Når ingeniører snakker om et EMI-skjermingsrom, starter forklaringen ofte med en enkel idé: omgi testområdet med et ledende materiale og elektromagnetisk interferens vil bli blokkert.
Prinsippet er riktig, men det er ikke hele historien.
I et faktisk skjermingsprosjekt er den vanskelige delen ikke å sette metall rundt et rom. Den vanskelige delen er å holde skjermingsgrensen elektrisk kontinuerlig mens den fortsatt lar mennesker, strøm, kabler, ventilasjon og utstyr passere gjennom den.
Dette er grunnen til at to rom laget av tilsynelatende like materialer kan fungere forskjellig.
For å forstå hvordan et EMI-skjermingsrom blokkerer elektromagnetisk interferens, hjelper det å se på hva som skjer når en elektromagnetisk bølge når skjermingskabinettet og deretter se på stedene der det kabinettet blir avbrutt.
Hva skjer når elektromagnetisk interferens når skjermingsmaterialet?
Et ledende skjermingskap samhandler med elektromagnetisk energi på flere måter.
Når en elektromagnetisk bølge når den ledende overflaten, reflekteres en del av energien fra overflaten. En annen del kommer inn i materialet og blir dempet når den beveger seg gjennom det. Avhengig av materialet, frekvensen og det elektromagnetiske feltet som er involvert, bidrar også absorpsjon til den totale dempningen.
Det kombinerte resultatet er en reduksjon i den elektromagnetiske energien som passerer gjennom skjermingsstrukturen.
Dette er det grunnleggende fysiske prinsippet bak elektromagnetisk skjerming.
Imidlertid er skjermingsmaterialet bare en del av systemet. I et ekte EMI-skjermingsrom trenger ikke elektromagnetisk energi nødvendigvis å passere direkte gjennom midten av en vegg for å forårsake et problem.
Den kan finne en annen vei.
En dårlig tilkoblet skjøt, en dør som ikke holder riktig kontakt, en ufiltrert kabelgjennomføring eller en feil utformet ventilasjonsåpning kan bli en mye lettere vei for forstyrrelser.
Det er grunnen til at ingeniører vanligvis ser på hele skjermingskabinettet, i stedet for å bedømme ytelsen fra veggmaterialet alene.
Refleksjon og absorpsjon bidrar begge til skjerming
De to mekanismene som oftest diskuteres i elektromagnetisk skjerming er refleksjon og absorpsjon.
Refleksjon oppstår fordi det elektromagnetiske feltet møter en ledende overflate og en del av energien reflekteres bort fra kabinettet.
Absorpsjon oppstår når elektromagnetisk energi kommer inn i skjermingsmaterialet og mister energi når den beveger seg gjennom materialet.
Flere refleksjoner i materialet eller ved grensesnitt kan også bidra til demping.
Den relative betydningen av disse mekanismene avhenger av faktorer som frekvens, materialledningsevne, materialtykkelse, magnetiske egenskaper og egenskapene til det elektromagnetiske feltet.
Dette er en grunn til at det ikke finnes noe universelt "best skjermingsmateriale" for enhver bruk.
Et skjermingsrom designet for ett frekvensområde kan kreve en annen teknisk tilnærming enn et anlegg designet for et annet. Den nødvendige skjermingseffektiviteten bør derfor fastsettes fra de faktiske testkravene.
Hvorfor en kontinuerlig skjermingsgrense er viktig
Se for deg et metallkabinett med en liten åpning.
Hovedveggen kan gi betydelig dempning, men åpningen avbryter skjermingsgrensen. Hvis åpningen er stor nok i forhold til bølgelengden som vurderes, kan elektromagnetisk energi passere gjennom den mye lettere.
Dette er grunnen til at kontinuitet er et av de viktigste prinsippene i EMI skjermingsromkonstruksjon.
Paneler trenger pålitelige elektriske tilkoblinger. Skjøter må opprettholde ledningsevne. Gulv- og takgrensesnitt må være riktig integrert med veggene.
Målet er å skape en kontinuerlig ledende innkapsling rundt testmiljøet.
I praktisk installasjonsarbeid betyr dette at tilsynelatende mindre detaljer kan ha betydelig innvirkning på det endelige resultatet. Et lite gap mellom komponentene kan ha større betydning enn å legge til ekstra materiale på en ellers godt{1}}designet vegg.
