对更轻、更强、易于制造和具有成本效益的屏蔽解决方案的需求不断增长。
杰克·普拉维卡和杰里米·欧文
DLS电子系统公司,美国伊利诺伊州
随着我们进入21世纪,人们需要更强、更轻、更便宜、更环保、符合rohs标准的导电材料。许多业内人士希望用导电织物和复合材料取代铝、钢和铜。根据波音公司的说法,新787飞机的50%的主要结构将由复合材料制成。此外,军方也开始使用由导电织物制成的战术掩体。
人们对复合材料的兴趣增加的另一个原因是过去10年里手机、pda、寻呼机和其他电子设备的急剧增长。随着每一款新产品的发布,满足我们保持联系的需求变得越来越容易。随着电子技术的发展,对屏蔽和限制射频能量有意或无意地由这种技术发射或接收的能力的需求也随之出现。在过去,金属被用作屏蔽的主要方法。今天,人们对更轻、更强、易于制造和具有成本效益的屏蔽解决方案的需求不断增长。屏蔽行业作为一个整体已经意识到这一点,现在提供了各种各样的产品。所有这些产品的设计都有一个共同的目标——要么减少无意排放,要么保护设备不受这种排放的影响。那么,如何判断哪些产品将有效地在应用程序中发挥作用呢?当然,理解设计理念并不能让我们更容易确定哪种设备适用于特定的应用程序。有了这么多的标准和应用,咨询一个既提供屏蔽效果测试又有知识渊博的NARTE工程师经验的测试机构是很重要的。 The testing agency or laboratory is the organization that actually performs the test and records the data.
背景:屏蔽效果标准
屏蔽效果(SE)是在发射天线和接收天线之间放置屏蔽后,没有屏蔽的发射信号与有屏蔽的接收信号(插入损失)的比值。对防护效能(SE)的需求并不新鲜。最初的“MIL-STD 285电子测试目的电磁屏蔽外壳的军事标准衰减测量方法”可以追溯到1956年,最初覆盖高达10 MHz。本标准已被IEEE 299 1997“测量电磁屏蔽罩有效性的标准方法”所取代。最新的(2005年)草案版本预计将在2007年发布。
这包括在9 kHz到18 GHz的频率范围内测试更大的外壳,具体的规定数字低至50 Hz,高至100 GHz。其他几个屏蔽标准也已经发布。MIL-DTL-83528C, 2001“衬垫材料,导电,屏蔽衬垫,电子,弹性体,EMI/RFI方法”对衬垫使用辐射测试技术,覆盖20 MHz至10 GHz,并且可以扩展。SAE ARP 1705测试垫圈的标准可以追溯到20世纪80年代初。这是一个相当可重复的测试,使用传导测试方法,利用传递阻抗;然而,它被限制在700兆赫左右,并没有考虑到近场/远场效应。IEC 61000-4- 21,2003标准涵盖了使用混响室测试方法的屏蔽效果,覆盖频率范围从200 MHz到18 GHz。随着技术的变化,更新旧标准和开发新标准的需求是无情的。例如,IEEE 299工作组已成立,以研究获得小型机箱SE的不同测试方法(即.0.1米的立方体或更小)。
了解待测产品的设计、应用和使用频率是非常重要的。有了这种理解,测试人员可以缩小每个标准的优点和缺点,并可以选择一个特定的测试方法,甚至可以定制一个来满足产品的特定需求。
一旦确定了标准和测试方法,测试人员必须找到合适的屏蔽外壳进行测试。屏蔽外壳,如图1所示,是一种具有内部保护的结构,不受任何外部电场或磁场的影响。相反,外壳保护周围环境免受内部产生的电场或磁场的影响。高性能屏蔽外壳通常能够根据频率将电场和磁场强度的影响降低1到7个数量级。外壳通常由金属构成,并提供相邻面板(包括门)之间的连续电接触。
样品的实验
在这个样本实验中,我们将探索材料在1到40 GHz频率范围内的屏蔽效果。第一批测量之一是在测试窗口中没有材料的参考测量。这一步允许测试人员确定设置的动态范围。
