Przenikalność magnetyczna, a elektryczna. Co to oznacza w praktyce?

Postępująca miniaturyzacja i rosnąca moc urządzeń elektronicznych sprawiają, że kontrola zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) staje się coraz większym wyzwaniem. W praktyce najczęściej stosuje się trzy podejścia: ekranowanie, uziemianie oraz absorpcję zakłóceń. Kluczem do sukcesu jest jednak dobór odpowiednuch technik i zestawów materiałów, które pozwolą osiągnąć konkretne cele w zakresie redukcji szumów EMI. Zazwyczaj stosuje się dwie główne grupy materiałów: przewodzące (takie jak folie, osłony czy uszczelki) oraz absorbujące (np. arkusze magnetyczne i pianki dielektryczne). Pierwsze charakteryzują się niską rezystancją, co umożliwia skuteczne odprowadzanie prądów wysokiej częstotliwości z dala od chronionych komponentów. Drugie natomiast wykorzystują starannie dobrane właściwości magnetyczne i/lub dielektryczne, aby skutecznie tłumić zakłócenia EMI.

W przypadku tłumienia zakłóceń EMI w bliskim polu standardem jest stosowanie materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej. Jednak w miarę wzrostu częstotliwości i złożoności układów, skuteczna kontrola EMI opiera się także na znajomości i uwzględnieniu dwóch kluczowych właściwości materiałów: przenikalności magnetycznej i elektrycznej.

Przenikalność magnetyczna to reakcja materiału na zewnętrzne pole magnetyczne, opisywana przez względną przenikalność magnetyczną (mr), składającą się z części rzeczywistej i urojonej. Część rzeczywista opisuje wielkość pola magnetycznego wewnątrz materiału, natomiast część urojona – straty energii, czyli jej rozproszenie.
  

• Materiały o wysokiej rzeczywistej przenikalności magnetycznej skutecznie przekierowują energię magnetyczną, chroniąc komponenty przed zakłóceniami indukowanymi przez pola magnetyczne.
• Materiały o wysokiej przenikalności magnetycznej urojonej skutecznie pochłaniają energię magnetyczną.

Przenikalność elektryczna to reakcja materiału na zewnętrzne pole elektryczne, opisywana przez względną przenikalność elektryczną (mr), składającą się z części rzeczywistej i urojonej. Część rzeczywista opisuje wielkość pola elektrycznego wewnątrz materiału, natomiast część urojona odpowiada za straty energii, czyli jej przekształcenie w ciepło zamiast w sygnał lub moc.
 

• Materiały o wysokiej rzeczywistej przenikalności elektrycznej skutecznie przekierowują pola dielektryczne, dzięki czemu chronią komponenty przed zakłóceniami wywołanymi przez pola elektryczne.
• Materiały o wysokiej urojonej przenikalności elektrycznej skutecznie pochłaniają energię elektryczną.

W niektórych przypadkach to, jak zaprojektowany jest układ — w tym zastosowane materiały, jego geometria oraz rozmieszczenie elementów — determinuje sposób rozchodzenia się, odbijania i tłumienia fal elektromagnetycznych, co  bezpośrednio wpływa na efektywność materiałów absorbujących. W takich układach kluczowe znaczenie w tłumieniu zakłóceń EMI mają przenikalność magnetyczna i elektryczna materiałów, szczególnie przy wysokich częstotliwościach, gdzie krótsze fale mogą powodować większe zmiany. W praktycznych zastosowaniach, zwłaszcza tam, gdzie pole magnetyczne jest złożone, często niezbędne jest stosowanie materiałów oddziałujących na oba te parametry.  

Przykładem może być ścieżka przewodząca, która przenosi zakłócenia elektryczne z jednego komponentu na drugi — w takim przypadku wydajność materiału absorbującego EMI zwiększa się dzięki zastosowaniu materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej i elektrycznej. Z kolei w układach scalonych, gdzie ze względu na potrzebę zachowania efektywnego sygnału konieczne jest odseparowanie dwóch niewielkich źródeł zakłóceń, najlepiej sprawdzają się materiały charakteryzujące się wysokimi stratami magnetycznymi, ale niską przenikalnością magnetyczną. Przy redukcji zakłóceń wewnątrz obudów lub wnęk kluczowe jest odpowiednie dopasowanie parametrów przenikalności magnetycznej i elektrycznej do impedancji oraz długości fali. W przypadku ekranowania bardzo małych źródeł zakłóceń magnetycznych (w porównaniu do długości fali) — takich jak cewki wysokiej częstotliwości lub pętle w układach — konieczne jest zastosowanie materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej, natomiast przenikalność elektryczna nie ma tu istotnego znaczenia.

Firma 3M oferuje szeroki wybór absorberów EMI i materiałów do ekranowania magnetycznego, zaprojektowanych z myślą o współczesnych wyzwaniach projektowych i otwierających nowe możliwości zastosowań. Wśród nich znajdują się produkty o wysokiej przenikalności magnetycznej i elektrycznej, skutecznie redukujące szumy EMI.   

Absorbery EMI firmy 3M™ skutecznie ograniczają zakłócenia elektromagnetyczne w bliskim polu w zakresie od 200 MHz do 10 GHz. Stosowane w połączeniu z materiałami do ekranowania magnetycznego 3M™ oraz taśmami elektroprzewodzącymi 3M™, tworzą kompleksowe rozwiązania umożliwiające kontrolowanie zakłóceń EMI w środowiskach narażonych na silne oddziaływania elektromagnetyczne.

Firma 3M przeprowadza kompleksowe badania materiałów, aby zagwarantować ich niezawodność i spójne właściwości zarówno w testach laboratoryjnych, jak i podczas eksploatacji. Skontaktuj się z przedstawicielem 3M lub z jednym z naszych ekspertów, by dowiedzieć się więcej. Pomożemy dobrać rozwiązania do tłumienia zakłóceń EMI precyzyjnie dopasowane do Twoich wymagań technicznych.