RU2785082C1

RU2785082C1 - Method for assessing the quality of the electromagnetic shield

Info

Publication number: RU2785082C1
Application number: RU2021135591A
Authority: RU
Inventors: Григорий Николаевич Щербаков; Андрей Владимирович Рычков; Николай Николаевич Зиневич; Сергей Роландович Богати; Алексей Владимирович Николаев; Ярослав Владимирович Фещенко; Иван Александрович Гусев
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2022-12-02

Abstract

FIELD: electromagnetic fields shielding.

SUBSTANCE: invention relates to shielding from electromagnetic fields and can be used to control the effectiveness of electromagnetic shielding of various devices that require protection from external fields (non-contact fuses for engineering mines, actuators for radio-controlled mines and reconnaissance and signaling devices, etc.). The substance of the effect lies in the fact that the screen is irradiated from the outside with a primary electromagnetic field, and an electromagnetic field converter into a low-frequency acoustic field is placed inside the screen under study and its frequency is recorded, determined by the intensity of the electromagnetic field penetrating the screen.

EFFECT: improving the quality of the electromagnetic shield evaluation, especially when examining the shield in a wide frequency range.

1 cl, 1 dwg

Description

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].The invention relates to shielding from electromagnetic fields and can be used to control the effectiveness of electromagnetic shielding of various devices that require protection from external fields (non-contact fuses for engineering mines, actuators for radio-controlled mines and reconnaissance and signaling devices, etc.) [1]. It is also important to assess the exposure of such electronic devices to the probing of microwave fields from non-linear search radars [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].There is a known method for assessing the quality of electromagnetic shielding, based on irradiating the outside of the test closed screen with a primary electromagnetic field (EMF) and measuring the field that has penetrated inside, due to defects in this screen [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.The disadvantage of this method is the violation of the integrity of the screen due to the need to output a signal from the indicator probe located inside. This makes it difficult to evaluate the quality of a closed screen with high screen attenuation due to the difficulty of providing a given degree of decoupling between the antenna and the receiving path along all paths, except for the main one - through the indicator probe.

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].Closest to the claimed invention is a method based on irradiating the screen with a primary electromagnetic field and registering an electromagnetic field penetrating inside the screen. In this case, a nonlinear electromagnetic reflector is placed inside the screen and new spectral components are recorded in the reflected secondary field outside the screen [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.The disadvantage of this method is the lack of a clear regular relationship between the quality of the electromagnetic screen and the recorded frequency of the EMF. This is due to the fact that irradiation by the primary and reception of the secondary field is carried out at different frequencies (harmonics or combination frequencies), with different penetrating abilities through the screen under study. In addition, there is a difficulty in the technical implementation of this method - due to the need to suppress the products of nonlinearity in the spectrum, irradiating the primary field in a wide frequency range (at least 120-140 dB) [5]. This requires a significant improvement of the standard radio measuring equipment.

Техническим результатом изобретения является повышение качества оценки электромагнитного экрана, особенно при исследовании в широком диапазоне частот.The technical result of the invention is to improve the quality of the evaluation of the electromagnetic screen, especially when examining a wide frequency range.

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.The set technical result is achieved in that the screen is irradiated from the outside with a primary electromagnetic field, and an electromagnetic field converter is placed inside the screen under study into a low-frequency acoustic field and its frequency is recorded, determined by the intensity of the electromagnetic field penetrating the screen. It is very important that the level of the electromagnetic field penetrating inside the screen is determined not by the amplitude (loudness) of the generated acoustic field (depending on many factors), but only by its frequency. The practical implementation of this method does not require complex modification of standard radio measuring equipment. At the same time, the transformation of the electromagnetic field into an acoustic one is carried out using an autonomous miniature device.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ оценки качества электромагнитного экрана.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method for assessing the quality of an electromagnetic shield.

