Was ist eine EMI-Abschirmung?
Bei der EMI-Abschirmung handelt es sich um ein Material, das zur Verringerung oder Vermeidung elektromagnetischer Störungen eingesetzt wird.
Dieses Konzept wird als Lärmschutz oder EMV-Maßnahmen bezeichnet. Die zur EMI-Abschirmung verwendeten Materialien werden auch als Abschirmungsmaterialien bezeichnet. Elektromagnetische Wellen werden durch eine Vielzahl von Geräten in unserem täglichen Leben erzeugt.
Mobiltelefone zum Beispiel sind eines der bekanntesten Geräte, die wir finden können. Mobiltelefone kommunizieren über ihre eingebauten Antennen und Basisstationen, indem sie elektromagnetische Wellen, so genannte Funkwellen, aussenden, die im Frequenzbereich von 800 Gigahertz bis 2 Gigahertz liegen und als Mikrowellen bezeichnet werden.
Da elektromagnetische Wellen in verschiedenen Wellenlängen existieren, werden elektromagnetische Wellen erzeugt, wenn ein Stecker in eine Steckdose gesteckt wird. Das Material, das verwendet wird, um diese elektromagnetischen Wellen zu kontrollieren, damit sie sich nicht gegenseitig stören, ist die EMI-Abschirmung.
Funktionsweise der EMI-Abschirmung
Eine EMI-Abschirmung reduziert im Allgemeinen die Auswirkungen elektromagnetischer Wellen, indem sie diese reflektiert. Es gibt zwei Arten von EMI-Abschirmung für Kunststoffe, z. B. die Oberflächenbehandlung und kombinierte Verfahren.
Zu den Oberflächenbehandlungsverfahren gehören das Aufbringen von leitfähigen Farben (Silber, Nickel oder Kupfer) oder Beschichtungen (Kupfer, Nickel oder Chrom), Vakuumverdampfung, Sputtern, Ionenbeschichtung und Metallspritzen.
Zu den Verbundmethoden gehören Glas- und Kohlenstofffasern, Metallfasern, Metallflocken und -pulver sowie das System der Mischung von leitfähigen Füllstoffen mit Kunststoffen, um elektrische Leitfähigkeit und Abschirmungseigenschaften zu erzielen.
Auswahl einer EMI-Abschirmung
Was Sie bei der Auswahl einer EMI-Abschirmung wissen müssen, sind die Zusammensetzung und die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen.
Elektromagnetische Wellen werden grob in Strahlung, Licht, Radiowellen und elektromagnetische Felder eingeteilt, wobei es weitere Unterteilungen gibt.
Strahlung wird zum Beispiel in Gammastrahlen und Röntgenstrahlen unterteilt. Die Frequenzen und Wellenlängen dieser Strahlungen sind unterschiedlich und müssen bei der Auswahl einer EMI-Abschirmung berücksichtigt werden.
Im folgenden Abschnitt werden die oben aufgeführten, weniger bekannten elektromagnetischen Felder erläutert.
Weitere Informationen zur EMI-Abschirmung
1. Verwendung der EMI-Abschirmung
Es gibt zwei Arten von Abschirmungen: elektromagnetische und magnetische Abschirmungen. Da Radiowellen und Magnetismus unterschiedliche Eigenschaften haben, sind auch die Methoden zu ihrer Reduzierung oder Vermeidung unterschiedlich.
Elektromagnetische Abschirmungen
Elektromagnetische Abschirmungen verhindern das Eindringen oder Austreten von Funkwellen, indem sie den Zielraum mit leitfähigen Materialien umschließen, die die Funkwellen reflektieren.
Das bedeutet, dass eine Abschirmschicht aufgebaut wird, die die Funkwellen an der Wandoberfläche blockiert. Fenster und Türen werden durch den Einbau von abgeschirmtem Glas oder abgeschirmten Türen mit Abschirmungen verhindert. Lüftungsöffnungen können durch den Einbau von speziellen Filtern abgedeckt werden.
Wenn jedoch Lücken zwischen den Materialien vorhanden sind, können Funkwellen eindringen oder austreten. Bei der elektromagnetischen Abschirmung handelt es sich um eine Technologie, bei der die Funkwellen an der Oberfläche der installierten Flächen und Materialien reflektiert werden, so dass die reflektierten Wellen nicht abgeschwächt werden.
Magnetische Abschirmung
Die magnetische Abschirmung ist eine Technologie, bei der magnetische Materialien wie Eisen verwendet werden, um den zu blockierenden Raum abzudichten und so den Magnetismus abzulenken und sein Eindringen zu verhindern. Sie wird in Halbleiterfabriken eingesetzt, die stark von Magnetismus beeinflusst werden, sowie in Krankenhäusern, die mit Geräten arbeiten, die Magnetismus erzeugen.