Beskyttelsesskjøter er viktigere enn de ser ut til
Store skjermingsrom er normalt sett sammen fra flere seksjoner eller paneler.
Der disse seksjonene møtes, skal forbindelsen bevare den elektriske kontinuiteten til skjermingskonstruksjonen.
Dette høres enkelt ut, men installasjonsforholdene kan gjøre det mer komplisert. Overflateforurensning, mekanisk deformasjon, dårlig kontakttrykk, uegnede tilkoblingsmetoder eller installasjonstoleranser kan påvirke skjøten.
For sveisede skjermingsrom blir sveisekvalitet og kontinuitet i den sveisede strukturen viktige hensyn.
For modulære skjermingsrom blir koblingen mellom individuelle skjermingspaneler spesielt viktig.
Konstruksjonsmetoden kan være forskjellig, men ingeniørmålet er det samme: opprettholde en kontinuerlig skjermingsgrense.
Hvordan stopper skjermingsdøren EMI?
Skjermingsdøren er en av de mest åpenbare avbruddene i et skjermingsrom.
I motsetning til en fast vegg, må døren bevege seg.
Når det er åpent er det tydeligvis en stor åpning. Når den er lukket, må imidlertid døren bli en del av skjermingsgrensen.
Dette krever pålitelig elektrisk kontakt mellom døren og den omkringliggende karmen.
Kontaktarrangementet skal også tåle gjentatt drift. En dør som yter godt når den er ny, men som gradvis mister kontaktytelsen etter gjentatt åpning og lukking, er ikke en god- skjermingsløsning.
Store anlegg kan bruke skyvedører, mens noen applikasjoner krever lufttette skjermingsskyvedører fordi elektromagnetisk skjerming og miljøforsegling må vurderes sammen.
Jo større døren er, desto mer oppmerksomhet må det rettes mot struktur, innretting, kontaktflater, betjeningsmekanisme og installasjonsnøyaktighet.
Hvorfor kabelåpninger kan bli et skjermingsproblem
Et skjermingsrom kan normalt ikke fungere uten elektriske og signalforbindelser.
Strøm må nå utstyret. Målesignaler må kanskje kobles til instrumenter utenfor rommet. Kommunikasjons- og kontrollsystemer kan også kreve eksterne tilkoblinger.
Disse kablene skaper potensielle penetrasjonsveier gjennom skjermingsgrensen.
Bare å føre en kabel gjennom et hull i metallveggen kan alvorlig kompromittere kabinettet fordi åpningen gir en vei for elektromagnetisk energi.
Dette er grunnen til at skjermingsrom bruker dedikerte filtrerte strømgrensesnitt, signalgrensesnitt eller andre kontrollerte -kabelinnføringsarrangementer.
Riktig løsning avhenger av kabeltype og testsystem.
For eksempel har en kraftledning og et følsomt målesignal ikke nødvendigvis de samme kravene. Kabel-innføringssystemet må derfor utformes som en del av skjermingsrommet i stedet for å legges til etter konstruksjon.
Hvordan fungerer ventilasjon uten å lage en stor åpning?
Ventilasjon skaper et lignende problem.
Et testrom trenger luftsirkulasjon, men en konvensjonell åpning vil tillate elektromagnetisk energi å passere gjennom.
Skjermende ventilasjonssystemer løser dette problemet ved å bruke strukturer basert på bølgelederprinsipper. Luft kan bevege seg gjennom ventilasjonsbanen, mens strukturens geometri begrenser utbredelsen av elektromagnetisk energi over det tiltenkte frekvensområdet.
Ventilasjonsdesignet innebærer derfor to separate krav:
Rommet trenger tilstrekkelig luftstrøm, men skjermingsgrensen må fortsatt være effektiv.
Denne balansen er spesielt viktig i rom som inneholder-varmegenererende testutstyr eller fasiliteter som brukes for langtidstesting.
Jording er viktig, men det er ikke det samme som skjerming
Jording nevnes ofte sammen med EMI-skjerming, men de to funksjonene bør ikke forveksles.
Den ledende kapslingen gir elektromagnetisk skjerming. Jording gir en elektrisk referanse og en kontrollert bane for elektriske strømmer under passende systemforhold.
