Fysikken til en foliekapsling
Et Faraday-bur fungerer ved to mekanismer: refleksjon av den innfallende bølgen ved den ledende overflaten, og absorpsjon av energien som trenger inn. Skjermingseffektivitet uttrykkes som SE i desibel, summen av refleksjonstap, absorpsjonstap og en multippel refleksjonskorreksjon. Refleksjonstap dominerer for en tynn leder i et lavimpedans- eller planbølgefelt, mens absorpsjonstapet vokser med tykkelse og frekvens. For aluminium med en ledningsevne på ca. 3,77 x 107S/m og en relativ permeabilitet på 1, begge mekanismene er tilgjengelige fra et materiale som er noen mikrometer tykt.
Huddybde: Hvorfor folietykkelse bare er viktig ved lav frekvens
Huddybde er dybden der strømtettheten har falt til 1/e av overflateverdien, og den er gitt ved kvadratroten av 2 delt på produktet av vinkelfrekvens, permeabilitet og konduktivitet. For aluminium er de resulterende verdiene:
| Hyppighet | Huddybde i aluminium | Absorpsjonstap for 12 mikrometer folie |
|---|---|---|
| 10 kHz | ca 0,8 mm | mindre enn 1 dB |
| 1 MHz | ca 82 mikrometer | ca 1 dB |
| 100 MHz | ca 8 mikrometer | ca 13 dB |
| 1 GHz | ca 2,6 mikrometer | ca 40 dB |
Absorpsjonstap er beregnet til 8,7 ganger tykkelsen delt på huddybden, i desibel. Tabellen viser den praktiske grensen: standard husholdningsfolie rundt 10 til 15 mikrometer tykk oppfører seg som et elektrisk tykt skjold fra omtrent 10 MHz og oppover, men ved nett- og lydfrekvenser er det langt tynnere enn én huddybde og mesteparten av dempningen kommer fra refleksjon og fra jording av kabinettet. Dette er grunnen til at en folieomslag kan blokkere et mobiltelefonsignal innendørs og fortsatt svikte dårlig som et lavfrekvent magnetisk skjold.
Hvor Ekte Faraday-merder lekker
Det dominerende tapet av skjerming i en foliekapsling er ikke folien, men diskontinuitetene. Enhver blenderåpning større enn omtrent en tjuendedel av en bølgelengde fungerer som en sporantenne og lekker effektivt. Ved 1 GHz er en bølgelengde omtrent 300 mm, så et 15 mm gap er allerede en seriøs radiator. Andre lekkasjebaner er sømoverlappingen, som bør være minst 10 mm og limt eller foldet i stedet for bare butt; kabelinnføringer, som må filtreres eller termineres til kabinettveggen; og oksidfilmen på aluminium, som vokser til 2 til 4 nm umiddelbart i luft og gir en liktende, høy motstandskontakt med mindre skjøten er mekanisk bundet eller assistert med en ledende forbindelse.
Materialer, former og konstruksjonspraksis
Aluminiumsfolie, metallisert film og ledende stoff vises alle i skjermingsprodukter. Folie gir den høyeste ledningsevnen og den mest stabile langsiktige ytelsen, men den krøller og punkterer lett og krølling kan sprekke et veldig tynt lag. Metallisert film er mer fleksibel og motstår bøyningstretthet bedre, på bekostning av lavere ledningsevne. For emballasje som også må kontrollere statisk utladning, er den vanlige konstruksjonen et ytre lag av en statisk dissipativ polymer over et metalllag, og slike poser er kvalifisert til ANSI/ESD S541 for beskyttelse av enheter som er følsomme for elektrostatisk utladning. Sømmer i en konstruert innkapsling lages ved bretting, med ledende klebende tape eller ved sveising, og kontinuiteten til skjøten bør verifiseres ved motstandsmåling over sømmen.
Testing av skjermingseffektivitet
Skjerming av materialnivå måles ved hjelp av flens-koaksial overføringslinjemetoden til ASTM D4935, som gir skjermingseffektivitet mot en plan bølge over et definert frekvensområde, typisk 30 MHz til 1,5 GHz. Kapslingsnivåytelse måles med metodene til IEEE 299, som bruker kalibrerte antenner i og utenfor kabinettet og rapporterer demping ved definerte frekvenser. Begge metodene rapporterer desibel, og et oppgitt tall er meningsløst uten frekvensområdet, testmetoden og felttypen, fordi et foliebur som måler 60 dB ved 900 MHz kan kun måle noen få desibel ved 50 Hz.
Begrensninger og vanlige misforståelser
Tre punkter blir rutinemessig misforstått. For det første blokkerer et Faraday-bur elektriske felt og radiobølger, men det blokkerer ikke et statisk magnetfelt. For det andre skjermer ikke aluminiumsfolie ved jording alene; innkapslingen må være elektrisk kontinuerlig, og en flytende innpakning vil kun tappe ladningen hvis den er bundet til et definert potensial. For det tredje vil ikke pakking av en enhet som sender sitt eget signal dempe den i alle forhold, fordi et folielag nær en antenne detunerer antennen og kan endre emisjonsspekteret i stedet for bare å absorbere det. Enhver skjermingsapplikasjon som påvirker et sertifisert produkt bør verifiseres ved måling, ikke ved antagelse.
Ofte stilte spørsmål
Q:Hvor tykk må aluminiumsfolie være for å blokkere et mobiltelefonsignal?
A: Et enkelt lag med vanlig husholdningsfolie rundt 10 til 15 mikrometer tykk er vanligvis nok over noen hundre megahertz, men resultatet avhenger av hvor fullstendig varen er pakket inn. Dekning og sømoverlapping betyr mer enn å legge til et ekstra lag.
Q:Blokkerer aluminiumsfolie magnetiske felt?
A: Bare vekslende magnetiske felt, og bare så langt som tykkelsen nærmer seg én huddybde. Et statisk felt er ikke dempet, og ved 50 eller 60 Hz er huddybden i aluminium i størrelsesorden 10 mm, langt tykkere enn noen folie.
Q:Hvorfor klarer en foliefolie noen ganger ikke å skjerme selv om den ser forseglet ut?
A: Mellomrom, bretter og sømmer dominerer. En åpning større enn omtrent en tjuendedel av en bølgelengde stråler kraftig ut, og den naturlige oksidfilmen på aluminium skaper en høy motstandskontakt i sømmene med mindre skjøten er bundet.
Q:Hvilke standarder brukes for å måle skjermingseffektivitet?
A: ASTM D4935 måler skjermingseffektiviteten til et flatt materiale med en koaksial flensholder over et definert frekvensområde, og IEEE 299 definerer metoder for måling av skjermingseffektiviteten til et kabinett.
Q:Hva er forskjellen mellom en foliebeskyttelsespose og en metallisert filmpose?
A: Et folielag gir høyere ledningsevne og mer stabil demping, men krøller seg og kan sprekke. En metallisert film er mer fleksibel og overlever gjentatt folding bedre, med lavere ledningsevne. Poser for statisk sensitive enheter er kvalifisert til ANSI/ESD S541.
Q:Kan aluminiumsfolie brukes til å skjerme et helt rom?
A: Det kan gi demping, men bare hvis alle seks overflater er kontinuerlige og hver kabelinngang er filtrert ved grensen. Praktisk romskjerming bruker stive foliebelagte paneler, limte sømmer og filtrerte gjennomføringer i stedet for løs folie.
