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EMC

Calculateur d'efficacité du blindage

Calculez l'efficacité du blindage électromagnétique, la perte d'absorption, la perte par réflexion et la profondeur de la peau. Évaluez les matériaux du boîtier conformément à la norme MIL-STD-285.

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Formule

SE=A+R=8.686×(t/δ)+20×log10(∣1+η0/ηs∣/2)SE = A + R = 8.686×(t/δ) + 20×log₁₀(|1+η₀/η_s|/2)

Référence: MIL-STD-285, Schulz et al.

SE— Efficacité totale du blindage (dB)
A— Perte d'absorption (dB)
R— Perte de réflexion (dB)
δ— Profondeur de la peau (m)
t— Épaisseur du bouclier (m)
σ— Conductivité (S/m)
μ_r— Perméabilité relative

Comment ça marche

Le calculateur d'efficacité du blindage calcule l'atténuation électromagnétique des boîtiers conducteurs, ce qui est essentiel pour la conformité CEM (CISPR 32, FCC Part 15), l'immunité des dispositifs médicaux (IEC 60601-1-2) et les spécifications militaires (MIL-STD-461G). Les ingénieurs EMC l'utilisent pour obtenir le blindage de 40 à 80 dB requis pour la protection des composants électroniques sensibles.

Selon « EMC Engineering » de Henry Ott et MIL-HDBK-419A, l'efficacité du blindage SE = A + R + B, où A est la perte d'absorption, R est la perte par réflexion et B est la correction de réflection (négligeable lorsque A > 10 dB). Perte d'absorption A = 8,686 x t/delta, où t est l'épaisseur et delta = sqrt (2/ (omega x mu x sigma)) est la profondeur de la peau. À 1 GHz, la profondeur de la peau en cuivre est de 2,1 µm ; une feuille de cuivre de 1 mm fournit un A > 400 dB.

Perte par réflexion R = 20 x log10 (Z0/4Zs), où Z0 = 377 ohms (espace libre) et Zs = sqrt (oméga x mu/sigma) est l'impédance du bouclier. Le cuivre à 1 GHz a Zs = 0,026 ohm, ce qui donne R = 20 x log10 (377/ (4 x 0,026)) = 67 dB. Le SE total pour le cuivre dépasse 100 dB, mais les boîtiers réels ont des ouvertures.

Selon Ott, les ouvertures dominent la défaillance du blindage. Un seul créneau de longueur L réduit SE à environ 20 x log10 (lambda/ (2L)) aux fréquences où L > lambda/2. Un slot de 10 cm (f_cutoff = 1,5 GHz) ne fournit qu'un blindage de 0 dB à 1,5 GHz et une SE négative (amplification par résonance) au-dessus. La norme CISPR 32 Classe B nécessite une limite de 40 dBuV/m. Les ouvertures du boîtier doivent être dimensionnées de manière à fournir une marge de plus de 20 dB.

Exemple Résolu

Problème : boîtier en aluminium de conception (sigma = 3,77e7 S/m, mu_r = 1) avec une épaisseur de paroi de 2 mm pour un blindage de 40 dB à 1 GHz. Longueur maximale de la fente d'aération ?

Solution par mois :

  1. Profondeur de la peau à 1 GHz : delta = sqrt (2/ (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7 x 3,77e7)) = 2,6 um
  2. Perte d'absorption : A = 8,686 x 0,002/2,6e-6 = 6680 dB (la paroi n'est pas un facteur limitant)
  3. Perte de réflexion : Zs = sqrt (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7/3,77e7) = 0,032 ohm ; R = 20 x log10 (377/ (4 x 0,032)) = 66 dB
  4. Boîtier SE sans ouvertures : >100 dB
  5. Pour 40 dB à 1 GHz avec ouvertures : SE_Aperture = 20 x log10 (lambda/ (2L)) ; lambda = 0,3 m à 1 GHz
  6. 40 = 20 x log10 (0,3/ (2 L)) ; 100 = 0,3/ (2 L) ; L = 1,5 mm de longueur maximale de la fente
  7. Pour 20 fentes de ventilation : utilisez un guide d'ondes en nid d'abeille et un filtre au-delà de la coupure (les cellules de 5 mm fournissent > 60 dB à 1 GHz)

Résultat : l'aluminium de 2 mm fournit un matériau SE supérieur à 100 dB, mais les fentes doivent être inférieures à 1,5 mm pour 40 dB. Utilisez un filtre en nid d'abeille pour la ventilation.