Et jordingsproblem kan ikke alltid løses ved å legge til mer skjermingsmateriale, og et godt-jordet rom er ikke automatisk et godt-rom.
Jordingsarrangementet bør derfor vurderes sammen med skjermingsstrukturen, effektfiltreringen og den elektriske utformingen av anlegget.
For sensitiv EMC-testing må disse systemene fungere sammen i stedet for å bli designet uavhengig.
Frekvens endrer skjermingsproblemet
Et av de viktigste tekniske punktene er at skjermingsytelsen er frekvens-avhengig.
En struktur som gir god demping i ett frekvensområde kan oppføre seg annerledes i et annet.
Dette er grunnen til at et EMI-skjermingsrom ikke bare bør spesifiseres som "høy skjerming" uten å definere det relevante frekvensområdet og nødvendig skjermingseffektivitet.
Utformingen av skjøter, dører, kabelgrensesnitt og ventilasjonskonstruksjoner må også ta hensyn til frekvens.
For et EMC-laboratorium bør tiltenkte testmetoder og driftsfrekvensområde derfor etableres før skjermingsrommet prosjekteres.
Hvorfor hele rommet betyr mer enn veggen
I praksis kan den svakeste delen av et skjermingsskap bestemme ytelsen til hele systemet.
Tenk på et rom med svært ledende veggpaneler, men en dårlig utformet dør. Eller et rom med utmerket veggkonstruksjon, men ukontrollerte kabelgjennomføringer.
Veggmaterialet kan fungere nøyaktig som forventet, mens det ferdigstilte rommet ikke oppnår den nødvendige skjermingseffektiviteten.
Dette er grunnen til at erfarne skjermingsingeniører legger merke til grensesnittene.
Dør, skjøter, filtre, kabelinnføringer, ventilasjonsanlegg og andre gjennomføringer er ikke sekundære detaljer. De er en del av den elektromagnetiske grensen.
Det samme prinsippet gjelder ved valg mellom et modulært skjermingsrom og et sveiset skjermingsrom. Konstruksjonsmetoden er viktig, men den endelige ytelsen avhenger av hvordan hele skapet er konstruert og installert.
Hvordan verifiseres den endelige skjermingsytelsen?
Det teoretiske designet må bekreftes ved måling.
Etter installasjonen kan testing av skjermingseffektivitet brukes til å evaluere dempningen gitt av det ferdige kabinettet over det spesifiserte frekvensområdet.
Hvis den målte ytelsen ikke oppfyller prosjektkravet, må ingeniører finne lekkasjebanen i stedet for automatisk å endre veggmaterialet.
Typiske områder å undersøke inkluderer dører, skjøter, kabelgjennomføringer, filtre, ventilasjonskonstruksjoner og andre grensesnitt.
Dette er en grunn til at installasjonskvalitet er så viktig i skjermingsprosjekter. Den siste testen vurderer det ferdige rommet, ikke et individuelt stykke skjermingsmateriale.
Det praktiske prinsippet bak EMI-skjerming
Den enkleste måten å forstå et EMI-skjermingsrom er denne:
Rommet fungerer ved å redusere elektromagnetisk energi gjennom et ledende kabinett, men dets faktiske skjermingsytelse avhenger av om det kabinettet forblir kontinuerlig.
Fysikken til refleksjon og absorpsjon danner grunnlaget. De tekniske detaljene avgjør om dette prinsippet fungerer effektivt i et ferdig anlegg.
For EMC-testing betyr dette at valg av skjermingsmateriale bare er begynnelsen. Rommet må utformes rundt nødvendig frekvensområde, skjermingseffektivitet, utstyrslayout, dørkonfigurasjon, kabelkrav, ventilasjon og elektrisk integrasjon.
Det er også derfor skjermingsprosjekter bør vurderes som komplette systemer.
Et godt-utformet EMI-skjermingsrom legger ikke bare en metallbarriere mellom testutstyret og det ytre miljøet. Den kontrollerer hele grensen slik at uønsket elektromagnetisk energi har så få ukontrollerte baner som mulig.
For laboratorier og industrielle testanlegg er denne forskjellen det som gjør elektromagnetisk skjerming fra et materialvalg til en teknisk løsning.
