线发送波瓣。 D层 仰角抬高 高电离层 低电离层 发信台 注意:辐射仰角过高电波会不反射,频率愈高高仰角的电波会愈容易穿透电离 层而不产生反射。 b)随工作频率升高,电离层吸收减少,穿透电离层的高度也越高,传播距离 也愈远。 f0 F2 F1 E D 电离层 仰角 f5 f4 f3 f2 f1 要进行远距离通信一般选用高一些的频率,同时压低波瓣仰角。 f5 f4 f3 f2 f1 f0 功作频率 太高,尽管仰角不是过分高,但它将穿透电离层不产生反射。 (地球电离层有 一个低损耗的短波窗口,那就是 22MHz 左右的工作频率) 16 短波远距离通信传播路径设计: 1) 短波一跳传输距离一般可考虑在 3000km 以内, 电离层反射层一般考虑在 E、 F 层,路径损耗要靠实验获得,同时接收地点的无线电噪声电平,如城市通常 有 20~35μV/m,农村 5~15μV/m。如北京到广州 2450 公里,白天路径损耗约 280W,夜间损耗约 180~200W。这样才能保证接收方有 10dBSINAD。 SINAD ? S ? NF ? D NF ? D 2)短波的多跳传输 在二十世纪七十年代以前,远程通信都是以短波为主.在洲际短波通信上 就要考虑多跳传输。为减少损耗,地面反射点应选择在海面或湖泊。 如: 电离层 发射 接收 北京 太湖 上海 C)电离层反射中的最佳频率传输 在过去短波通信中,只规定了 2~3 个白天或夜间的工作频率,由于电离 层经常在变化(浓度、高低) ,短波通信的可靠性非常低。近年来自适应通信 技术的发展,可以自动寻找最佳频率工作,使短波可通率有很大的提高。 由于电离层不断的“运动”——电荷变化,使得某一频率传播路径中的 吸收、散射情况也在不断变化。因此在某些时候,就会存在某段频率集所对 应的传输路径上损耗最小,散射最小的情况,这一频率集就是这一传输路径 的最佳信道。如天津到上海最佳频率上通信,只需 10 瓦功率,天津到乌鲁木 齐最佳频率上通信只需 60 瓦功率。 d)电离层变化对电波传输的影响和对策 电离层变化对电波传输的影响主要有: ——衰落---几次~上百次/秒,变化 100dB 以上; ——散射---造成衰落; ——多径延时---造成码元模糊±2ms~4ms; ——多普勒效应---频率偏移±4Hz~8Hz; ——大气噪声干扰---降低信噪比。 对策:1)针对衰落、散射 ——加强接收机 AGC 设计(控制特性大于 120dB 以上,不同通信方式具 17 有不同的放电常数) ; ——不用或少用调幅方式; ——采用交织、分集等资料纠错。 2)针对多径时延、多普勒效应 ——降低传输波特率; ——调制器增加多普勒频偏纠正。 3)降低大气噪声干扰影响 ——采用功率自适应技术; ——提高天线方向性; ——提高接收机选择性和倒易混频等与抗干扰有关指针。 3 超短波的电波传输 超短波段的波长已经在 10m 以下,电离层已不在进行反射。而大地、建 筑物对它有很大的吸收,所以超短波的电波只能直线或称视线传播。由于地 球表面是一球面,因此当发射台站以 50m 高天线发射时,他传播距离应在半 径 50km 左 右 圆 周 内 。 城 市 里 的 建 筑 物 对 它 产 生 吸 收 和 反 射 。 对 于 30MHz~100MHz 频段,除视线传播外,在地球表面 C 层电离层比较浓密时,地 面和电离层之间视为“波导” ,这时电波将会绕射传播,电波将会传输 100 多 公里远。超短波亦常用于散射通信,即利用流星在大气中燃烧时产生的反射 进行通信。 18

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