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.The device for evaluating the quality of the electromagnetic screen 1 contains a converter of the electromagnetic field into a low-frequency acoustic 2, placed inside this screen. It consists of a broadband receiving antenna 3, an amplitude detector 4, a low-frequency voltage-controlled oscillator (VCO) 5, and a broadband acoustic emitter 6. The transmitting device 7 irradiates the screen 1 under study from the outside. Part of this field penetrates inside the screen and is received by antenna 3. Amplitude detector 4 converts the high-frequency signal from the output of antenna 3 into a constant voltage, the amplitude of which is proportional to the magnitude of the electromagnetic field that has penetrated deep into the screen. The low-frequency generator 5 generates a low-frequency signal, the frequency of which is proportional to the amplitude of the control DC voltage from the output of the amplitude detector 4. The broadband acoustic emitter 6 converts the electrical signal from the output of the generator 4 into a low-frequency acoustic field that penetrates through the thin walls of the screen and its structural inhomogeneities to the outside, and is perceived microphone 8 connected to the frequency meter 9. The change in the frequency of the acoustic field due to the impact of the electromagnetic field that has penetrated inside the screen indicates a violation of its integrity. Since the penetration of the electromagnetic field through the slots of the screen is resonant in nature, the measurements are carried out in a wide frequency range using a multi-frequency transmitter 7.

Опробование предложенного способа было проведено в лабораторных условиях в безэховой камере.Testing of the proposed method was carried out in laboratory conditions in an anechoic chamber.

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.The screening quality in a wide frequency range from 30 to 200 MHz was evaluated by the change in the frequency of the acoustic signal emitted by the transducer placed inside the screen. The converter included: a broadband receiving magnetic loop antenna (diameter 10 cm, 2 turns), an amplitude detector that highlights the constant component of the received signal, a low-frequency voltage-controlled generator (frequency change range from 400 to 5000 Hz when the control voltage changes from tenths to units of volts), a low-frequency power amplifier, a miniature broadband loudspeaker (Visaton K34WP/8 with an operating range from 320 to 20,000 Hz), a 9 V power supply. 200 MHz) and a single-turn radiating loop antenna with a diameter of 0.5 m. The acoustic field receiver included a SHURE SM58 broadband microphone (operating range from 50 to 15000 Hz) and a sensitive low-frequency spectrum analyzer C4-48 (operating range from 10 to 20000 Hz) to register the frequency values of the received signal.

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.A metal tank with a lid, 20 cm in diameter and 12.5 cm high, was used as the shield under study. The degree of shielding was changed by shifting the metal lid and forming a slit through which the electromagnetic field penetrated inside. A small-sized field transducer was placed in the center of the tank on a foam support. The distance between the test screen and the transmitter was 1 m. To reduce the magnitude of external acoustic interference, the tank was placed on a vibration-proof support made of foam rubber 5 cm thick.

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).With full shielding, as well as with the transmitter turned off, the recorded frequency of the acoustic field was unchanged. Changing the size of the gap between the lid and the tank invariably led to a change in the frequency of the recorded acoustic field. According to the results of comparative measurements, a clear pattern was established between the magnitude of the change in the recorded frequency of the acoustic signal and the degree of shielding of the electromagnetic field (the size of the gap between the lid and the tank).

Источники информацииSources of information

1. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования. Л-д, «Энергия», 1975 г., с 3-10.1. Shapiro D.N. Fundamentals of the theory of electromagnetic shielding. Ld, "Energy", 1975, pp. 3-10.

2. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов. Изд. АРБАТ-ИНФОРМ, М., 2004, с. 57-82.2. Shcherbakov G.N. Detection of hidden objects. Ed. ARBAT-INFORM, M., 2004, p. 57-82.

3. Воробьев Е.А. Экранирование СВЧ конструкций, М., Советское радио, 1979 г., с. 87-88.3. Vorobyov E.A. Shielding of microwave structures, M., Soviet radio, 1979, p. 87-88.

4. Щербаков Г.Н. и др. Способ оценки качества электромагнитного экрана. Патент РФ №2685058. Приоритет изобретения 31 августа 2018 года.4. Shcherbakov G.N. etc. A method for assessing the quality of an electromagnetic screen. RF patent No. 2685058. Invention priority on August 31, 2018.

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. 154-215.5. Shcherbakov G.N. and other New methods of detecting hidden objects. Chapter 4. Methods of non-linear electromagnetic location for detecting objects in sheltering environments, M., Ed. "ELF NPR", p. 154-215.

Claims

A method for assessing the quality of an electromagnetic screen, including irradiating the screen with a primary electromagnetic field and registering an electromagnetic field penetrating the screen, characterized in that an electromagnetic field converter into a low-frequency acoustic field is placed inside the screen and its frequency is recorded, determined by the intensity of the electromagnetic field penetrating the screen.