Conseils Pratiques

  • ✓Taille des ouvertures jusqu'à 20 lambda/20 maximum — par Ott, cela fournit une marge de 26 dB par rapport à la résonance lambda/2. À 1 GHz (lambda = 30 cm), ouverture maximale = 15 mm ; à 3 GHz, ouverture maximale = 5 mm.
  • ✓Utilisez des joints conducteurs sur tous les joints : les joints EMI (empreinte en BeCu, mousse conductrice) maintiennent une résistance de contact inférieure à 10 mohm requise pour un SE de 40 dB et plus conformément à la norme MIL-HDBK-419A.
  • ✓Placez les filtres EMI aux points d'entrée des câbles : les condensateurs traversants fournissent 40 à 60 dB ; les filtres PI fournissent 60 à 80 dB. Le filtre doit être collé au boîtier pour une référence au sol appropriée.

Erreurs Fréquentes

  • ✗En supposant que le matériau SE soit égal au boîtier SE, le matériau fournit 60 à 100 dB et plus, mais les ouvertures (joints, ventilation, écrans) limitent généralement les boîtiers réels à 20-60 dB. Selon Ott, un seul joint non traité peut réduire le SE à <10 dB.
  • ✗Utilisation de la conductivité en courant continu pour les calculs à haute fréquence : l'effet de peau limite le courant à la surface ; la finition de la surface (oxydation, peinture) peut entraîner une perte de 10 à 20 dB. Utilisez la résistance de surface mesurée ou spécifiez une finition conductrice.
  • ✗Ignorer les pénétrations de câbles : les câbles non filtrés agissent comme des antennes à fente à l'intérieur des boîtiers blindés. Conformément à la norme MIL-STD-461G, tous les câbles doivent être filtrés au point d'entrée ou utiliser des connecteurs blindés/filtrés.

Foire Aux Questions

Le cuivre (sigma = 5,8e7 S/m) et l'aluminium (sigma = 3,77e7 S/m) sont les plus courants, fournissant un matériau SE supérieur à 80 dB au-dessus de 100 kHz. Pour un blindage magnétique inférieur à 100 kHz, utilisez du mu-metal (mu_r = 20 000-100 000) qui atteint 40 à 60 dB en redirigeant le flux magnétique. Selon Ott, le cuivre de 0,5 mm fournit un SE équivalent à 1 mm d'aluminium en raison d'une conductivité plus élevée.
Perte d'absorption A = 8,686 x t/delta. Lorsque t >> delta (typique pour les métaux supérieurs à 1 MHz), le SE augmente de 8,7 dB par profondeur d'épaisseur de peau. À 1 MHz, la profondeur de la peau de cuivre est de 66 µm ; le cuivre de 1 mm fournit une absorption de 130 dB. À 1 GHz, delta = 2,1 um ; même le cuivre de 0,1 mm fournit une absorption supérieure à 400 dB, les ouvertures étant toujours dominantes.
Oui, c'est significatif : conformément à la norme MIL-HDBK-419A, la peinture non conductrice entraîne une perte de 20 à 40 dB aux interfaces des joints en augmentant la résistance de contact. Solutions : (1) masquer les surfaces en contact avec la peinture ; (2) utiliser une peinture conductrice (chargée de nickel ou de cuivre) ; (3) spécifier la conversion du chromate ou l'anodisation conductrice pour l'aluminium. L'oxydation de surface à elle seule peut entraîner une perte de 10 dB.
La fréquence de 1 à 10 GHz est particulièrement difficile car : (1) les ouvertures de taille pratique (> 5 mm) sont proches de la résonance ; (2) les transitions câble/connecteur présentent des fuites importantes ; (3) l'impédance de contact du joint crée des fentes. Selon la norme CISPR 32, les limites rayonnées s'étendent jusqu'à 6 GHz. Au-delà de 10 GHz, une longueur d'onde plus petite facilite le contrôle de l'ouverture. En dessous de 100 kHz, la perte par réflexion diminue ; un blindage magnétique est requis.
Conformément à la norme MIL-STD-461G : (1) Les joints se chevauchent sur un quart de la longueur d'onde à la fréquence la plus élevée (7,5 mm à 10 GHz) ; (2) Utilisez des joints conducteurs continus : bout en BeCu pour les panneaux amovibles, mousse conductrice pour les joints permanents ; (3) Espacez les fixations à intervalles lambda/20 ; (4) Assurez-vous d'une résistance de contact inférieure à 2,5 mohm sur toute la longueur du joint. Les joints EMI ajoutent 2 à 10 $/mètre mais offrent une amélioration de 20 à 40 dB par rapport au contact avec du métal nu.

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