ASTM D4935 Pomiar skuteczności ekranowania elektromagnetycznego materiałów płaskich

Norma ASTM D4935 dotycząca metody pomiaru skuteczności ekranowania elektromagnetycznego materiałów płaskich, opracowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM), opisuje metodę pomiaru skuteczności ekranowania elektromagnetycznego materiału płaskiego dla płaskich fal elektromagnetycznych w polu dalekim. Na podstawie zmierzonych danych można obliczyć wartości skuteczności ekranowania w polu bliskim (SE) dla źródeł magnetycznych (H) dla próbek o małej grubości. Wartości SE pola elektrycznego można również obliczyć na podstawie tych samych danych w polu dalekim, ale ich ważność i przydatność nie zostały jeszcze określone.

Metoda pomiaru jest ważna w zakresie częstotliwości od 30 MHz do 1,5 GHz. Limity te nie są ścisłe, ale opierają się na zmniejszonym prądzie przesunięcia z powodu zmniejszającego się sprzężenia pojemnościowego przy niższych częstotliwościach i przemodulowania (wzbudzenia modów innych niż poprzeczny mod elektromagnetyczny) przy wyższych częstotliwościach dla rozmiaru uchwytu próbki opisanego w tej metodzie badawczej. W tym zakresie można wybrać dowolną liczbę dyskretnych częstotliwości. W przypadku elektrycznie cienkich, izotropowych materiałów o niezależnych od częstotliwości właściwościach elektrycznych, takich jak przewodność, stała dielektryczna i przenikalność magnetyczna, pomiary prawdopodobnie będą musiały być wykonywane tylko przy kilku częstotliwościach, ponieważ wartości SE w polu dalekim będą niezależne od częstotliwości. Jeśli materiał nie jest elektrycznie cienki lub jeśli którykolwiek z parametrów zmienia się wraz z częstotliwością, pomiary są wykonywane przy kilku częstotliwościach w odpowiednim paśmie.

Ta metoda testowa nie ma zastosowania do kabli i złączy.

Norma ASTM D4935 to metoda badawcza stosowana do określania skuteczności ekranowania elektromagnetycznego (SE) materiałów płaskich. Jest ona szczególnie przydatna do oceny materiałów zaprojektowanych w celu ograniczenia transmisji energii elektromagnetycznej przez materiał, takich jak polimery przewodzące, folie metalowe, tkaniny powlekane, kompozyty i inne materiały ekranujące.

Opisana metoda określa skuteczność tłumienia fali elektromagnetycznej przez płaski materiał pod normalnym kątem padania, w polu dalekim, w warunkach fali płaskiej. Pomiar ten zasadniczo odzwierciedla łączny efekt ekranowania wynikający z odbicia i absorpcji.

Systemy elektroniczne generują i odbierają energię elektromagnetyczną. Jeśli promieniowanie elektromagnetyczne nie jest odpowiednio kontrolowane, może powodować następujące skutki:

• Zakłócenia między urządzeniami elektronicznymi
• Niechciane sygnały w delikatnych obwodach elektronicznych.
• Problemy z komunikacją
• Błędy czujników i układów sterowania.
• Zagadnienia dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).
• Obniżona niezawodność sprzętu elektronicznego.

Materiał o dobrym ekranowaniu elektromagnetycznym może zmniejszyć ilość energii elektromagnetycznej, która przez niego przechodzi. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach takich jak elektronika samochodowa, telekomunikacja, elektronika użytkowa, sprzęt lotniczy i kosmiczny, obudowy elektryczne, sprzęt medyczny i opakowania elektroniczne.

Skuteczność ekranowania, często określana skrótem SE, odnosi się do redukcji energii elektromagnetycznej generowanej przez materiał ekranujący. Jest ona zazwyczaj wyrażana w decybelach (dB). Ogólnie rzecz biorąc,

• Niska wartość SE: stosunkowo niskie tłumienie elektromagnetyczne.
• Wysoka wartość SE: większe tłumienie energii elektromagnetycznej.

Na przykład materiał o wartości SE 40 dB zapewnia znacznie większe tłumienie niż materiał o wartości SE 10 dB. Na zmierzoną skuteczność ekranowania wpływają takie właściwości, jak przewodność elektryczna, przepuszczalność, stała dielektryczna, grubość, struktura i zachowanie zależne od częstotliwości.

Norma ASTM D4935 wykorzystuje współosiowy układ toru transmisyjnego do oceny płaskiej próbki. Próbka jest umieszczana w specjalnie zaprojektowanym uchwycie, który stanowi część toru transmisyjnego. Do próbki przykładany jest sygnał elektromagnetyczny, a następnie mierzona jest ilość energii przenoszonej przez próbkę. Różnica między transmisją odniesienia a transmisją przez materiał służy do określenia skuteczności ekranowania. Metoda ta mierzy całkowitą skuteczność ekranowania wynikającą z odbicia i absorpcji. Norma opisuje również pomiar mocy odbitej i pochłoniętej za pomocą skalibrowanego sprzęgacza dwukierunkowego.

