Калькулятор электромагнитного экранирования

Материал экрана: Медь Алюминий Сталь Латунь Пермаллой Серебро Никель Олово Графит Углепластик

Частота (МГц):

Затухание SE (дБ):

Программа моделирует экранирование электромагнитных волн проводящими материалами и рассчитывает параметры защиты от излучения в зависимости от частоты сигнала, материала и требуемого затухания. Она визуализирует глубину проникновения поля (скин-слой), минимально необходимую толщину экрана, коэффициент отражения и график зависимости экранирующей способности от толщины.

Что можно рассчитать и увидеть

• Глубину скин-слоя в зависимости от частоты и материала.
• Минимальную толщину экрана для заданного затухания SE (Shielding Effectiveness).
• Коэффициент отражения волны от поверхности экрана (в дБ).
• Коэффициент проникновения поля сквозь экран (T).
• График зависимости SE от толщины экрана.

Этот калькулятор позволяет оценить защитную эффективность различных металлов и композитов при заданных условиях, включая частоту электромагнитного излучения. Подходит для радиоинженерных и EMC-задач, проектирования экранов в электронике и СВЧ-устройствах.

Формулы расчёта

Глубина скин-слоя (в метрах):

$$
\delta = \sqrt{ \frac{2}{\mu \sigma \omega} }, \quad \text{где } \omega = 2\pi f
$$

Минимальная толщина экрана для заданного уровня экранирования \( SE \):

$$
t_\text{min} = \frac{SE}{8.686} \cdot \delta
$$

Коэффициент отражения в дБ:

$$
R = 20 \cdot \log_{10}\left( \frac{Z_0}{Z_\text{мат}} \right),
$$
$$
\quad Z_\text{мат} = \sqrt{ \frac{\mu \omega}{\sigma} }
$$

Коэффициент проникновения через экран:

$$
T = e^{-t / \delta}
$$

Пояснение параметров

Примеры расчёта

Пример 1:

Материал: Медь
Частота сигнала: 100 МГц
Требуемое экранирование: SE = 60 дБ
Параметры меди:  Электропроводность \( \sigma = 5.8 \times 10^7 \, \text{С/м} \).  Магнитная проницаемость \( \mu_r = 1 \)

Расчёт:

Угловая частота:

$$
\omega = 2\pi \cdot 100 \cdot 10^6 \approx 6.28 \cdot 10^8 \, \text{рад/с}
$$

Абсолютная магнитная проницаемость:

\( \mu = 4\pi \cdot 10^{-7} \cdot 1 \approx 1.26 \cdot 10^{-6} \, \text{Гн/м} \)

Глубина скин-слоя:

$$
\delta = \sqrt{\frac{2}{1.26 \cdot 10^{-6} \cdot 5.8 \cdot 10^7 \cdot 6.28 \cdot 10^8}}
$$
$$
\approx 6.6 \, \mu\text{м}
$$

Минимальная толщина экрана:

$$
t_\text{min} = \frac{60}{8.686} \cdot 6.6 \approx 45.6 \, \mu\text{м}
$$

Коэффициент отражения:

$$
Z_\text{мат} \approx \sqrt{ \frac{1.26 \cdot 10^{-6} \cdot 6.28 \cdot 10^8}{5.8 \cdot 10^7} } \approx 3.32 \, \Omega
$$

$$
R = 20 \cdot \log_{10} \left( \frac{377}{3.32} \right) \approx 41.1 \, \text{дБ}
$$

Пример 2:

Материал: Сталь
Частота сигнала: 1000 МГц
Требуемое экранирование: SE = 80 дБ
Параметры стали: Электропроводность \( \sigma = 1 \times 10^7 \, \text{С/м} \). Магнитная проницаемость \( \mu_r = 100 \)

Расчёт:

Угловая частота:

\( \omega = 2\pi \cdot 1000 \cdot 10^6 = 6.28 \cdot 10^9 \, \text{рад/с} \)

Абсолютная магнитная проницаемость:

\( \mu = 4\pi \cdot 10^{-7} \cdot 100 = 1.26 \cdot 10^{-4} \, \text{Гн/м} \)

Глубина скин-слоя:

$$
\delta = \sqrt{\frac{2}{1.26 \cdot 10^{-4} \cdot 10^7 \cdot 6.28 \cdot 10^9}}
$$
$$
\approx 0.71 \, \mu\text{м}
$$

Минимальная толщина экрана:

$$
t_\text{min} = \frac{80}{8.686} \cdot 0.71 \approx 6.54 \, \mu\text{м}
$$

Коэффициент отражения:

$$
Z_\text{мат} = \sqrt{ \frac{1.26 \cdot 10^{-4} \cdot 6.28 \cdot 10^9 }{1 \cdot 10^7} } \approx 12.5 \, \Omega
$$

$$
R = 20 \cdot \log_{10} \left( \frac{377}{12.5} \right) \approx 25.6 \, \text{дБ}
$$

Сравнение материалов

Калькулятор можно использовать для оценки эффективности экранирования в СВЧ, радиотехнике, защите от ЭМИ и ЭМП, а также в разработке корпусов и экранов в электронике. Он поможет сравнить различные материалы и оптимизировать конструкцию под конкретные условия частоты и требуемой защиты.