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EMC

차폐 효과 계산기

전자파 차폐 효과, 흡수 손실, 반사 손실 및 표피 깊이를 계산합니다. Ott(2009, 6장)와 LearnEMC의 평면파 모델로 인클로저 재료를 평가하십시오.

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공식

SE=A+R+B,A=20log⁡10(e) tδ,R=20log⁡10η04∣ηs∣,B=20log⁡10∣1−Γ2e−2γt∣SE = A + R + B,\quad A = 20\log_{10}(e)\,\frac{t}{\delta},\quad R = 20\log_{10}\frac{\eta_0}{4|\eta_s|},\quad B = 20\log_{10}\left|1 - \Gamma^2 e^{-2\gamma t}\right|

참고: Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering (2009) §6.5; Hubing, LearnEMC, Introduction to Plane-Wave Shielding Theory

SE— 완벽한 차폐 효과 (dB)
A— 흡수 손실 (dB)
R— 반사 손실 (dB)
B— 다중 반사 보정 (dB)
δ— 피부 깊이 (m)
t— 실드 두께 (m)
σ— 전도도 (S/m)
μ_r— 비투자율
η₀— 자유 공간 임피던스, µ₀·c (Ω)
η_s— 차폐체 임피던스, (1 + j)·√(ωµ/2σ) (Ω)
Γ— 각 면의 반사 계수, (η₀ − η_s)/(η₀ + η_s)
γ— 차폐체 내 전파 상수, (1 + j)/δ (1/m)

작동 방식

차폐 효과 계산기는 EMC 규정 준수 (CISPR 32, FCC Part 15), 의료 기기 내성 (IEC 60601-1-2) 및 군사 사양 (MIL-STD-461G) 에 필수적인 전도성 인클로저의 전자기 감쇠를 계산합니다.EMC 엔지니어들은 이를 사용하여 민감한 전자 제품 보호에 필요한 40-80dB 차폐를 달성합니다.

헨리 오트의 'EMC 엔지니어링'과 MIL-HDBK-419A 자료에 따르면, 차폐 효과 SE = A + R + B, 여기서 A는 흡수 손실, R은 반사 손실, B는 재반사 보정입니다 (A > 10dB 일 때는 무시할 수 있음).흡수 손실 A = 8.686 x t/델타, 여기서 t는 두께이고 델타 = sqrt (2/ (오메가 x mu x 시그마)) 는 피부 깊이입니다.1GHz에서 구리 피부 깊이은 2.1um이고, 1mm 구리 시트는 A > 400dB를 제공합니다.

반사 손실 R = 20 x log10 (Z0/4Zs), 여기서 Z0 = 377옴 (자유 공간), Zs = sqrt (오메가 x mu/시그마) 는 실드 임피던스입니다.1GHz의 구리는 Zs = 0.0117옴이므로 R = 20 x log10 (377/ (4 x 0.0117)) = 78.1dB입니다.구리의 총 SE는 100dB를 초과하지만 실제 인클로저에는 개구부가 있습니다.

Ott에 따르면 차폐 실패를 좌우하는 것은 개구부입니다.길이가 L인 단일 슬롯은 L > 람다/2인 주파수에서 SE를 약 20 x log10 (람다/ (2L)) 으로 줄입니다.10cm 슬롯 ( (f_cutoff = 1.5 GHz) 은 1.5GHz 이상에서 0dB 차폐만 제공하며 그 이상에서는 네거티브 SE (공진 증폭) 만 제공합니다.1.5GHz에서 CISPR 32 클래스 B 한도는 50dBuV/m(3m, 평균값)입니다. 인클로저 개구부는 20dB 이상의 마진을 제공하도록 크기를 조정해야 합니다.

계산 예제

문제: 1GHz에서 40dB 차폐를 위해 벽 두께가 2mm인 알루미늄 인클로저 (시그마 = 3.77e7 S/m, mu_r = 1) 를 설계하십시오.통풍구의 최대 길이는?

Ott별 솔루션:

  1. 스킨 깊이1GHz: 델타 = sqrt (2/ (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7 x 3.77e7)) = 2.592um
  2. 흡수 손실: A = 8.686 x 0.002/2.592e-6 = 6701.9 dB (벽은 제한 요소가 아님)
  3. 반사 손실: Zs = sqrt (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7/3.77e7) = 0.0145 옴, R = 20 x log10 (377/ (4 x 0.0145)) = 76.3 데시벨
  4. 개구부가 없는 인클로저 SE: 100데시벨 초과
  5. 개구부가 있을 때 1GHz에서 40dB를 확보하려면: SE_aperture = 20 x log10 (람다/ (2L)), 람다 = 1GHz에서 0.3m
  6. 40 = 20 x log10 (0.3/ (2L)), 100 = 0.3/ (2L), L = 1.5mm의 최대 슬롯 길이
  7. 통풍 슬롯 20개의 경우: 허니컴 도파관-비욘드 컷오프 필터 사용 (5mm 셀은 1GHz에서 60dB 이상 제공)

결과: 2mm 알루미늄은 100dB 이상의 재료 SE를 제공하지만 슬롯은 40dB의 경우 1.5mm 미만이어야 합니다.통풍을 위해 허니컴 필터를 사용하십시오.

