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Un dilemme d'ingénierie récurrent dans la conception de circuits numériques à grande vitesse et de modules RF: le bruit électromagnétique à l'intérieur du bouclier est réfléchi à plusieurs reprises à l'intérieur de la cavité métallique et finit toujours par être couplé à des circuits sensibles ou rayonné dans l'espace extérieur. Le corps de blindage métallique "emprisonne" l'énergie électromagnétique à l'intérieur de la cavité, mais ne l'élimine pas vraiment. Les longueurs d'onde des ondes électromagnétiques en champ proche près de la cavité, du boîtier de la puce et du connecteur ont été comparables à la taille de la structure, et les perturbations secondaires causées par les ondes réfléchies peuvent être plus destructrices que le bruit d'origine.
Les idées pour résoudre ce problème doivent passer de « réflexion» à « absorption». La fonction de la lame absorbante inhibitrice d'ondes électromagnétiques est précisément de convertir l'énergie de l'onde électromagnétique incidente en énergie thermique à l'intérieur du matériau, plutôt que de la renvoyer dans le système.
Mécanisme de perte de coeur de la lame absorbante: comment la perte magnétique et la perte diélectrique fonctionnent ensemble
La capacité d'atténuation des ondes électromagnétiques d'une lame absorbante est déterminée conjointement par la Perméabilité magnétique complexe (μ = μ '- jμ' ') et la constante diélectrique complexe (ε = ε' - jε ''). Où la partie imaginaire μ '' 'de la perméabilité reflète l'intensité des pertes magnétiques et la partie imaginaire ε' '' de la constante diélectrique reflète l'intensité des pertes diélectriques.
Pour la suppression du bruit en champ proche dans la bande GHz, les pertes magnétiques sont généralement le mécanisme dominant. Les pertes magnétiques convertissent l'énergie électromagnétique en dissipation d'énergie thermique par des processus tels que la résonance de paroi de domaine, la résonance naturelle et les pertes par courants de Foucault. Après dispersion orientée dans la matrice de résine, la poudre magnétique douce nanocristalline lamellaire peut former un réseau efficace de pertes magnétiques dans la bande MHz - GHz. Prenons par exemple la poudre de fer carbonylé, dont les propriétés de Perméabilité magnétique et de pertes magnétiques plus élevées présentent des avantages d'absorption évidents dans les basses bandes de fréquences (de quelques dizaines de MHz à plusieurs GHz).
Cependant, l'augmentation des pertes magnétiques ne suffit pas. Le degré d'adaptation de l'impédance de surface du matériau à l'impédance de l'espace libre (377 Ω) détermine la proportion d'ondes électromagnétiques entrant dans le matériau. Si la constante diélectrique simultanée de l'augmentation de la Perméabilité magnétique n'est pas contrôlée, la désadaptation d'impédance peut entraîner une augmentation de la réflexion de la surface et, au lieu de cela, permettre à plus d'énergie d'être réfléchie à l'intérieur du système. La conception de lames absorbantes performantes nécessite donc un équilibre entre « pertes magnétiques élevées » et « adaptation d'impédance »: le rapport µ / ε est maintenu dans une fenêtre favorable à l'incidence des ondes électromagnétiques par un procédé de revêtement de surface et de régulation de la permittivité.
Relation d'adaptation de l'épaisseur à la fréquence: pourquoi l'absorption basse fréquence nécessite des lames d'aspiration plus épaisses
Il existe une relation déterminée entre l'épaisseur adaptée de la lame d'aspiration et la fréquence cible. Selon le principe d'adaptation quart de longueur d'onde, lorsque l'épaisseur de la couche absorbante est égale à un nombre impair de fois le quart de la longueur d'onde de l'onde électromagnétique à l'intérieur du matériau, l'onde réfléchie de surface est en opposition de phase avec l'onde réfléchie de surface arrière, produisant une dissipation interférentielle et des pertes par réflexion atteignant un minimum. La formule d'épaisseur assortie peut être exprimée comme suit:
tm= nλ/4 = nc / (4fm√ (| μr||εr|))
Où tmPour correspondre à l'épaisseur, fmPour la fréquence correspondante, n est impair. Cette relation indique: que la fréquence cible diminue, l'épaisseur correspondante requise augmente. Cela signifie que dans les bandes de basses fréquences de plusieurs centaines de MHz à plusieurs GHz, une couche absorbante plus épaisse est souvent nécessaire pour obtenir une absorption efficace.
Cette contrainte physique affecte directement le degré de liberté des options d'ingénierie. Pour les sources de bruit à basse fréquence (telles que la fréquence de commutation de l'alimentation à découpage et ses harmoniques), si l'espace le permet, une lame d'aspiration de plus de 1 mm peut obtenir un meilleur effet d'absorption. Dans les scénarios où l'espace est restreint, l'adaptation de la bande cible à une épaisseur plus mince est alors nécessaire en augmentant la Perméabilité magnétique du matériau. Par exemple, une lame absorbante dont la perméabilité réelle μ 'atteint 200 peut couvrir la bande 100 MHz - 8 GHz sous une épaisseur de 0,2 mm, avec des pertes par réflexion par point de fréquence unique atteignant - 22 db.
