屏蔽电缆,一个有效的近似关系从几赫兹到第一电缆可以源自其转移阻抗共振(Zt型)允许预测电缆屏蔽系数。这个电缆屏蔽系数、品质因数,通常是首选的处理产品规格和设计工程师。不一定是EMC专家,他们可以直接联系的整体屏蔽性能所需的系统框或橱柜。
本文提出了很简单,实用的公式,直接表达电缆屏蔽系数Kr,鉴于其Zt型和频率。
介绍
表达电缆护套的有效性一直是反复EMC社区的担心,而且,更普遍的是,整个电子行业。这个问题来自一个合法需要预测,测量,比较和提高效率为各种屏蔽电缆,如同轴电缆或屏蔽双包,有各种类型的屏幕:辫子,衬托,螺旋,波纹、编织等。
然而,当涉及到决定什么将是一个方便,值得信赖的电缆护套的特点,几种方法在竞争:屏蔽效能(SE, dB),表面转移(Zt型欧姆/ m)或屏幕换算系数(Kr, dB)。
虽然转移阻抗Zt型是一种广泛使用的、可靠的参数,SE或换算系数Kr品质因数通常由工程师优先处理产品规格和总体设计,因为他们可以直接联系到整个系统所需的屏蔽性能。这将是一个无稽之谈需要60 db的屏蔽系统框或柜子如果相关的电缆和连接硬件只提供30 db,反之亦然。
一)屏蔽效能定义为任何防护屏障是由:
SE (dB) = 20日志[E(或H)没有盾牌]/ [E (H)与盾)
通过照明测试样本与一个强大的电磁场,这方法是连贯的屏蔽效能定义为一个盒子,一个内阁或任何附件,本身是一个无量纲数。因为这将不切实际的访问其余E (H)字段在电缆护套,护套之间的意义和核心,它是这一事件的影响测量领域,相反,例如core-to-shield电压。
然而,这种方法有几个缺点:
- 它需要一个全方位的昂贵仪器:发电机,功率放大器,天线,屏蔽/消声室(或搅拌模式回荡室)等…
- 它带有典型的辐射测量的不确定性(平均值为普通辐射EMI测试不确定性被6 db)
- 是非常敏感的测试电缆设置:高度地面,终止加载和类型的在近场条件下激发。例如,传输天线1 m测试样品将创造近场条件的所有频率低于50 mhz。如果偶极子天线的家庭,近场将主要电器,即高阻抗场和SE的结果会很好。如果传输天线是磁回路,该领域将是一个低阻抗的H,和SE结果将更令人印象深刻。
b)转移阻抗(Zt型),相比之下,是一个纯粹的测量方法进行准确的结果,通常在10% (1 db)的不确定性。但Zt型,在欧姆/计一个维度和不能直接计算屏蔽性能。
c)盾减少因素,Kr相两种方法,通过使用最好的Zt型——的利益进行了测量,和SE:直接在dB的商品。
盾牌换算系数的定义
我们可以定义盾换算系数(Kr)的比值差模电压(Vd)出现,核心的盾牌在接收端电缆、共模电压(Vcm)应用串联回路(图1)。
基米-雷克南(dB) = 20日志(Vd / Vcm) (1)
这个数字也可能被视为外部电路之间的模式转换比(循环)和内部(core-to-shield行)。
不同版本的这个定义有时被使用:
日志(Vd Kr (dB) = 202/ Vd1)
在那里,
Vd1:在接收端差动电压当盾牌是不存在的(已断开连接的)
Vd2:在接收端差动电压通常屏蔽接地,两端。
后者将更严格的定义,有些让人想起在EMC术语使用的插入损耗,即比较得到什么人会没有盾牌,相同的激励电压(见图1,B)。这就消除了核心电线电阻的贡献和自身电感,因为他们影响Vd相同1和Vd2。
基米-雷克南的简单的情况下,计算值长度ι<λ/ 2
让我们表达Vd,使用经典的Zt型模型,假设电缆的近端短路(核心保护):
Vd = Zt型xlx我盾
在哪里l:屏蔽电缆的长度
我表达了保护电流,盾
我盾= Vcm / Z循环
我们可以替代Vd的价值表达的基米-雷克南:
基米-雷克南= Zt型。l / Z循环
Z循环本身就是一个length-dependent术语,因为它只是shield-to-ground回路的阻抗,而对任何像样的盾牌是一个较小的值比焊条芯+终端阻抗。
Z循环(Ω)= (R上海+ jω。lext)。l
在那里,
R上海=盾牌抵抗
lext=的自身电感shield-to-ground循环
取代Z循环的表达式:
Zt型(图2)在于保护电阻R上海和盾转移(或泄漏)电感。
因此,我们达成一项表达式Kr无因次数,独立的电缆长度:
这个表达式有趣之处在于它揭示了三种基本频率域:
非常低的频率。),术语ωLt可以忽略不计,Zt型是由R上海:
基米-雷克南= R上海/ (R上海+ jω。lext)
≈1(0分贝)下面几千赫,因为较低的术语,回路阻抗降低Rs上海
b)在中等频率(通常高于普通5-10kHz编织屏蔽):
基米-雷克南=(右上海+ jω。Lt) / (jω。lext)
换算系数提高线性频率
c)在更高的频率(通常高于1 MHz),第一个<λ/ 2共振:
基米-雷克南= Lt / Lext
减少因素保持不变,独立的长度和频率。
快速,方便的公式可以推导出,这是有效的对任何频率10 khz到第一个<λ/ 2共振:
基米-雷克南(dB) =(1 +(6 - 20日志。FMHz / Zt型(Ω/ m)](3)
Zt型的值是在关心的频率。
(*)提出了几个公式在过去表达基于其Zt型电缆屏蔽效能。经常提到quick-rule是:基米-雷克南(SE) dB = 40 - 20日志(Zt型。l)。虽然它是正确的电阻的Zt型地区,它可以给普遍乐观的结果,就像在50/60Hz 50 db或70分贝,一个普通的盾牌没有影响对共模引起的干扰。
