Способ оценки качества электромагнитного экрана
METHOD FOR ASSESSING THE QUALITY OF THE ELECTROMAGNETIC SHIELD

Изобретение относится к экранировке от электромагнитных полей и может быть использовано для контроля эффективности электромагнитного экранирования различных устройств, требующих защиты от внешних полей (неконтактные взрыватели инженерных мин, исполнительные приборы радиоуправляемых мин и разведывательно-сигнализационных приборов и др.) [1]. Важно также оценить подверженность воздействию таких электронных устройств зондированию СВЧ полей от поисковых нелинейных радиолокаторов [2].
Известен способ оценки качества электромагнитного экранирования, основанный на облучении снаружи испытуемого замкнутого экрана первичным электромагнитным полем (ЭМП) и измерением проникшего внутрь поля, обусловленного дефектами этого экрана [3].
Недостаток данного способа - нарушение целостности экрана из-за необходимости вывода сигнала с индикаторного зонда, расположенного внутри. Это затрудняет производство оценки качества замкнутого экрана с высоким экранным затуханием из-за трудности обеспечения заданной степени развязки между антенной и приемным трактом по всем путям, кроме основного - через индикаторный зонд.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ, основанный на облучении экрана первичным электромагнитным полем и регистрации электромагнитного поля, проникающего внутрь экрана. При этом внутри экрана размещают нелинейный электромагнитный отражатель и регистрируют новые спектральные компоненты в отраженном вторичном поле снаружи экрана [4].
Недостаток данного способа - отсутствие четкой закономерной взаимосвязи между качеством электромагнитного экрана и регистрируемой частотой ЭМП. Это обусловлено тем, что облучение первичным и прием вторичного поля осуществляется на разных частотах (гармониках или комбинационных частотах), с разными проникающими способностями через исследуемых экран. Кроме того, существует трудность технической реализации данного способа - из-за необходимости подавления продуктов нелинейности в спектре, облучающего первичного поля в широком диапазоне частот (не менее 120-140 дБ) [5]. Это требует существенной доработки стандартной радиоизмерительной аппаратуры.
Техническим результатом изобретения является повышение качества оценки электромагнитного экрана, особенно при исследовании в широком диапазоне частот.
Поставленный технический результат достигается тем, что экран облучают снаружи первичным электромагнитным полем, а внутри исследуемого экрана размещают преобразователь электромагнитного поля в низкочастотное акустическое поле и регистрируют его частоту, определяемую интенсивностью проникающего внутрь экрана электромагнитного поля. Весьма важно, что уровень электромагнитного поля, проникающего внутрь экрана, определяют не по амплитуде (громкости) создаваемого акустического поля (зависящей от многих факторов), а только по его частоте. Практическая реализация этого способа не требует сложной доработки стандартной радиоизмерительной аппаратуры. При этом, преобразование электромагнитного поля в акустическое осуществляют с использованием автономного миниатюрного устройства.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ оценки качества электромагнитного экрана.
Устройство для оценки качества электромагнитного экрана 1 содержит преобразователь электромагнитного поля в низкочастотное акустическое 2, размещаемое внутри этого экрана. Он состоит из широкополосной приемной антенны 3, амплитудного детектора 4, низкочастостотного генератора, управляемого напряжением (ГУН) 5, широкополосного акустического излучателя 6. Передающее устройство 7 облучает исследуемый экран 1 снаружи. Часть этого поля проникает внутрь экрана и принимается антенной 3. Амплитудный детектор 4 преобразует высокочастотный сигнал с выход антенны 3 в постоянное напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине электромагнитного поля, проникшего вглубь экрана. Низкочастотный генератор 5 вырабатывает низкочастотный сигнал, частота которого пропорциональна амплитуде управляющего постоянного напряжения с выхода амплитудного детектора 4. Широкополосный акустический излучатель 6 преобразует электрический сигнал с выхода генератора 4 в низкочастотное акустическое поле, которое проникает через тонкие стенки экрана и его конструктивные неоднородности наружу, и воспринимается микрофоном 8, подключенным к частотомеру 9. Изменение частоты акустического поля из-за воздействия проникшего внутрь экрана электромагнитного поля, свидетельствует о нарушении его целостности. Так как проникновение электромагнитного поля через щели экрана носит резонансный характер, то измерения проводят в широком диапазоне частот с использованием многочастотного передающего устройства 7.
Опробование предложенного способа было проведено в лабораторных условиях в безэховой камере.
Качество экранировки в широком диапазоне частот от 30 до 200 МГц оценивалось по изменению частоты акустического сигнала, излучаемого преобразователем, размещаемым внутри экрана. Преобразователь включал в себя: широкополосную приемную магнитную рамочную антенну (диаметр 10 см, 2 витка), амплитудный детектор, выделяющий постоянную составляющую принимаемого сигнала, низкочастотный генератор, управляемый напряжением (диапазон изменения частоты от 400 до 5000 Гц при изменении управляющего напряжения от десятых долей до единиц вольт), низкочастотный усилитель мощности, миниатюрный широкополосный громкоговоритель (Visaton K34WP/8 с рабочим диапазоном от 320 до 20000 Гц), источник питания 9 В. Широкополосное передающее устройство состояло из высокочастотного генератора Г4-119А (1 Вт, рабочий диапазон от 30 до 200 МГц) и одновитковой излучающей рамочной антенны диаметром 0,5 м. В состав приемника акустического поля входили широкополосный микрофон SHURE SM58 (рабочий диапазон от 50 до 15000 Гц) и чувствительный низкочастотный анализатор спектра С4-48 (рабочий диапазон от 10 до 20000 Гц) для регистрации значений частоты принимаемого сигнала.
В качестве исследуемого экрана использовался металлический бак с крышкой, диаметром 20 см и высотой 12,5 см. Степень экранирования изменялась сдвиганием металлической крышки и образованием щели, через которую электромагнитное поле проникало внутрь. Малогабаритный преобразователь поля размещался в центре бака на опоре из пенопласта. Расстояние между исследуемым экраном и передающим устройством составляло 1 м. Для снижения величины внешний акустических помех бак размещался на виброзащитной опоре из поролона толщиной 5 см.
При полной экранировке, равно как и при выключенном передающем устройстве, регистрируемая частота акустического поля была неизменна. Изменение величины щели между крышкой и баком неизменно приводило к изменению частоты регистрируемого акустического поля. По результатам сравнительных измерений установлена четкая закономерность между величиной изменения регистрируемой частоты акустического сигнала и степенью экранирования электромагнитного поля (размерами щели между крышкой и баком).
Источники информации
1. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования. Л-д, «Энергия», 1975 г., с 3-10.
2. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов. Изд. АРБАТ-ИНФОРМ, М., 2004, с. 57-82.
3. Воробьев Е.А. Экранирование СВЧ конструкций, М., Советское радио, 1979 г., с. 87-88.
4. Щербаков Г.Н. и др. Способ оценки качества электромагнитного экрана. Патент РФ №2685058. Приоритет изобретения 31 августа 2018 года.
5. Щербаков Г.Н. и др. Новые методы обнаружения скрытых объектов. Глава 4. Методы нелинейной электромагнитной локации для обнаружения объектов в укрывающих средах, М., Изд. «ЭЛЬФ НПР», с. 154-215.