Blindaje electromagnético y EMP

Cuando una onda plana en el aire golpea la superficie exterior de un escudo conductor de electricidad, parte de la onda incidente se refleja; parte se propaga a través del medio del escudo; y parte se transmite al aire en la superficie interior del escudo. La atenuación se produce por pérdidas debidas a la reflexión y la absorción. La eficacia del blindaje se define como la relación entre las amplitudes del campo incidente y transmitido.

$$SE = 20 \cdot\log(\frac{E_{inc}}{E_{trans}})$$ Del capítulo 3 de Blindaje electromagnético y protección contra la corrosión para vehículos aeroespaciales de Jan W. Gooch y John K. Daher, la eficacia del blindaje se puede definir en términos del campo eléctrico (como se indicó anteriormente) o del campo magnético. Cuando se define en términos de amplitudes de campo eléctrico, se conoce como eficacia de blindaje eléctrico (ESE). Cuando se define en términos de amplitudes de campo magnético, se conoce como efectividad de blindaje magnético (MSE).

Según los autores, para ondas planas y un escudo con aire en ambos lados, las dos definiciones son equivalentes.

$$ESE = MSE$$ Entonces, para la radiación de campo lejano, si un material proporciona una atenuación eléctrica suficiente para una aplicación en particular, se deduciría que también proporciona una atenuación magnética suficiente. En realidad, esta equivalencia significa que no tiene sentido discutir los campos eléctrico y magnético de una onda plana como entidades que actúan independientemente con respecto a la reflexión y la absorción.

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Reflexión

Las pérdidas debidas a la reflexión están determinadas por el desajuste de impedancia entre dos medios. Cuanto mayor sea la diferencia, más radiación incidente se refleja. Y, debido a que los buenos conductores tienen una baja impedancia en relación con el aire, cuanto menor sea la impedancia de un material, más reflejará una onda plana en el aire. De la fórmula de la impedancia,

$$Z = \sqrt{\frac{i\omega\mu}{\sigma + i\omega\epsilon}}$$ se puede ver que la baja permeabilidad (μ) hace que la impedancia (Z) sea menor y, por lo tanto, un material mejor reflectante.

Absorción

Las pérdidas debidas a la absorción están determinadas por factores que incluyen la profundidad de la piel del material del escudo: cuanto mayor sea el grosor del material en relación con la profundidad de la piel, más atenuará una onda plana incidente. De la ecuación para la profundidad de la piel,

$$\delta ≈ \frac{1}{\sqrt{πfμσ}}$$ se puede ver que si el espesor mínimo es un requisito, entonces la alta permeabilidad (μ) hace que la profundidad de la piel sea más pequeña (δ), menos espesor total y, por lo tanto, un mejor material absorbente.

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Entonces, para EMR de campo lejano, dados dos materiales hipotéticos que difieren solo en la permeabilidad, el material con menor permeabilidad proporcionará más reflexión y menos absorción, y el material con mayor permeabilidad proporcionará más absorción y menos reflexión.

Por lo tanto, dado que el material en mi aplicación es más delgado que la profundidad de su piel en la mayor parte o en todo el rango de frecuencias de interés, y proporciona un blindaje eléctrico que es suficiente para mi aplicación, concluiría que la efectividad del blindaje que mido con un fuente de señal en el campo lejano se debe casi en su totalidad a la reflexión. Además, debido a que MSE = ESE, predeciría que el blindaje magnético también será suficiente en el campo lejano.

Y, debido a que la señal entrante se atenuará significativamente antes de que se propague a través del material de blindaje, estará disponible una cantidad significativamente menor que la energía incidente para ser absorbida y liberada como calor. Por lo tanto, no creo que haya complicaciones debido al sobrecalentamiento del escudo en condiciones EMP como temía.

Sin embargo , si los conductores sin blindaje están ubicados cerca de un recinto que está optimizado para la radiación de campo lejano, la radiación de campo cercano podría ser un problema en un EMP.

Esta pregunta se relaciona con un área especial de la ingeniería eléctrica. La protección contra EMI y EMP intencionales fue/es un tema importante en la industria de defensa, y se realizaron toneladas de estudios en las décadas de 1960 y 1980 sobre el tema, con algunas partes y grupos publicados sin clasificar . Hay revistas publicadas como "Tecnología de interferencia" , hay muchas publicaciones de IEEE y se escribieron libros como este o este .

La propagación de ondas EM a través de medios complejos puede no ser algo intuitivo. Para encontrar respuestas sobre los efectos de los materiales en capas complejos, el enfoque correcto es utilizar herramientas de software de modelado 3D, como la que ofrece Keysight . Será difícil responder a su pregunta particular sobre la intensidad de campo sin resolver su caso con detalles de materiales particulares y geometría exacta.

Esta es una pregunta interesante para la que daré una respuesta agitada. Trabajé en Santa Clara durante varios años; una temporada en una empresa en particular involucró grandes equipos de inspección de fabricación de semiconductores, que tenían módulos grandes y pequeños que contenían varias fuentes de EMI. Me encargaron llevar esto al cumplimiento de EMC para emisiones y (recepción).

Había un experto en el valle, Mark Montrose, que hacía precisamente este tipo de trabajo. Parte de su enfoque fue el enfoque del problema con respecto a los tiempos de subida, o tasas de borde, de EMI incidente y emitido. Con una tasa de borde "rápida", el enfoque requería la consideración de los efectos de la línea de transmisión, ya que el ancho de banda de codo era, en una buena aproximación, el recíproco del doble del tiempo de subida o tasa de borde. En escenarios no terminados o mal protegidos, los reflejos, los efectos de borde y las fugas (sí) causaron problemas en lo que es un estándar definido con precisión para estos efectos.

Lo anterior es la versión corta de sus comentarios introductorios para mí. La respuesta corta es que para equipos de fabricación grandes, existe un enfoque repetitivo en el que se colocan sensores alrededor del equipo y se realiza una gran lista de mediciones, en comparación con los estándares, y luego se solucionan los problemas cuando es necesario. Para, digamos, PCB individuales, se usó una cámara anecoica y se realizó una tortura repetitiva similar.

También hay un enfoque de simulación.

En cualquier caso, ha adoptado un enfoque profesional a las cuestiones de cumplimiento de EM y, en sus palabras, convirtió las ecuaciones de Maxwell en álgebra. Es muy conocido en “el valle” y atenderá su llamada. Puedes buscarlo en Google; está por todas partes y es prolífico dentro de IEEE, etc. Dile que te envió Robert, del edificio azul de San Tomas.

Es un profesional muy accesible y conocedor, y responderá a sus preguntas como si fuera un truco de magia.

En realidad, analógico, aunque te entiendo, la diferencia a veces radica en la "tasa de borde" y el "tiempo de subida" y, a veces, depende de con quién estés hablando. 1/(2tr) se utiliza como una buena aproximación para la densidad espectral de potencia, pero normalmente se expresa como 0,5/tr. Puede ver por qué se usa si considera este borde como exactamente la mitad de un período, luego encuentre la frecuencia correspondiente. Fui a un seminario de Howard Johnson en los años 90 y estaba bastante seguro de que lo recordaba bien. Luego fui a https://www.conted.ox.ac.uk/courses/webfiles/HSDD_Student_material.pdf y encontré una réplica bastante buena. Es decir, su presentación se sigue levantando aún después de algunos años.

También verá 0,34/tr

Finalmente, también se discutió aquí: ¿ Cómo se relaciona el tiempo de subida con el ancho de banda de la señal?

Siempre vale la pena definir el contexto y el vocabulario. soy nuevo por aqui.. le pillare el truco.

Salud