Schermatura militare

Jul 04, 2023

La schermatura per il controllo delle EMI è un elemento fondamentale dell'elettronica moderna e svolge un ruolo importante nelle applicazioni militari. Le pratiche di progettazione interna possono fare molto per controllare le EMI nell'elettronica commerciale e industriale, ma esiste un limite a quanto si può fare. Le esigenze EMI nell’elettronica militare sono tali che le buone pratiche di progettazione interna sono inadeguate: di solito è necessaria la schermatura.

La teoria della schermatura è ben trattata in numerosi buoni libri e documenti militari. Ma la nostra esperienza è che la maggior parte dei problemi di schermatura EMI non vengono risolti dall'analisi, ma piuttosto da una meticolosa attenzione ai fondamenti. Tratteremo questi fondamenti e lasceremo l'analisi dettagliata ai riferimenti.

Le esigenze di schermatura variano in base al progetto e all'ambiente, ma i requisiti tipici di efficacia di schermatura (SE) sono in genere di circa 80 dB per i progetti militari. Considerando che 80 dB sono un fattore di 10.000, vediamo che ci vorrà un'ottima schermatura per soddisfare le esigenze. La buona notizia è che seguendo attentamente le nozioni di base, ci arriverai con il minimo sforzo.

La selezione dei materiali di schermatura è certamente un fattore determinante nella progettazione ma, in effetti, è necessario fare un ottimo lavoro con le aperture e le penetrazioni dei cavi prima ancora che entri in gioco l'SE del materiale. Raramente si verificano casi in cui la SE del materiale è inadeguata per la schermatura ad alta frequenza. Affronteremo i materiali, quindi procederemo al vero punto cruciale della schermatura: aperture e penetrazioni.

MATERIALI DI SCHERMATURA

Cominciamo dal materiale. L'SE del materiale è una funzione sia della conduttività che della permeabilità, ma per la schermatura ad alta frequenza prevale la conduttività. Ovviamente, l'alta conduttività fornisce un buon scudo, ma come funziona?

Cercheremo di mantenerlo semplice.

Per la schermatura ad alta frequenza, la conduttività del materiale è il fattore dominante. Alcuni materiali schermanti comunemente usati sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1: Conduttività dei materiali schermanti

Lo spessore del materiale schermante gioca un ruolo molto piccolo – ciò è dovuto all’“effetto pelle” – all’aumentare della frequenza, la corrente si affolla in superficie.

La profondità della pelle è data da:

δ = 1 ∕ √ π * f * μo * σ

Questa è la profondità alla quale la densità di corrente scende a 1/e = 1/2,7182. La maggior parte della corrente è concentrata entro la profondità della pelle della superficie, rendendo lo spessore aggiuntivo di scarsa importanza. La tabella 2 mostra la profondità della pelle di alcuni materiali comuni. Come si può vedere, la profondità della pelle inizia a diventare un fattore anche alle frequenze delle linee elettriche. Una volta che la frequenza raggiunge un MHz, la profondità della pelle è così sottile che è improbabile che lo spessore aggiuntivo del materiale possa essere un fattore.

Tabella 2: Profondità della pelle di alcuni materiali (pollici)

Come ci si aspetterebbe, il rame costituisce un'eccellente schermatura, ma l'alluminio non è da meno. In effetti, l’efficacia di schermatura di questi materiali è così buona che possiamo permetterci di scegliere materiali a conduttività inferiore. L'acciaio, ad esempio, ha circa 1/6 della conduttività del rame, fornendo comunque un'eccellente schermatura. Anche l'acciaio inossidabile, per quanto mediocre sia un conduttore, è ancora adeguato per la maggior parte dei casi.con

La conclusione è che puoi praticamente scegliere il tuo materiale indipendentemente dalle EMI. Scegli per ragioni diverse dalle EMI: peso, durata, compatibilità dei materiali, corrosione, ecc.

Laddove è necessaria la protezione dalla corrosione, il rivestimento sulle superfici di accoppiamento in corrispondenza della giunzione deve essere conduttivo: la placcatura in metallo funziona perfettamente. Anche i rivestimenti di conversione sono generalmente accettabili purché vi sia un'adeguata area superficiale di accoppiamento per superare la resistività superficiale relativamente elevata.

Tabella 3: Finiture conduttive

Si noti che anche i rivestimenti conduttivi sulla plastica possono costituire materiali schermanti adeguati: la chiave è ottenere una chiusura conduttiva sulle cuciture. Stiamo vedendo sempre più spesso l’utilizzo della plastica in ambiente militare, in particolare con attrezzature trasportate a mano, dove il peso è un fattore significativo. Anche in questo caso, l’efficacia schermante del rivestimento sottile è adeguata per la maggior parte delle esigenze di schermatura militare. La chiave è progettare per ottenere un'area di contatto adeguata sulle superfici di accoppiamento.