Jedną z kluczowych cech normy ASTM D4935 jest określony zakres częstotliwości. Metoda jest w przybliżeniu stosowana w tym zakresie: od 30 MHz do 1,5 GHz. Limity zależą od charakterystyki stanowiska testowego i warunków transmisji elektromagnetycznej. W przypadku materiałów, których właściwości elektryczne zmieniają się wraz z częstotliwością, pomiary przy wielu częstotliwościach mogą być konieczne do odpowiedniego scharakteryzowania ich właściwości ekranujących.

Norma ASTM D4935 została opracowana dla materiałów płaskich. Przykłady mogą obejmować:

• Arkusze polimerów przewodzących
• Folie metalowe
• Powłoki przewodzące
• Tkaniny przewodzące
• Polimery wypełnione węglem
• Tworzywa sztuczne wypełnione metalem
• Materiały kompozytowe
• Folie ekranujące elektromagnetycznie
• Laminowane materiały ochronne
• Płyty przewodzące prąd elektryczny

Metoda ta nie jest przeznaczona do kabli i złączy.

Na mierzoną skuteczność ochrony może wpływać kilka czynników:

• Częstotliwość: Skuteczność ochrony może się znacznie różnić w zależności od częstotliwości. Materiał może dobrze działać przy jednej częstotliwości, ale zapewniać słabszą ochronę przy innej.
• Grubość materiału: Grubość może mieć wpływ na absorpcję i ogólne tłumienie elektromagnetyczne materiału.
• Przewodność elektryczna: Materiały przewodzące zazwyczaj umożliwiają silne odbicie energii elektromagnetycznej. Dlatego metale i kompozyty przewodzące prąd elektryczny są często stosowane do ekranowania.
• Struktura materiału: porowatość, włókna, wypełniacze, powłoki, interfejsy i struktura wielowarstwowa mogą mieć wpływ na zachowanie się materiału elektromagnetycznego.
• Aparatura pomiarowa i połączenia: Dokładność pomiaru zależy nie tylko od materiału, ale także od systemu linii przesyłowych, aparatury, wyposażenia i połączeń.

Na niepewność pomiaru mogą wpływać właściwości materiałów, niespójności linii transmisyjnych, zakres dynamiczny systemu pomiarowego oraz dokładność urządzeń pomocniczych. Odstępstwa od określonej procedury mogą zwiększać niepewność.

Ogólnie rzecz biorąc, proces ten przebiega następująco:

• Próbka płaska przygotowywana jest do wymaganych wymiarów.
• Próbkę poddaje się kondycjonowaniu, gdy wymaga tego wykonalny program testowy.
• Układ pomiarowy jest przygotowany i skalibrowany.
• Próbkę umieszcza się w aparacie badawczym współosiowym.
• Sygnały elektromagnetyczne są przykładane na wybranych częstotliwościach.
• Mierzony jest przesyłany sygnał.
• Zmierzoną transmisję porównuje się z pomiarem odniesienia.
• Skuteczność ochrony obliczana jest w decybelach.
• Rejestrowana jest zależna od częstotliwości skuteczność ochrony.
• Oceniana jest niepewność pomiaru, a wyniki są przedstawiane w raporcie.

Przygotowanie próbek, konfiguracja urządzeń, kalibracja, kolejność pomiarów i wymagania dotyczące raportowania muszą być zgodne z tą normą.

Ekranowanie elektromagnetyczne, w kontekście odbicia i absorpcji, zazwyczaj obejmuje kilka mechanizmów. Odbicie występuje, gdy energia elektromagnetyczna napotyka materiał o odpowiednich właściwościach elektrycznych, szczególnie o wysokiej przewodności. Absorpcja występuje, gdy energia elektromagnetyczna rozprasza się w materiale. W praktycznych zastosowaniach ekranowania, na ogólną skuteczność ekranowania mogą zatem wpływać oba mechanizmy. Zamiast traktować ekranowanie wyłącznie jako miarę przewodności materiału, norma ASTM D4935 określa całkowitą skuteczność ekranowania związaną z odbiciem i absorpcją.

Norma ASTM D4935 może mieć zastosowanie do materiałów motoryzacyjnych, w których istotne jest ekranowanie elektromagnetyczne. Potencjalne zastosowania obejmują:

• elementy z przewodzącego plastiku
• Obudowy jednostek sterujących elektronicznych
• Komponenty akumulatora i układu elektrycznego
• Obudowy czujników
• Folie ochronne i folie
• Przewodzące elementy wewnętrzne
• Kompozyty ekranujące elektromagnetycznie
• Materiały stosowane w pobliżu wrażliwego sprzętu elektronicznego.

Ponieważ pojazdy coraz częściej zawierają radary, komunikację bezprzewodową, czujniki, kamery, systemy wysokiego napięcia i elektroniczne jednostki sterujące, kompatybilność elektromagnetyczna zyskuje na znaczeniu. Dlatego norma ASTM D4935 może służyć jako użyteczna metoda charakteryzacji materiałów na poziomie materiałowym podczas doboru i rozwoju materiałów.

Nasza organizacja, z kompetentnym i doświadczonym zespołem, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą ASTM D4935.