Zaloguj się
Wszystkie
5 grudnia 2022
1143
Nie ulega wątpliwości, że solidna, metalowa obudowa jest jednym z najlepszych sposobów na ekranowanie urządzenia elektronicznego. Należy jednak pamiętać, że spełnienie wymogów kompatybilności elektromagnetycznej rzadko sprowadza się tylko do umieszczenia płytki drukowanej w aluminiowej bądź stalowej obudowie w sposób umożliwiający elektryczne podłączenie jej do masy urządzenia. W wielu przypadkach konieczne będą dodatkowe zabiegi, chroniące przed propagacją fal elektromagnetycznych (a czasem też pól elektrycznych i magnetycznych o niskiej częstotliwości) do/z wnętrza sprzętu. W tym artykule zaprezentowaliśmy szereg istotnych zagadnień praktycznych, związanych z zastosowaniem obudowy jako bariery chroniącej przez zakłóceniami.
Ogólne uwagi dotyczące ekranowania
Ekranowanie elektroniki obejmuje bardzo szeroki zakres technik, stosowanych na różnych poziomach konstrukcji urządzenia.
Przystępując do planowania sposobu montażu PCB, okablowania oraz elementów mocowanych w ścianach obudowy, należy zatem przemyśleć szereg aspektów:
- drogi przenoszenia zakłóceń (fale radiowe, pole magnetyczne, pole elektryczne) oraz zakres częstotliwości,
- materiał obudowy,
- wielkość obudowy,
- obecność i ewentualne zabezpieczenia RFI otworów wentylacyjnych,
- ekranowanie wyświetlaczy,
- sposób podłączenia przewodów zewnętrznych (poprzez złącza lub wprowadzenie bezpośrednio do wnętrza obudowy),
- konieczność zastosowania otwieranych pokryw (zarówno w celach serwisowych, jak i w ramach normalnego użytkowania).
W dalszej części artykułu zajmiemy się wymienionymi powyżej zagadnieniami.
Drogi przenoszenia zakłóceń vs. zakres częstotliwości
Celem naszego omówienia nie jest wprawdzie zagłębianie się w meandry teorii elektromagnetyzmu, ale pewne podstawowe zagadnienia warto zasygnalizować, aby lepiej zrozumieć sens różnych rodzajów ekranowania. Napięcie panujące w obwodach elektrycznych i elektronicznych jest źródłem pola elektrycznego, a do istnienia tegoż pola nie jest wymagany przepływ prądu – z tego też względu obwody o wysokiej impedancji mogą z powodzeniem być źródłem nawet silnego pola elektrycznego, „odczuwalnego” przez układy elektroniczne znajdujące się w pobliżu. Z drugiej strony, ruch ładunków (nawet przy niewielkim napięciu) powoduje powstawanie pola magnetycznego, zmieniającego się rzecz jasna w rytm ewentualnych zmian natężenia prądu – głównym źródłem pola magnetycznego są zatem obwody o relatywnie niskiej impedancji. Rzecz jasna, stałe napięcie prowadzi do powstania stałego pola elektrycznego, zaś stały prąd generuje stałe pole magnetyczne – rzadko zdarza się natomiast, by były one przedmiotem zainteresowania konstruktorów w kwestii ekranowania. Warto jednak zwrócić uwagę na fakt, iż impedancja obwodów urządzenia ma już znaczenie w kwestii podatności na działanie pól zmiennych o niskich częstotliwościach – przykładowo, obwody wysokoimpedancyjne mogą „odczuwać” działanie wolnozmiennych pól elektrycznych, co widać doskonale na przykładzie czułych wzmacniaczy pomiarowych: niewłaściwie (lub niekompletnie) ekranowane przewody wejściowe z łatwością zbierają zakłócenia sieciowe (50/60 Hz) na drodze sprzężenia pojemnościowego z instalacją energetyczną. Ponadto nawet stałe lub wolnozmienne pola magnetyczne mogą z powodzeniem zakłócić działanie rozmaitych czujników (np. hallotronów) bądź urządzeń bazujących na wiązkach elektronów (mikroskopy elektronowe, lampy katodowe).
W przypadku przebiegów zmiennych o wyższych częstotliwościach sytuacja staje się diametralnie inna. W pobliżu obwodu (tj. w tzw. polu bliskim) rozróżnienie generowanych przez niego pól elektrycznego oraz magnetycznego jest (z praktycznego punktu widzenia) dość wyraźne, ale gdy oddalamy się od źródła, jego impedancja falowa przestaje mieć znaczenie – odpowiednio daleko (tj. za umowną granicą pola bliskiego i dalekiego równą λ/2π) uzyskuje ona wartość określaną jako impedancja wolnej przestrzeni (około 377 Ω). Sprzężone pola elektryczne i magnetyczne formują falę elektromagnetyczną, która propaguje w przestrzeni (w idealnym przypadku) we wszystkich kierunkach, a w relatywnie znacznej odległości od źródła nie sposób już ustalić jego charakteru (magnetycznego lub elektrycznego).
Projektując ekranowanie urządzenia elektronicznego, należy mieć zatem na uwadze rodzaj zakłóceń, na które podatne jest (lub które generuje) urządzenie oraz ich pasmo częstotliwości. W większości przypadków celem ekranowania jest redukcja zakłóceń w paśmie radiowym, a także wspomnianych wcześniej zaburzeń o charakterze pola elektrycznego niskiej częstotliwości (np. przydźwięku sieciowego), przenoszonych przez sprzężenie pojemnościowe. W takich sytuacjach skuteczny ekran może mieć postać cienkiej blachy, oplotu, tkaniny przewodzącej, a nawet warstwy lakieru przewodzącego bądź metalizacji. Jeżeli jednak projektowane urządzenie wymaga także ochrony przed zmiennym polem magnetycznym (zwłaszcza o bardzo niskiej częstotliwości, a w rzadkich przypadkach – także przed polem stałym), opisane powyżej rozwiązania nie zdają egzaminu i konieczne staje się użycie innych technik.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