Bei der elektromagnetischen Abschirmung wurde das Eindringen oder Austreten von Radiowellen verhindert, indem diese reflektiert wurden.
Die magnetische Abschirmung hingegen verhindert Magnetismus, indem sie Magnetismus in magnetischen Materialien induziert.
Ein Material, das diese beiden Eigenschaften vereint, ist eine EMI-Abschirmung.
2. Absorption von elektromagnetischen Wellen
Elektromagnetische Abschirmungen reflektieren nicht nur elektromagnetische Wellen, sondern absorbieren sie auch und verhindern oder unterbinden so elektromagnetische Wellen. Spezifische Methoden sind die folgenden:
Bei der Absorption elektromagnetischer Wellen durch EMI-Abschirmung wird die Energie der elektromagnetischen Wellen gedämpft, indem sie durch das Innere hindurchgelassen wird. Im Allgemeinen bestehen EMI-Abschirmungen aus einem Stoff, der als verlustbehaftetes Medium bezeichnet wird. Dieses Material nimmt elektromagnetische Wellen als Wärme auf und dämpft die Intensität der elektromagnetischen Wellen.
Werden elektromagnetische Wellen hingegen absorbiert, wird ein Material verwendet, das als Absorber für elektromagnetische Wellen bezeichnet wird. Wenn elektromagnetische Wellen in ein verlustbehaftetes Medium eindringen, wird ein Teil von ihnen normalerweise nicht durch das Material hindurchgelassen und reflektiert, so dass elektromagnetische Wellenabsorber oder ähnliche Materialien verwendet werden.
Diese Methode wird für pyramidenförmige elektromagnetische Wellenabsorber verwendet. Diese benötigen einen größeren Tiefenabstand und sind daher viel dicker, können aber elektromagnetische Wellen unabhängig von der Frequenz vollständig absorbieren.
3. Wirksamkeit der elektromagnetischen Abschirmung
Die EMI-Abschirmung wird quantitativ bewertet, wobei im Allgemeinen der Zahlenwert SE (Shielding Effectiveness) verwendet wird.
Die Wirksamkeit der Abschirmung wird dann anhand der Dämpfung der elektromagnetischen Wellen beim Durchgang durch die Abschirmung berechnet, im Allgemeinen mit der folgenden Formel:
Scherkunovs Formel
SE (Abschirmeffektivität) = R (Reflexionsverlust) + A (Dämpfungsverlust) + B (Mehrfachreflexionsterm)
Bei diesem Ansatz wird die elektrische oder magnetische Feldstärke an einem einzelnen Punkt in einem Raum als Referenz festgelegt, wenn kein Abschirmungsmaterial installiert ist und die Abschirmungswirksamkeit wird anhand der Werte der elektrischen und magnetischen Feldstärke im selben Raum nach der Installation des Abschirmungsmaterials definiert.
Die Wahl des Verhältnisses zwischen elektrischem und magnetischem Feld hängt von dem Objekt ab, das die elektromagnetische Strahlung aussendet.
4. Elektromagnetische Felder
Elektromagnetische Felder sind in Stromübertragungs- und -verteilungsleitungen sowie in Haushaltsgeräten vorhanden. Der Begriff elektromagnetisches Feld bezieht sich auf das kombinierte Phänomen von elektrischen und magnetischen Feldern.
Ein elektrisches Feld ist eine Spannung, die angelegt wird. Wenn man sich mit einer Unterlage über den Kopf reibt, stellen sich die Haare auf, wodurch ein elektrisches Feld erzeugt wird.
Ein magnetisches Feld ist ein Raum, in dem Magnetismus wirkt und wenn man Eisensand oder ein anderes Material um einen Magneten wickelt, entsteht eine schöne Linie, als ob ein Lichtbogen gezogen würde. Dieses Phänomen ist der Zustand, in dem ein Magnetfeld erzeugt wird.
Funktionsweise der elektromagnetischen Felder
Erstens wird ein elektrisches Feld erzeugt, wenn ein Stecker in eine Steckdose gesteckt wird und Spannung an das Kabel angelegt wird. Zweitens fließt durch das Einschalten des Geräts, an das das Kabel angeschlossen ist, ein elektrischer Strom durch das Kabel, der ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt.
Beide Vorgänge führen zur Erzeugung elektromagnetischer Felder. Um die durch diese Phänomene verursachten elektromagnetischen Störungen zu vermeiden, muss man die Verwendung von Abschirmfarben oder Beton mit Abschirmwirkung in Betracht ziehen.
Darüber hinaus gibt es auch Folien, die Frequenzen auswählen können, um eine elektromagnetische Abschirmung zu erzeugen. In den letzten Jahren wurden auch Technologien entwickelt, um die früher geschlossene magnetische Abschirmung mit weniger Material effektiver denn je zu machen, indem in gleichen Abständen offene Streifen aus Abschirmungsmaterial angebracht werden.