실용적인 팁

  • ✓개구부 크기를 최대 람다/20으로 제한 — Ott에 따르면 람다/2 공진 대비 26dB 마진을 제공합니다.1GHz (람다=30cm) 에서 최대 개구부는 15mm이고, 3GHz에서 최대 개구부는 5mm입니다.
  • ✓모든 이음매에 전도성 개스킷을 사용하십시오. EMI 가스켓 (BeCu 핑거스톡, 전도성 폼) 은 MIL-HDBK-419A 기준 40dB SE에 필요한 접촉 저항을 10mohm 미만으로 유지합니다.
  • ✓EMI 필터를 케이블 진입점에 배치하십시오. 피드스루 커패시터는 40-60dB를 제공하고 Pi 필터는 60-80dB를 제공합니다.적절한 접지 참조를 위해 필터를 인클로저에 연결해야 합니다.

흔한 실수

  • ✗재료 SE가 인클로저 SE와 같다고 가정하면 재료는 60-100dB 이상을 제공하지만 개구부 (이음새, 통풍구, 디스플레이) 는 일반적으로 실제 인클로저를 20-60dB로 제한합니다.Ott에 따르면, 처리되지 않은 솔기 하나로도 SE를 10dB 미만으로 줄일 수 있습니다.
  • ✗고주파 계산에 DC 전도도 사용 — 표피 효과는 표면에 전류를 제한합니다. 표면 마감 (산화, 페인트) 은 10-20dB 손실을 초래할 수 있습니다.측정된 표면 저항을 사용하거나 전도성 마감을 지정하십시오.
  • ✗케이블 관통부 무시 — 필터링되지 않은 케이블은 차폐형 인클로저 내부의 슬롯 안테나 역할을 합니다.MIL-STD-461G 규정에 따르면 모든 케이블은 진입 지점에서 필터링하거나 차폐/필터링된 커넥터를 사용해야 합니다.

자주 묻는 질문

구리 (시그마 = 5.8e7 S/m) 및 알루미늄 (시그마 = 3.77e7 S/m) 이 가장 일반적이며 100kHz 이상의 80dB 이상의 재료 SE를 제공합니다.100kHz 미만의 자기 차폐의 경우 자속의 방향을 전환하여 40-60dB를 달성하는 mu-metal (mu_r = 20,000-100,000) 을 사용하십시오.Ott에 따르면 0.5mm 구리는 전도도가 높기 때문에 1mm 알루미늄과 동일한 SE를 제공합니다.
흡수 손실 A = 8.686 x t/델타.t >> 델타 (일반적으로 1MHz 이상의 금속의 경우) 일 때 SE는 피부 두께당 8.7dB 증가합니다.1MHz에서 구리 표면 깊이는 66um이며, 1mm 구리는 130dB의 흡수력을 제공합니다.1GHz에서는 델타 = 2.1um이고, 0.1mm 구리도 400dB 이상의 흡수율을 제공하므로 개구부가 항상 우세합니다.
그렇습니다. MIL-HDBK-419A 기준, 비전도성 페인트는 접촉 저항을 증가시켜 이음매 인터페이스에서 20-40dB의 손실을 증가시킵니다.해결 방법: (1) 페인트로 결합 표면을 마스킹하고, (2) 전도성 페인트 (니켈 또는 구리 충전) 를 사용하고, (3) 알루미늄에 크로메이트 변환 또는 전도성 아노다이징을 지정합니다.표면 산화만으로도 10dB 손실이 발생할 수 있습니다.
1~10GHz는 (1) 실제 크기 (>5mm) 의 개구부가 공진에 근접하고, (2) 케이블/커넥터 전환 시 누출이 심하며, (3) 개스킷 접촉 임피던스가 슬롯을 생성하기 때문에 가장 까다로운 작업입니다.CISPR 32에 따르면 방사 한계는 6GHz까지 확장됩니다.10GHz 이상에서는 파장이 작을수록 개구부 제어가 더 쉬워집니다.100kHz 미만에서는 반사 손실이 감소하므로 자기 차폐가 필요합니다.
MIL-STD-461G 기준: (1) 최고 주파수 (10GHz 기준 7.5mm) 에서 솔기를 1/4 파장만큼 겹치게 합니다. (2) 연속 전도성 개스킷 사용 (탈착식 패널용 BeCu 핑거스톡, 영구 이음매용 전도성 폼), (3) 람다/20 간격의 스페이스 패스너, (4) 전체 솔기 길이에 걸쳐 2.5mohm 미만의 접촉 저항을 보장합니다.EMI 개스킷은 미터당 2~10달러를 추가하지만 베어 메탈 접촉에 비해 20-40dB 향상된 성능을 제공합니다.

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