Кіріспе

Электромагниттік өрістің қарқындылығын азайту үшін өткізгіш немесе магниттік материалдарды қолдану. Электротехникада электромагниттік қорғау – өткізгіш немесе магниттік материалдардан жасалған тосқауштар арқылы белгілі бір кеңістіктегі электромагниттік өрісті (ЭМӨ) азайту немесе қайта бағыттау амалы. Ол әдетте электр құрылғыларын қоршаған ортадан оқшаулау үшін корпусқа, ал кабельдерді олар өтетін ортадан сымдарды оқшаулау үшін қолданылады. Радиожиіліктік (РЖ) электромагниттік сәулеленуді тоқтатуға арналған электромагниттік қорғау РЖ қорғауы деп те аталады. ЭМӨ қорғауы электромагниттік кедергілерді азайтуға көмектеседі. Қорғау радио толқындардың, электромагниттік және электростатикалық өрістердің байланысын азайта алады. Электростатикалық өрістерді тоқтату үшін қолданылатын өткізгіш корпус Фарадей клеткасы деп те аталады. Азайту деңгейі қолданылған материалға, оның қалыңдығына, қорғалған көлемнің мөлшеріне, қызығушылық тудыратын өрістердің жиілігіне, сондай-ақ қорғаудың тесіктерінің мөлшеріне, пішініне және кіріп келетін электромагниттік өріске қатысты бағытына тікелей байланысты.

Пайдаланылған материалдар

Типик электромагниттік қалқандауға қолданылатын материалдарға металл қабаты, металл табақ, металл экран және металл көбік кіреді. Қалқалау үшін қолданылатын жалпы металл табақтарға мыс, латунь, никель, күміс, болат және қалайы жатады. Қалқанның тиімділігі, яғни қалқанның электромагниттік сәулеленуді қаншалықты жақсы бейнелейтіні немесе сіңіретіні/басатыны, металдың физикалық қасиеттеріне байланысты. Оларға өткізгіштік, дәнекерлеуге жарамдылық, магниттік өтімділік, қалыңдық және салмақ кіруі мүмкін. Материалды таңдауда металдың қасиеттері маңызды рөл атқарады. Мысалы, электрлік доминантты толқындар мыс, күміс және латунь сияқты жоғары өткізгіш металдармен шағылысады, ал магниттік доминантты толқындар болат немесе тот баспайтын болат сияқты аз өткізгіш металдармен сіңіріледі/басады. Сонымен қатар, қалқандағы немесе тордағы кез келген тесіктер қорғалатын сәулеленудің толқын ұзындығынан әлдеқайда кіші болуы керек, әйтпесе корпус үздіксіз өткізгіш бетке тиімді жақындамайды. Әсіресе пластик корпуста орналасқан электрондық құрылғыларды қорғау үшін қолданылатын тағы бір әдіс – корпустың ішкі бетін металл сиямен немесе ұқсас материалмен жабу. Сия, әдетте мыс немесе никельден тұратын, өте ұсақ бөлшектермен толтырылған тасымалдаушы материалдан тұрады. Ол корпусқа шашыратылады және кепкеннен кейін үздіксіз өткізгіш металл қабатын құрайды, оны құрылғының шассиіне электрлік түрде қосуға болады, осылайша тиімді қалқандау қамтамасыз етіледі. Электромагниттік қалқандау – өткізгіш немесе магниттік материалмен қоршап, электромагниттік өрістің күшін азайту процесі. Мыс радиожиіліктік (RF) қалқандау үшін қолданылады, себебі ол радио және басқа электромагниттік толқындарды сіңіреді. Дұрыс жобаланған және құрастырылған RF қалқандау корпустары компьютерлік және электрлік коммутациялық бөлмелерден бастап ауруханалардағы КТ және МРТ кабинеттеріне дейін көптеген RF қалқандау қажеттіліктерін қанағаттандырады. ЭМИ (электромагниттік кедергі) қалқандау зерттеулерде үлкен қызығушылық тудырады және тиімді радиожиіліктік/микротолқынды сіңіретін материалдарды (MAM) алу үшін ферриттерден, полимерлерден және 2D материалдардан жасалған жаңа нанокомпозиттер әзірленуде. ЭМИ қалқандау көбінесе мысты электролизсіз жалату арқылы жүзеге асырылады, өйткені көптеген пластиктер өткізгіш емес немесе арнайы өткізгіш бояуды қолдану арқылы жасалады. НАТО компьютерлер мен пернетақталар үшін электромагниттік қалқандауды талап етеді, бұл парольдерді ұрлауға мүмкіндік беретін пернетақта эмиссиясын пассивті түрде бақылаудың алдын алуға бағытталған; тұтынушыларға арналған пернетақталар мұндай қорғанысты ұсынбайды, себебі бұл өте қымбат. RF қалқандау медициналық және зертханалық жабдықтарды кедергі келтіретін сигналдардан қорғау үшін де қолданылады, соның ішінде AM, FM, теледидар, жедел жәрдем, диспетчерлік, пейджерлер, ESMR, ұялы және PCS сигналдарынан. Ол AM, FM немесе теледидар хабар тарату станцияларындағы жабдықтарды қорғау үшін де қолданылуы мүмкін. Электромагниттік қалқандаудың тағы бір практикалық мысалы – қорғаныс саласы. Технология жетілген сайын, әртүрлі зиянды электромагниттік кедергілерге сезімталдық та артады. Сымды жерге қосылған өткізгіш кедергіге орау арқылы осы тәуекелдерді азайтуға болады.