动态范围(DR)是接收系统线性工作的振幅范围。当两项都用分贝表示时,DR数值等于最大和最小信号幅值之间的差值。对于屏蔽效果(SE)测量,DR中最重要的部分是从参考电平到噪声底。该测量值应在SE程序的DR验证步骤中进行验证,它表示在特定的设备和设置下,在该频率下可测量的最大SE。[1]
图2显示了在1到40 GHz之间至少120 dB的动态范围。确定DR需要进行两次测试。参考水平试验和实心钢板试验如图3所示。后一种测试有助于确保测试实际样品时的准确性。
如果最终结果是可重复和可量化的,那么设置是极其重要的。在测试过程中,必须测量天线高度和距离,并保持稳定。在频率高于1 GHz时,天线的方向性很强,天线的任何轻微移动都可能导致读数的显著变化。重要的是要记录信号发生器设置和建立所需电平所需的功率电平。测试人员必须了解所使用的设备。例如,测试人员不能使正在使用的放大器过载或使测量接收机饱和。
在GHz范围内工作,在带有连续焊接钢隔板的12 ' x12 ' x 24 '室中进行测试,有几个优点。首先,测试绝对是一个遥远的领域。此外,房间的大部分屏蔽效果是通过吸收来实现的。电场的屏蔽机制主要有两种:反射和吸收。在1GHz以上,反射损耗减小,吸收损耗增大。
图4显示了坚固的钢和铝板的屏蔽效率在40ghz时超过120 dB。还显示了来自薄铝板和碳纤维材料[3]的数据。研究正在探索使用各种填料,如铝片、钢纤维、碳纤维(如图所示)和镍颗粒[4]beplay官方免费下载
”)金属是最常见的屏蔽材料;如图4所示,它们无疑提供了最有效的屏蔽。接近120分贝的屏蔽在军事、航空电子和汽车工业中通常是必要的。120分贝的屏蔽有多大?例如,一个100-V/m的信号将降低一百万倍到100µV/m。120dB的屏蔽提供了广泛的降低。金属薄板体积庞大,因此正在不断研究和开发其他屏蔽材料。
如今,设计的当务之急是减轻重量,同时保留原来由金属提供的机械强度和电磁屏蔽水平。许多替代方案正在研究中。航空电子工业越来越多地使用编织碳纤维复合材料。含有不同类型填料的聚合物基复合材料也正在探索用于屏蔽
普通的聚合物基质是电绝缘的,需要一个特殊的过程来连接导电纤维或粒子。beplay官方免费下载随着导电聚合物与大量填料的组合可用,屏蔽效果应该会提高。这些导电聚合物允许填料在不实际接触的情况下电连接。它们的组合和可能性是无限的,随着屏蔽需求的增加,我们将对这些材料进行更广泛的研究。
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参考文献
IEEE Std 10f0-2000,IEEE电气术语标准词典.
D.L.S.电子系统有限公司,www.dlsemc.com。
雷亚·西蒙,林顿·大卫,奥尔·埃迪和麦康奈尔·乔纳森。“碳纤维复合材料在航空电子系统中的电磁屏蔽性能”,微波审查2005年6月。
郑丹丹。碳材料的电磁界面屏蔽效果,2000年7月22日。纽约州立大学布法罗分校复合材料研究实验室,布法罗,纽约州
* RoHS:限制有害物质指令,2006年7月1日。该指令禁止在欧盟市场上销售含有超过商定水平的铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)阻燃剂的新电气和电子设备。
关于作者
杰克PrawicaNCE是位于伊利诺伊州Wheeling的D.L.S.电子系统公司EMC测试实验室的经理。他拥有15年的EMC测试和解决问题的经验,开发了测试程序,并在处理日常实际测试操作时解决了许多EMI问题。可以在……找到他(电子邮件保护),或访问www.dlsemc.com。
詹妮姆欧文NCE是伊利诺伊州惠灵市D.L.S.电子系统公司的EMC工程师。在他9年的工作经验中,他每天都参与屏蔽效果测试、合规测试和EMI问题解决。