Fysikken i en folieindkapsling
Et Faraday-bur fungerer ved to mekanismer: refleksion af den indfaldende bølge ved den ledende overflade og absorption af den energi, der trænger ind. Afskærmningseffektivitet udtrykkes som SE i decibel, summen af refleksionstab, absorptionstab og en multiple refleksionskorrektion. Refleksionstab dominerer for en tynd leder i et lavimpedans- eller planbølgefelt, mens absorptionstabet vokser med tykkelse og frekvens. Til aluminium med en ledningsevne på ca. 3,77 x 107S/m og en relativ permeabilitet på 1, begge mekanismer er tilgængelige fra et materiale på få mikrometer tykt.
Huddybde: Hvorfor folietykkelse kun har betydning ved lav frekvens
Huddybde er den dybde, hvor strømtætheden er faldet til 1/e af dens overfladeværdi, og den er givet ved kvadratroden af 2 divideret med produktet af vinkelfrekvens, permeabilitet og ledningsevne. For aluminium er de resulterende værdier:
| Frekvens | Huddybde i aluminium | Absorptionstab for 12 mikrometer folie |
|---|---|---|
| 10 kHz | omkring 0,8 mm | mindre end 1 dB |
| 1 MHz | omkring 82 mikrometer | omkring 1 dB |
| 100 MHz | omkring 8 mikrometer | omkring 13 dB |
| 1 GHz | omkring 2,6 mikrometer | omkring 40 dB |
Absorptionstab er estimeret til 8,7 gange tykkelsen divideret med huddybden i decibel. Tabellen viser den praktiske grænse: Standard husholdningsfolie omkring 10 til 15 mikrometer tyk opfører sig som et elektrisk tykt skjold fra ca. 10 MHz og opefter, men ved net- og lydfrekvenser er det langt tyndere end én huddybde, og det meste af dæmpningen kommer fra refleksion og fra jording af kabinettet. Dette er grunden til, at en folieindpakning kan blokere et mobiltelefonsignal indendørs og stadig svigte slemt som et lavfrekvent magnetisk skjold.
Hvor rigtige Faraday-bure lækker
Det dominerende tab af afskærmning i en folieindkapsling er ikke folien, men diskontinuiteterne. Enhver blænde, der er større end ca. en tyvendedel af en bølgelængde, fungerer som en slotantenne og lækker effektivt. Ved 1 GHz er en bølgelængde omkring 300 mm, så et 15 mm mellemrum er allerede en seriøs radiator. Andre lækageveje er sømmens overlapning, som skal være mindst 10 mm og limet eller foldet i stedet for blot stødt; kabelindføringer, som skal filtreres eller afsluttes til kabinetvæggen; og oxidfilmen på aluminium, som vokser til 2 til 4 nm umiddelbart i luften og giver en ensretter, høj modstandskontakt, medmindre samlingen er mekanisk bundet eller assisteret med en ledende forbindelse.
Materialer, former og konstruktionspraksis
Aluminiumsfolie, metalliseret film og ledende stof optræder alle i afskærmningsprodukter. Folie giver den højeste ledningsevne og den mest stabile langtidsydelse, men den krøller og punkterer let, og folder kan knække et meget tyndt lag. Metalliseret film er mere fleksibel og modstår bedre bøjetræthed på bekostning af lavere ledningsevne. For emballage, der også skal kontrollere statisk udladning, er den sædvanlige konstruktion et ydre lag af en statisk dissipativ polymer over et metallag, og sådanne poser er kvalificeret til ANSI/ESD S541 til beskyttelse af elektrostatisk udladningsfølsomme enheder. Sømme i et konstrueret kabinet er lavet ved foldning, ved ledende klæbebånd eller ved svejsning, og kontinuiteten af samlingen skal verificeres ved modstandsmåling på tværs af sømmen.
Test af afskærmningseffektivitet
Materialeniveauafskærmning måles ved flange koaksial transmissionslinjemetoden i ASTM D4935, som giver afskærmningseffektivitet mod en plan bølge over et defineret frekvensområde, typisk 30 MHz til 1,5 GHz. Indkapslingsniveauets ydeevne måles ved metoderne i IEEE 299, som bruger kalibrerede antenner i og uden for kabinettet og rapporterer dæmpning ved definerede frekvenser. Begge metoder rapporterer decibel, og et citeret tal er meningsløst uden frekvensområdet, testmetoden og felttypen, fordi et foliebur, der måler 60 dB ved 900 MHz, måske kun kan måle nogle få decibel ved 50 Hz.
Grænser og almindelige misforståelser
Tre punkter er rutinemæssigt misforstået. For det første blokerer et Faraday-bur elektriske felter og radiobølger, men det blokerer ikke et statisk magnetfelt. For det andet afskærmer aluminiumsfolie ikke ved jording alene; kabinettet skal være elektrisk kontinuerligt, og en flydende wrap vil kun dræne ladningen, hvis den er bundet til et defineret potentiale. For det tredje vil indpakning af en enhed, der transmitterer sit eget signal, ikke dæmpe den under alle forhold, fordi et folielag tæt på en antenne detunerer antennen og kan ændre emissionsspektret i stedet for blot at absorbere det. Enhver afskærmningsapplikation, der påvirker et certificeret produkt, skal verificeres ved måling, ikke ved antagelse.
Ofte stillede spørgsmål
Q:Hvor tyk skal aluminiumsfolie være for at blokere et mobiltelefonsignal?
A: Et enkelt lag almindelig husholdningsfolie på omkring 10 til 15 mikrometer tyk er generelt nok over et par hundrede megahertz, men resultatet afhænger af, hvor fuldstændigt emnet er pakket ind. Dækning og sømoverlapning betyder mere end at tilføje et ekstra lag.
Q:Blokerer aluminiumsfolie magnetiske felter?
A: Kun vekslende magnetiske felter, og kun så vidt dets tykkelse nærmer sig en huddybde. Et statisk felt er ikke dæmpet, og ved 50 eller 60 Hz er huddybden i aluminium af størrelsesordenen 10 mm, langt tykkere end nogen folie.
Q:Hvorfor kan en folieindpakning nogle gange ikke skærme, selvom den ser forseglet ud?
A: Mellemrum, folder og sømme dominerer. En åbning større end omkring en tyvendedel af en bølgelængde udstråler kraftigt, og den naturlige oxidfilm på aluminium skaber en høj modstandskontakt ved sømmene, medmindre samlingen er bundet.
Q:Hvilke standarder bruges til at måle afskærmningseffektivitet?
A: ASTM D4935 måler afskærmningseffektiviteten af et fladt materiale med en koaksial flangeholder over et defineret frekvensområde, og IEEE 299 definerer metoder til måling af et kabinets afskærmningseffektivitet.
Q:Hvad er forskellen mellem en folieafskærmningspose og en metalliseret filmpose?
A: Et folielag giver højere ledningsevne og mere stabil dæmpning, men krøller og kan revne. En metalliseret film er mere fleksibel og overlever gentagne foldninger bedre med lavere ledningsevne. Tasker til statisk følsomme enheder er kvalificeret til ANSI/ESD S541.
Q:Kan aluminiumsfolie bruges til at afskærme et helt rum?
A: Det kan give dæmpning, men kun hvis alle seks overflader er kontinuerlige, og hver kabelindgang er filtreret ved grænsen. Praktisk rumafskærmning bruger stive foliebeklædte paneler, limede sømme og filtrerede gennemføringer frem for løs folie.
