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En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad y módulos de radiofrecuencia, un dilema de ingeniería recurrente es que el ruido electromagnético dentro de la cubierta blindada se refleja repetidamente en la cavidad metálica y, en última instancia, todavía se acopla al circuito sensible o irradia al espacio exterior. El blindaje metálico "atrapa" la energía electromagnética en la cavidad, pero realmente no la elimina. La longitud de onda de las ondas electromagnéticas de campo cercano cerca de la cavidad, el encapsulamiento del CHIP y el conector ha sido comparable al tamaño de la estructura, y la interferencia secundaria causada por las ondas reflejadas puede ser más destructiva que el ruido original.
La idea de resolver este problema requiere pasar de la "reflexión" a la "absorción". La función de la placa absorbente de supresión de ondas electromagnéticas es precisamente convertir la energía de las ondas electromagnéticas incidente en energía térmica dentro del material, en lugar de reflejarla de nuevo al sistema.
Mecanismo de pérdida central de la placa absorbente: cómo trabajan conjuntamente la pérdida magnética y la pérdida dieléctrica
La capacidad de atenuación de ondas electromagnéticas de la placa absorbente está determinada conjuntamente por la conductividad magnética compleja (mu = mu '- J mu') y la constante dieléctrica compleja (epsilon = Epsilon '- J epsilon'). Entre ellos, la parte virtual de la conductividad magnética mu 'refleja la intensidad de la pérdida magnética, y la parte virtual de la constante dieléctrica epsilon' refleja la intensidad de la pérdida dieléctrica.
Para la supresión del ruido de campo cercano en la banda de ghz, la pérdida magnética suele ser el mecanismo dominante. La pérdida magnética convierte la energía electromagnética en disipación de energía térmica a través de procesos como la resonancia de la pared de dominio, la resonancia natural y la pérdida de vórtice. Después de la dispersión orientada de los polvos magnéticos blandos nanocristalinos en la matriz de resina, se puede formar una red efectiva de pérdida magnética en la banda de MHz a ghz. Tomando como ejemplo el polvo de hierro carbonil, sus características de alta conductividad magnética y pérdida magnética tienen ventajas obvias de absorción en la banda de baja frecuencia (decenas de MHz a varios ghz).
Sin embargo, no es suficiente aumentar la pérdida magnética por sí solo. El grado de coincidencia entre la resistencia superficial del material y la resistencia del espacio libre (377omega) determina la proporción de ondas electromagnéticas que entran en el material. Si la conductividad magnética aumenta mientras la constante dieléctrica no se controla, el desajuste de la resistencia hará que la reflexión superficial aumente, lo que hará que más energía se refleje de nuevo en el interior del sistema. Por lo tanto, el diseño de las absorbentes de alto rendimiento requiere un equilibrio entre "alta pérdida magnética" y "emparejamiento de resistencia": a través del proceso de recubrimiento superficial y regulación de la constante dieléctrica, la relación MU / Epsilon se mantiene en una ventana propicia para la incidencia de ondas electromagnéticas.
Relación de coincidencia entre el grosor y la frecuencia: por qué la absorción de baja frecuencia requiere una placa de absorción más gruesa
Existe una relación definitiva entre el espesor de coincidencia de la placa absorbente y la frecuencia objetivo. De acuerdo con el principio de coincidencia de una cuarta parte de la longitud de onda, cuando el espesor de la capa absorbente es igual a un número impar de veces y una cuarta parte de la longitud de onda de las ondas electromagnéticas en el interior del material, las ondas reflejadas en la superficie tienen la fase opuesta a las ondas reflejadas en La superficie posterior, lo que produce una cancelación de interferencia y una pérdida de reflexión mínima. La fórmula de espesor de coincidencia se puede expresar como:
tm= nλ/4 = nc / (4fm▲ (| Mur||εr(124))
De ellos, tmPara coincidir con el grosor, fmPara coincidir con la frecuencia, n es un número impar. La relación muestra que a medida que la frecuencia objetivo disminuye, el espesor de coincidencia necesario aumenta. Esto significa que en la banda de baja frecuencia de cientos de MHz a varios ghz, la absorción efectiva a menudo requiere una capa de absorción más gruesa.
Esta restricción física afecta directamente la libertad de selección de ingeniería. Para las fuentes de ruido de baja frecuencia (como la frecuencia de conmutación y sus armónicos de la fuente de alimentación del interruptor), si el espacio lo permite, la selección de absorbedores de más de 1 mm puede lograr un mejor efecto de absorción. En escenarios con espacio limitado, es necesario lograr una coincidencia de bandas de frecuencia objetivo a un espesor más delgado mejorando la conductividad magnética del material. Por ejemplo, una placa absorbente con una conductividad magnética real de mu 'hasta 200 puede cubrir la banda de 100 MHz a 8 GHz a un espesor de 0,2 mm, y la pérdida de reflexión de un solo punto de frecuencia alcanza - 22 db.