计算Kr当长度接近或超过λ/ 2
当电缆的尺寸达到半波长度,不能保持Zt型(Ω/ m)乘以一个物理长度不再是拿着一个统一的电流。事实上,“电短线”的假设变得逐渐越来越少接受当电缆长度”l“超过λ/ 10。
与电缆接触一个统一的电磁场或均匀分布地转变,一个典型的案例与CM的干扰,盾牌两端接地的行为作为一个偶极子表现出self-resonance和并联谐振每个奇数和偶数λ/ 2的倍数,分别。因此,电流峰值将定期对每一个奇怪的λ/ 2的倍数,导致最坏的基米-雷克南的价值。
*一些测试设置测量电缆护套的基米-雷克南是基于end-driving 50Ω发电机,也介绍了λ/ 4共振。快速讨论一下这个附录中展示了人工制品。
1还必须考虑C”,实际传播速度cable-to-ground传输线,其中C的速度慢于理想空间C通常C ' = 0.7 - 0.8 C,因此,实际的接地回路的电缆是波长:
λ= 0.7 - 0.8 xλ
如果我们调整计算最不利的条件,达到最严重(图3)在第一个λ的/ 2收到电压Vd的最大峰值电流(由于)导致低价值Kr。这是正确翻译的实际情况,对均匀场曝光,受害者接收器电路会看到更高的干扰。
除此之外第一个谐振点,激发一个常数厘米,终止电压Vd将贯穿一个接一个的山峰(奇数λ/ 2的倍数)和null。然而,峰值的幅度不会超过了最初的共鸣。
只是考虑到“电活性”盾构段的长度是有限的λ/ 2,Vd马克斯可以预测如下:
Vd马克斯= Zt型(Ω/ m) x 0.5λ的我盾(4)
在那里,
Zt型=转移阻抗的频率相应的λ的担忧。在这样的频率,Zt型是由Lt,盾牌转移电感
波长λ' =修正传播速度C”≈0.7到0.8λ
λ= 0.75。300.106/ F (Hz) = 220.106/ F (Hz)(平均值)
(Eq。4) Vd (max)可以写成:
Vd马克斯=ω中尉。0.5。(220.106我/ F) x上海
= Lt (H / m)。2π。f . 0.5。(220.106我/ F) x上海)
频率方程消掉,所以减少所有的变量和使用更实际的单位如在nH / m Lt:
Vd马克斯≈Lt (nH / m) x 0.7 x上海(5)
我们可以另外表达我上海马克斯的屏蔽接地两端被一个统一的领域(典型的EMI易感性场景):
我sh(最大)=我循环(max)= Vcm马克斯)/佐
在那里,
佐= cable-above-ground传输线的特性阻抗
= 150Ω高度/直径比= 4(461年为基础的典型测试设置)
= 300高度/直径比= 50Ω
因此,可以给佐平均价值为210Ω(+ / - 3 db近似)
结合Eq。4和5为坏的情况下得到一个简单的表达式Kr高于共振:
基米-雷克南(min) = Vd max / Vcm
= (0.7 Lt。Vcm / 210) / Vcm
基米-雷克南min (dB) = - 20日志(210/0.7 Lt (nH / m))
Kr min (dB) = - 20日志(300 / Lt (nH / m)) (6)
一些实际结果Kr,低于和高于第一电缆共振
下图显示了一些使用本文的公式,计算和测试结果。
图4显示计算结果在一个5米长的优质单身编织同轴电缆,地面1米,完美的360°连接器backshell接触。在图5中,曲线的测试结果显示5米同轴电缆的保护一直是故意被10厘米辫子。基米-雷克南8 MHz以上的恶化是壮观。
附录
我们已经看到,当维电缆的方法,或超过半波长度,当前保护遵循正弦分布与交替阶段逆转每λ/ 2段。这是复杂的事实,如果测试设置是基于一个50Ω发电机驱动的一端盾牌,后者作为输电线路出现短路的另一端,驻波。这种不匹配导致null和峰电流在每个λ/ 4的倍数。
奇怪的倍数λ/ 4、3λ/ 4、5λ/ 4…等,当前对应的零发电机看到无限阻抗。而开车等于开路电压值,当前最小盾是导致终端电压Vd的下降,因此Kr人为跳到更高的价值的价值。这种效果是可见的数据,定期Kr似乎更好,然后更糟,比它的平均值。在本文中,我们更愿意把最坏情况下的计算情况,不是最有利的一个。
关于作者
米歇尔MardiguianIEEE高级会员,电气工程师BSEE毕业,硕士,1941年出生在巴黎。在IBM工作时在法国,他在1974年开始他的EMC生涯本地IBM EMC专家,与他的美国同行有密切联系IBM /金斯顿美国。从1976年到80年,他也是法国代表CISPR工作小组,参与成为CISPR 22,根为FCC 15 j和欧洲EN55022文档。1980年,他加入了也白顾问(后来更名为ICT)在盖恩斯维尔,弗吉尼亚州,成为董事的训练,然后工程副总裁。他开发了EMC的市场研讨会,自学在美国和世界范围内超过160类。在法国建立了自1990年以来,作为一个私人顾问,EMI / RFI /防静电类教学和研究咨询任务从EMC设计消防。一位参与海峡隧道的EMC,同英国同事的干扰技术的国际化。
八广泛销售手册,他写过两本书与不白,IEEE和苏黎世EMC座谈会,28篇论文和各种会议。他也是一个半职业音乐家,爵士乐单簧管连接组的领队。