Sélection du système de matériaux: limites applicables du type de perte magnétique par rapport au type de perte diélectrique
Les lames d'aspiration par mécanisme de perte peuvent être divisées en trois catégories, chacune adaptée à différentes fréquences et scénarios:
Les matériaux de type à perte magnétique dominent la suppression du bruit en champ proche dans les bandes de fréquences moyennes et basses (1 MHz - 6 GHz), car la composante magnétique en champ proche de cette bande est forte et les matériaux à haute Perméabilité magnétique sont capables de coupler et d'atténuer efficacement l'énergie du champ magnétique. Les matériaux à pertes diélectriques présentent de meilleures caractéristiques d'absorption à large bande dans les bandes de fréquences plus élevées (bande X et au - delà), mais nécessitent souvent des épaisseurs plus importantes pour atteindre des performances à basse fréquence comparables à celles des matériaux à pertes magnétiques. Le système composite magnéto - diélectrique, en intégrant deux types de mécanismes de perte, peut élargir la bande passante d'absorption effective tout en maintenant l'adaptation d'impédance, et la bande passante d'absorption effective de certains systèmes peut déjà dépasser 9 GHz.
Trois jugements d'ingénierie dans la sélection
Lors de l'évaluation de la plaque d'aspiration, l'Ingénieur recommande de confirmer en priorité les trois points suivants, dont l'ordre d'ordre influe directement sur la rationalité du schéma final.
Premièrement, clarifier les attributs de bande et de champ proche et lointain du bruit.
Le bruit de champ proche (par exemple, le rayonnement à proximité de la puce, du convertisseur dcdc, du connecteur) est dominé par la composante de champ magnétique, la lame d'aspiration de type à perte magnétique étant l'option la plus directe. Les problèmes de rayonnement en champ lointain ou de couplage d'antenne nécessitent alors de prendre en compte les propriétés de perte par réflexion et l'adaptation de la bande passante du matériau. Si la bande cible couvre plusieurs intervalles discontinus (comme en présence de bruits de commutation de plusieurs centaines de MHz et d'interférences sans fil de 2,4 GHz), il peut être difficile pour un seul matériau de faire correspondre deux points de fréquence simultanément, ce qui nécessite d'envisager une structure composite multicouche ou un montage segmenté.
Deuxièmement, Confirmez la contrainte dure de l'espace disponible sur l'épaisseur.
Le principe d'adaptation quart de longueur d'onde détermine le besoin de rigidité de l'épaisseur par absorption basse fréquence. Dans les scénarios où l'espace est extrêmement limité, tels que les dispositifs portables, les téléphones ultra - minces, etc., les matériaux avec une partie réelle de Perméabilité magnétique plus élevée doivent être privilégiés pour obtenir une correspondance des points de fréquence cibles à des épaisseurs plus minces. Mais une vérification simultanée est nécessaire: si une augmentation de la Perméabilité magnétique s'accompagne d'une dégradation de l'adaptation d'impédance, on peut juger à première vue en examinant le rapport μ / ε du matériau dans la bande de fréquence cible.
Troisièmement, évaluer l'impact de la fiabilité environnementale sur la performance à long terme des matériaux.
La Perméabilité magnétique de la lame absorbante est sensible à la température. Dans la plage de fonctionnement de - 40°C à 125°C, les coefficients de température de Perméabilité magnétique diffèrent significativement d'un système de matériaux à l'autre. Pour l'électronique embarquée, l'unité RF de la station de base et d'autres applications avec de grandes fluctuations de température ambiante, il convient de prêter attention aux données de stabilité du matériau dans la plage de température de fonctionnement μ 'et μ'. En outre, la résistance au vieillissement thermique humide du substrat doit également être confirmée si la lame absorbante doit être utilisée avec un matériau d'interface thermiquement conducteur ou exposée à un environnement humide élevé.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdLa série de matériaux d'aspiration de marque Research Platinum comprend trois modèles xjy - mh100, xjy - mh150 et xjy - mh200, la partie réelle de la Perméabilité magnétique couvre ≥ 100 à ≥ 200, l'épaisseur du produit de la série peut être aussi faible que 0,2 mm, la plage de température de fonctionnement - 40 ° C à 125 ° C, la classe ignifuge atteint UL94 V - 0.
La série utilise la technologie de dispersion orientée de poudre magnétique douce nanocristalline en feuille pour contrôler la constante diélectrique par un processus de revêtement de surface tout en augmentant la Perméabilité magnétique pour maintenir la stabilité de la fenêtre d'adaptation d'impédance. Le produit prend en charge le montage flexible, le découpage de précision et le Composite multicouche, qui peut être personnalisé en fonction des paramètres spécifiques de la bande de fréquence et des contraintes spatiales.