Selección del sistema de materiales: límites aplicables entre el tipo de pérdida magnética y el tipo de pérdida dieléctrica
Las absorbentes se pueden dividir en tres categorías según el mecanismo de pérdida, cada una de las cuales se aplica a diferentes frecuencias y escenarios:
Los materiales de pérdida magnética dominan la supresión del ruido de campo cercano en la banda de frecuencia media y baja (1 MHz - 6 ghz), ya que el componente magnético de campo cercano de esta banda es fuerte, y los materiales de alta permeabilidad pueden acoplarse eficazmente para atenuar la energía del campo magnético. Los materiales de pérdida dieléctrica muestran mejores características de absorción de banda ancha en la banda de frecuencia más alta (banda X y superior), pero a menudo se necesita un mayor espesor para lograr un rendimiento de baja frecuencia comparable al tipo de pérdida magnética. Al integrar dos tipos de mecanismos de pérdida, el sistema compuesto magnético - dieléctrico puede ampliar el ancho de banda de absorción efectiva manteniendo la coincidencia de resistencia, y el ancho de banda de absorción efectivo de algunos sistemas ha superado los 9 ghz.
Tres juicios de ingeniería en la selección del modelo
Al evaluar las absorbentes, el ingeniero recomienda priorizar la confirmación de los siguientes tres puntos, cuyo orden afecta directamente la racionalidad del esquema final.
En primer lugar, aclarar las bandas de frecuencia y los atributos de campo cercano y lejano del ruido.
El ruido de campo cercano (como el chip, el convertidor dcdc, la radiación cerca del conector) es principalmente el componente de campo magnético, y el absorbedor de pérdida magnética es una opción más directa. El problema de la radiación de campo lejano o el acoplamiento de antenas requiere considerar las características de pérdida de reflexión y la coincidencia de ancho de banda del material. Si la banda objetivo cubre múltiples intervalos discontinuos (como cuando hay ruido de conmutación de cientos de MHz e interferencia inalámbrica de 2,4 ghz), un solo material puede tener dificultades para coincidir con dos puntos de frecuencia al mismo tiempo, en este momento se debe considerar una estructura compuesta multicapa o un esquema de montaje segmentado.
En segundo lugar, se confirma la restricción dura del espacio disponible sobre el grosor.
El principio de coincidencia de una cuarta parte de la longitud de onda determina la demanda rígida de espesor por absorción de baja frecuencia. En escenarios con espacios extremadamente limitados, como dispositivos portátiles y teléfonos móviles ultrafinos, se debe dar prioridad a los materiales con mayor permeabilidad magnética real para lograr la coincidencia de puntos de frecuencia objetivo con un espesor más delgado. Sin embargo, es necesario verificar al mismo tiempo si el aumento de la permeabilidad magnética va acompañado de un deterioro de la coincidencia de resistencia, que se puede juzgar preliminarmente examinando la relación MU / Epsilon del material en la banda objetivo.
En tercer lugar, evaluar el impacto de la fiabilidad ambiental en las propiedades a largo plazo de los materiales.
La conductividad magnética de la placa absorbente es sensible a la temperatura. En el rango de trabajo de - 40 ° C a 125 ° c, el coeficiente de temperatura de permeabilidad magnética de los diferentes sistemas de materiales varía significativamente. Para aplicaciones con grandes fluctuaciones de temperatura ambiente, como la electrónica a bordo y las unidades de radiofrecuencia de la estación base, se debe prestar atención a los datos de estabilidad de los materiales en el rango de temperatura de trabajo. Además, si la placa absorbente necesita ser utilizada en combinación con el material de interfaz térmica o expuesta a un ambiente altamente húmedo, también se debe confirmar la resistencia al envejecimiento húmedo y térmico del sustrato.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La serie de materiales absorbentes de ondas de la marca de platino incluye tres modelos: xjy - mh100, xjy - mh150 y xjy - mh200, con una cobertura real de permeabilidad magnética de ≥ 100 a ≥ 200, un espesor mínimo de 0,2 mm, un rango de temperatura de trabajo de - 40 ° C a 125 ° C y un nivel retardante de Llama de ul94 V - 0.
Esta serie utiliza la tecnología de dispersión de orientación de polvo magnético blando nanocristalino en forma de escamas para controlar la constante dieléctrica a través del proceso de recubrimiento de superficie mientras mejora la conductividad magnética para mantener la estabilidad de la ventana de emparejamiento de resistencia. El producto admite pegatinas flexibles, Troquelado de precisión y compuesto multicapa, y los parámetros se pueden personalizar de acuerdo con la banda de frecuencia específica y las restricciones espaciales.