ASTM D4935 平面材料电磁屏蔽效能的测量

ASTM D4935 平面材料电磁屏蔽效能的测量

美国材料与试验协会 (ASTM) 制定的 ASTM D4935 标准试验方法《平面材料电磁屏蔽效能测量》描述了一种测量平面材料对平面远场电磁波的电磁屏蔽效能的试验方法。根据测量数据,可以计算出电薄样品在磁场 (H) 源作用下的近场屏蔽效能 (SE) 值。电场屏蔽效能值也可以根据相同的远场数据计算得出,但其有效性和适用性尚未确定。

ASTM D4935 平面材料电磁屏蔽效能的测量

该测量方法适用于 30 MHz 至 1,5 GHz 的频率范围。这些频率范围并非精确值,而是基于以下因素:在较低频率下,由于电容耦合减弱导致位移电流降低;在较高频率下,由于过调制(激发除横电磁模式以外的其他模式)导致位移电流降低。此范围适用于本测试方法中所述的样品支架尺寸。在该范围内,可以选择任意数量的离散频率。对于电导率、介电常数和磁导率等电学特性与频率无关的电薄各向同性材料,由于远场塞贝克系数 (SE) 值与频率无关,因此可能只需在几个频率下进行测量。如果材料并非电薄,或者任何参数随频率变化,则需要在相关频带内的几个频率下进行测量。

此测试方法不适用于电缆或连接器。

ASTM D4935 标准是一种用于测定平面材料电磁屏蔽效能 (SE) 的测试方法。它尤其适用于评估旨在降低电磁能量透过材料传输的材料,例如导电聚合物、金属箔、涂层织物、复合材料和其他屏蔽材料。

本文所述方法用于测定平面材料在垂直入射、远场平面波条件下对电磁波的衰减效率。该测量结果本质上反映了反射和吸收共同作用产生的屏蔽效应。

电子系统会产生和接收电磁能。如果电磁辐射得不到有效控制,可能会导致以下后果:

  • 电子设备之间的干扰
  • 敏感电子电路中的干扰信号。
  • 沟通问题
  • 传感器和控制系统中的错误。
  • 电磁兼容性(EMC)问题。
  • 电子设备可靠性下降。

具有良好电磁屏蔽性能的材料可以减少穿过它的电磁能量。这在汽车电子、电信、消费电子、航空航天设备、电气外壳、医疗设备和电子封装等应用中尤为重要。

屏蔽效能(通常缩写为SE)是指屏蔽材料对电磁波能量的抑制作用。它通常以分贝(dB)表示。一般来说,

  • 低SE值:电磁衰减相对较低。
  • 高SE值:对电磁能量的衰减更大。

例如,屏蔽效能 (SE) 为 40 dB 的材料比 SE 为 10 dB 的材料具有显著更高的衰减性能。测得的屏蔽性能受多种因素影响,例如材料的电导率、磁导率、介电常数、厚度、结构以及频率响应特性。

ASTM D4935 标准采用同轴传输路径装置来评估平面样品。样品放置在构成传输路径一部分的特制支架中。施加电磁信号,并测量穿过样品的能量。参考传输与穿过材料的传输之间的差异用于确定屏蔽效能。该方法测量由反射和吸收产生的净屏蔽效能。该标准还描述了使用校准的双向耦合器测量反射功率和吸收功率的方法。

ASTM D4935 标准的关键特征之一是其规定的频率范围。该方法大致适用于 30 MHz 至 1,5 GHz 的频率范围。具体限制取决于测试装置的特性和电磁传输条件。对于电性能随频率变化的材料,可能需要在多个频率下进行测量才能充分表征其屏蔽性能。

ASTM D4935 标准适用于平面材料。例如:

  • 导电聚合物薄片
  • 金属箔
  • 导电涂层
  • 导电织物
  • 碳填充聚合物
  • 金属填充塑料
  • 复合材料
  • 电磁屏蔽膜
  • 层压保护材料
  • 导电板

此方法不适用于电缆或连接器。

影响所测防护效果的因素有很多:

  • 频率:防护效果会随频率显著变化。一种材料在某一频率下可能表现良好,但在另一频率下防护效果则较差。
  • 材料厚度:厚度会影响材料的吸收和整体电磁衰减。
  • 导电性:导电材料通常能强烈反射电磁能量。因此,金属和导电复合材料常用于屏蔽应用。
  • 材料结构:孔隙率、纤维、填料、涂层、界面和多层结构都会影响电磁行为。
  • 测试设备和连接:测量精度不仅取决于材料,还取决于传输线系统、设备、装置和连接。

测量不确定度可能受材料特性、传输线不稳定性、测量系统的动态范围以及辅助设备的精度等因素影响。偏离既定程序会增加不确定度。

通常,这个过程遵循以下步骤:

  • 将平面样品制备成所需尺寸。
  • 当可行的测试方案需要时,才对样品进行处理。
  • 测量系统已准备就绪并完成校准。
  • 将样品放置在同轴测试装置中。
  • 施加特定频率的电磁信号。
  • 对发射信号进行测量。
  • 将测得的传输率与参考测量值进行比较。
  • 防护效果以分贝计算。
  • 记录频率相关的保护性能。
  • 对测量不确定度进行评估,并报告结果。

样品制备、夹具配置、校准、测量顺序和报告要求必须符合本标准。

电磁屏蔽,就反射和吸收而言,通常涉及多种机制。当电磁能量遇到具有合适电性能(尤其是高导电性)的材料时,就会发生反射。当电磁能量在材料内部耗散时,就会发生吸收。因此,在实际屏蔽应用中,整体屏蔽性能会受到这两种机制的影响。ASTM D4935 标准并非仅仅将屏蔽性能视为材料导电性的指标,而是规定了反射和吸收共同作用下的净屏蔽效能。

ASTM D4935 标准可能适用于电磁屏蔽性能至关重要的汽车材料。潜在应用包括:

  • 导电塑料部件
  • 电子控制单元外壳
  • 电池和电气系统组件
  • 传感器外壳
  • 保护膜和箔
  • 导电内部组件
  • 电磁屏蔽复合材料
  • 精密电子设备周围使用的材料。

随着车辆越来越多地集成雷达、无线通信、传感器、摄像头、高压系统和电子控制单元等设备,电磁兼容性变得日益重要。因此,ASTM D4935 标准可作为材料选择和开发过程中一种有效的材料级表征方法。

多年来,凭借我们经验丰富的专业团队,我们始终关注客户需求,提供先进的测试服务,并协助客户建立、实施和改进管理体系。在此框架下,我们也提供符合 ASTM D4935 标准的测试服务。

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