Қалай жұмыс істейді

Электромагниттік сәулелену электр және магнит өрістерінің біріктірілгенінен тұрады. Электр өрісі өткізгіштің ішіндегі заряд тасымалдаушыларына (яғни, электрондарға) күш түсіреді. Электр өрісі идеалдық өткізгіш бетіне түскен кезде, ол өткізгіштің ішінде зарядтың орын ауыстыруына себеп болатын ток тудырады, бұл қолданылған өрісті іштен жояды, содан кейін ток тоқтайды. Толығырақ түсіндіру үшін Фарадей торын қараңыз. Сол сияқты, өзгеретін магнит өрістері қолданылған магнит өрісін жоюға тырысатын айқас тоқтарды тудырады. (Жетекші магнит өрісіне қатысты қозғалмаса, өткізгіш статикалық магнит өрісіне реакция жасай алмайды.) Нәтижесінде электромагниттік сәулелену өткізгіш бетінен шағылысады: ішкі өрістер ішінде қалады, ал сыртқы өрістер сыртқа шығады. Нақты RF қалқандарының қорғау қабілетін шектеуге бірнеше фактор әсер етеді. Бірі – өткізгіштің электр кедергісіне байланысты, туындаған өріс түскен өрісті толыққанды жоймайды. Сонымен қатар, көптеген өткізгіштер төмен жиілікті магнит өрістеріне ферромагниттік жауап береді, сондықтан мұндай өрістер өткізгішпен толыққанды әлсіремейді. Қалқандағы кез келген тесік ток ағынының олардың айналасында айналуына мәжбүрлейді, сондықтан тесіктер арқылы өтетін өрістер қарсы электромагниттік өрістерді тудырмайды. Бұл әсерлер қалқанның өрісті шағылыстыру қабілетін төмендетеді. Жоғары жиілікті электромагниттік сәулелену жағдайында жоғарыда аталған түзетулерге едәуір уақыт қажет, бірақ мұндай сәулелену энергиясы, егер ол шағылыспаса, теріге сіңіріледі (егер ол тым жұқа болмаса), сондықтан бұл жағдайда ішінде электромагниттік өріс болмайды. Бұл – "тері әсері" деп аталатын үлкен құбылыстың бір бөлігі. Сәулелену қалқанға қанша тереңдікке енуі мүмкін екенін өлшеуге арналған шама – тері тереңдігі.

Магниттік қалқалау

Кейде жабдықты сыртқы магниттік өрістерден оқшаулау қажет болады. Статикалық немесе баяу өзгеретін магниттік өрістер үшін (шамамен 100 кГц-тан төмен) жоғарыда сипатталған Фарадей қалқаны тиімсіз. Мұндай жағдайларда жоғары магниттік өткізгіштігі бар металл қорытпаларынан жасалған қалқандар қолданылуы мүмкін, мысалы, пермаллой және му-металл табақтары немесе нанокристалликалық дәнді құрылымы бар ферромагниттік металл жабындары. Бұл материалдар электрлік қалқан сияқты магниттік өрісті тоқтатып қоймайды, керісінше өрісті өзіне тартады, қалқандалған көлемге айналып өтетін магниттік өріс сызықтарына арна жасайды. Магниттік қалқандардың ең тиімді пішіні – қалқандалған көлемді толығымен қоршаған жабық контейнер. Осы типтегі қалқанның тиімділігі материалдың өткізгіштігіне байланысты, ол әдетте өте төмен магниттік өріс күшінде де, материал қаныққан кездегі жоғары өріс күшінде де төмендейді. Сондықтан, төмен қалдық өрістерге қол жеткізу үшін магниттік қалқандар көбінесе бірнеше қабаттан тұрады, бірінің ішіне бірі орналасқан, олардың әрқайсысы ішкі өрісті кезегімен азайтады. Қалқан беттеріндегі тесіктер оның тиімділігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін. Пассивті қалқанның жоғарыда аталған шектеулеріне байланысты, статикалық немесе төмен жиілікті өрістер үшін қолданылатын балама – белсенді қалқандау, онда электромагниттер жасаған өріс қоршаған ортаның өрісін белгілі бір көлемде жояды. Соленоидтар мен Гельмгольц орамдары осы мақсатқа қолданылатын орам түрлеріне жатады, сондай-ақ магниттік-резонанстық бейнелеуде орамды жобалау үшін қолданылатын әдістерге бейімделген күрделі сым схемалары да қолданылуы мүмкін. Белсенді қалқандар электромагниттік байланысты ескере отырып гибридті қалқан ретінде де құрастырылуы мүмкін, онда пассивті қалқан кең спектрлі қалқандауды қамтамасыз етеді, ал белсенді жүйе нақты компоненттерді қосымша жояды. Сонымен қатар, суперөткізгіш материалдар Мейснер эффектісі арқылы магниттік өрістерді сыртқа шығара алады.