Lames d'aspiration de blindage électromagnétique: de basse à haute fréquence, comment les ingénieurs devraient choisir le mécanisme de perte adapté

Une erreur commune dans le travail de sélection de la lame de blindage électromagnétique consiste à mesurer les matériaux dans toutes les bandes de fréquences avec le même critère d'évaluation. L'interférence électromagnétique à basse fréquence est très différente de la nature physique de l'interférence électromagnétique à haute fréquence et il y a peu d'intersection entre les exigences relatives aux paramètres des matériaux.

Regardez d'abord un ensemble de données comparatives. Dans la bande basse de 9 kHz - 30 MHz, l'efficacité de blindage de l'échantillon nanocristallin absorbant de 1,54 mm d'épaisseur peut atteindre 84,4 - 85,0 DB, tandis que dans la bande haute de 2 - 18 GHz, le schéma Nanocomposite bien établi de l'industrie a atteint des pertes par réflexion inférieures à - 40 dB à Des épaisseurs de 0,05 - 1 mm. Il n'est pas rare que deux ensembles de données apparaissent dans le même cahier des charges, mais les mécanismes physiques qui les sous - tendent sont complètement différents. Si vous ne comprenez pas cette différence, il est facile de dépenser un budget sur les mauvais paramètres.

Basse bande: l'efficacité du blindage est le premier indicateur

Dans les bandes de fréquences inférieures à des dizaines de MHz, la capacité de pénétration des ondes électromagnétiques est forte, le rapport de la longueur d'onde à la taille de la structure de l'appareil est grand et les conditions de champ proche ne tiennent généralement pas. À ce stade, la conductivité du matériau contribue le plus directement à l'efficacité du blindage: plus la conductivité est élevée, plus l'effet de Vortex est fort et plus la réflexion et l'atténuation des champs magnétiques à basse fréquence sont efficaces.

La première préoccupation de nombreux ingénieurs dans les bandes de basses fréquences est la perte par réflexion (RL), mais c'est un indicateur qui évalue la performance d'absorption, reflétant la capacité du matériau à convertir l'énergie des ondes électromagnétiques en énergie thermique, plutôt que de bloquer la pénétration des ondes électromagnétiques. Une règle plus appropriée pour la bande basse est l'efficacité de blindage (se), l'expression logarithmique du rapport de la puissance incidente à la puissance transmise.

Cela signifie que le choix de la bande basse devrait se concentrer en priorité sur les données d'efficacité de blindage du matériau, ainsi que sur l'épaisseur et la densité de surface correspondant à cette efficacité. Pour les sources de rayonnement à basse fréquence telles que les moteurs électriques à énergie nouvelle, les alimentations électriques industrielles et autres, les matériaux avec une efficacité de blindage supérieure à 80 DB et une densité de surface contrôlée à 2,5 kg / m² sont un point de départ raisonnable.

Bande haute: la partie imaginaire de la Perméabilité magnétique détermine la capacité d'absorption

Lorsque la fréquence entre dans la gamme GHz, l'image physique change considérablement. Lorsque la longueur d'onde est réduite à une taille comparable à celle du boîtier, les conditions de champ proche sont établies et la composante du champ magnétique devient la principale source d'interférence. À ce stade, la capacité de perte magnétique du matériau devient le paramètre central qui détermine l'effet d'absorption.

La partie imaginaire de Perméabilité magnétique μ "reflète directement l'intensité des pertes magnétiques, qui proviennent de la résonance naturelle des poudres magnétiques douces dans le champ magnétique alternatif, de la résonance de la paroi du domaine et des pertes par courants de Foucault. La fréquence de crête de μ "détermine la bande d'absorption la plus forte du matériau, et si la fréquence de bruit cible s'écarte du pic de μ" de plus d'une octave, il est difficile d'obtenir l'effet d'absorption idéal même en augmentant l'épaisseur du matériau. Par conséquent, lors de l'option de la bande GHz, les données μ "du matériau dans la bande cible devraient d'abord être confirmées, plutôt que de se concentrer uniquement sur la" plage de fréquences de fonctionnement "nominale.

La partie réelle de la Perméabilité magnétique μ 'atteint plus de 50 près de 10 MHz peut être classée dans le rapport "haute perméabilité", actuellement μ' à 1 MHz peut faire 250 vitesses, la bande de fréquence recommandée couvre 10 MHz - 6 GHz. Mais pour les fréquences principales de bruit au - dessus de 2 - 3 GHz (telles que les bandes Wi - fi et 5G Sub - 6), continuer à améliorer la décroissance du gain marginal de μ′ devrait se concentrer sur l’optimisation de la composante de perte μ″ et l’adaptation d’impédance.

Adaptation d'impédance: Seuil récessif d'absorption haute fréquence

Même si la capacité de perte magnétique du matériau est suffisante, l'entrée en douceur des ondes électromagnétiques à l'intérieur du matériau reste une question indépendante. L'impédance d'onde de l'espace libre est d'environ 377 Ω, et lorsque l'impédance d'entrée du matériau est fortement désadaptée avec cette valeur, l'onde électromagnétique incidente est réfléchie en grande quantité sur la surface, c'est - à - dire qu'elle ne peut pas entrer dans le matériau pour participer au processus de perte magnétique.

L'adaptation d'impédance peut être ajustée en contrôlant la conductivité et la constante diélectrique du matériau. Prenons l'exemple d'une structure à double gradient mxene / fe₃o₄ qui met en oeuvre le processus "Absorption - réflexion - réabsorption" par une conception à double Gradient électrique - magnétique: les ondes électromagnétiques entrent d'abord dans la couche de transition à faibles pertes, puis sont partiellement réfléchies dans la couche réfléchissante, où elles sont absorbées à nouveau en passant par la couche de transition. Cette conception permet une efficacité de blindage totale de 49,98 DB, un coefficient d'absorption de 0,51 et une épaisseur de seulement 180 μm. Ces données montrent que l'adaptation d'impédance et la résistance à l'absorption peuvent être améliorées simultanément à des épaisseurs plus minces grâce à une conception de structure à gradient, sans avoir à compter sur une épaisseur accrue pour compenser la désadaptation d'impédance.

Le tableau ci - dessous résume les différences de priorité dans les différentes dimensions paramétriques de la sélection du point de vue de la segmentation fréquentielle:

Contraintes de fiabilité environnementale dans les options d'ingénierie

Les paramètres électromagnétiques testés en laboratoire sont obtenus dans un environnement standard, tandis que la température, l'humidité et les contraintes mécaniques dans les applications réelles modifient la réponse électromagnétique du matériau. Après 1000 cycles à haute et basse température de - 40 ℃ à 125 ℃, la dérive des paramètres électromagnétiques est contrôlée à moins de 5%, ce qui constitue un seuil de base pour les applications embarquées et industrielles. Le test de polarisation thermique humide à 85°c / 85% HR nécessite également 1000 heures sans atténuation significative des performances.

La performance de la lame d'aspiration flexible dans des conditions de flexion reste tout aussi préoccupante. Si le matériau doit subir un pliage lors de l'assemblage ou être monté sur une surface non plane, la variation de la résistance de la surface après le pliage affecte directement la fenêtre d'adaptation d'impédance. Les microfissures ne modifient pas significativement l'apparence, mais peuvent faire dévier l'impédance d'entrée de l'optimum, ce qui entraîne une baisse silencieuse des performances d'absorption. Le choix d'une lame absorbante avec une couche résistive flexible est plus fiable dans les scénarios de déformation que la version utilisant un film mince conducteur fragile.