전자파 실드

분해된 휴대 전화 안에 있는 전자파 차폐 케이지.

전기공학에서 전자파 실드는 전도성 또는 자성 재료로 만들어진 장벽이 있는 공간에서 전자파장(EMF)을 줄이거나 차단하는 작업입니다.일반적으로 인클로저, 주변으로부터 전기 장치를 격리하기 위해, 그리고 케이블이 흐르는 환경에서 와이어를 격리하기 위해 케이블에 적용됩니다(차폐 케이블 참조).무선 주파수(RF) 전자 방사를 차단하는 전자파 실드는 RF 실드라고도 합니다.

EMF 실드는 전자파 간섭을 최소화하는 역할을 합니다.차폐는 전파, 전자장 및 정전장의 결합을 줄일 수 있습니다.정전장을 차단하는 데 사용되는 전도성 인클로저는 패러데이 케이지라고도 합니다.감소량은 사용된 재료, 두께, 차폐 부피의 크기 및 관심 영역의 빈도, 입사 전자장에 대한 차폐 구멍의 크기, 모양 및 방향에 따라 크게 달라진다.

사용재료

전자파 차폐에 사용되는 일반적인 재료에는 판금, 금속 스크린 및 금속 폼이 있습니다.차폐를 위한 일반적인 판금에는 구리, 황동, 니켈, 은, 강철 및 주석이 포함됩니다.차폐 효과, 즉 차폐가 전자파 방사를 얼마나 잘 반사 또는 흡수/억제하는지는 금속의 물리적 특성에 영향을 받는다.여기에는 전도성, 납땜성, 투과성, 두께 및 무게가 포함될 수 있습니다.금속의 특성은 재료 선택에서 중요한 고려 사항입니다.예를 들어, 전기적으로 우세한 파장은 구리, 은, 황동과 같은 전도성이 높은 금속에 의해 반사되며, 자기적으로 우세한 파장은 강철이나 ^[1]스테인리스강과 같은 전도성이 낮은 금속에 의해 흡수/억제됩니다.또한 실드 또는 메시의 구멍은 차단되는 방사선의 파장보다 훨씬 작아야 하며 그렇지 않으면 인클로저가 효과적으로 파손되지 않은 전도 표면에 근접하지 않습니다.

특히 플라스틱 인클로저에 수용된 전자제품과 함께 일반적으로 사용되는 또 다른 차폐 방법은 인클로저 내부에 금속 잉크 또는 유사한 재료를 코팅하는 것입니다.잉크는 매우 작은 미립자의 형태로 적합한 금속(일반적으로 구리 또는 니켈)을 적재한 캐리어 재료로 구성됩니다.인클로저에 분무하여 건조되면 연속적인 금속 전도층이 생성되며, 이 금속층은 기기의 섀시 접지에 전기적으로 연결되어 효과적인 차폐를 제공할 수 있습니다.

전자파 차폐는 전도성 또는 자성 물질로 바리케이드를 쳐서 영역의 전자장을 낮추는 과정입니다.구리는 무선 및 기타 전자파를 흡수하기 때문에 무선 주파수(RF) 차폐에 사용됩니다.RF 실드 인클로저는 컴퓨터 및 전기 스위칭 룸에서 병원 CAT 스캔 ^[2]^[3]및 MRI 시설에 이르기까지 대부분의 RF 실드 요구를 충족합니다.

응용 프로그램 예시

차폐 및 기타 층을 나타내는 동축 케이블을 통한 단면도

예를 들어, 실드 케이블은 내부 코어 도체를 둘러싼 와이어 메쉬 형태의 전자파 차폐 케이블입니다.차폐는 코어 도체로부터의 신호 유출을 방해하고, 또한 신호가 코어 도체에 추가되는 것을 방지합니다.케이블에 따라서는 2개의 독립된 동축 스크린이 있습니다.하나는 양끝에, 다른 하나는 한쪽 끝에만 접속되어 전자기장과 정전기의 양쪽 차폐를 최대화합니다.

전자레인지의 문에는 창문에 스크린이 내장되어 있다.전자레인지(파장 12cm)의 관점에서 보면, 이 스크린은 오븐의 금속 하우징으로 형성된 패러데이 케이지의 마무리를 합니다.파장이 400~700nm인 가시광선은 스크린 홀을 쉽게 통과합니다.

RF 실드는 바이오메트릭 ^[4]여권 등 다양한 장치에 내장된 RFID 칩에 저장된 데이터에 대한 접근을 방지하기 위해 사용됩니다.

NATO는 컴퓨터 및 키보드의 전자파 차폐를 규정하여 비밀번호를 캡처할 수 있는 키보드 방출에 대한 수동적인 모니터링을 방지합니다. 소비자 키보드는 주로 엄청난 ^[5]비용 때문에 이러한 보호를 제공하지 않습니다.

RF 실드는 AM, FM, TV, 긴급 서비스, 디스패치, 호출기, ESMR, 셀룰러 및 PCS 등의 간섭 신호로부터 보호하기 위해 의료 및 실험실 기기를 보호하는 데도 사용됩니다.또한 AM, FM 또는 TV 방송 시설에서 장비를 보호하는 데 사용할 수 있습니다.

전자파 차폐의 실용적 사용의 또 다른 예는 방어 애플리케이션이다.기술이 발전함에 따라 다양한 유형의 사악한 전자파 간섭에 대한 민감성도 향상됩니다.접지된 전도성 장벽 안에 케이블을 넣는 것은 이러한 위험을 완화할 수 있습니다.

구조

전자기 복사는 결합된 전기장과 자기장으로 구성됩니다.전기장은 도체 내의 전하 캐리어(즉, 전자)에 힘을 발생시킵니다.이상 도체 표면에 전계가 인가되는 순간 도체 내부에 전하 변위를 일으키는 전류를 유도하여 내부에서 인가된 전계를 상쇄하고 여기서 전류가 멈춘다.자세한 내용은 패러데이 케이지에서 확인하십시오.

마찬가지로 다양한 자기장은 인가된 자기장을 상쇄하는 와전류를 발생시킨다(도체가 자기장에 대해 움직이지 않는 한 도체는 정적 자기장에 반응하지 않는다).그 결과 도체 표면에서 전자기 복사가 반사됩니다. 즉, 내부장은 내부에 있고 외부장은 외부에 있습니다.

실제 RF 실드의 차폐 기능을 제한하는 요인은 여러 가지가 있습니다.하나는 도체의 전기 저항으로 인해 들뜬 필드가 입사 필드를 완전히 취소하지 않는다는 것입니다.또한 대부분의 도체는 저주파 자기장에^{[citation needed]} 대해 강자성 반응을 보이기 때문에 도체에 의해 완전히 감쇠되지 않는다.차폐에 있는 구멍은 전류를 그들 주위로 흐르게 하여 구멍을 통과하는 자기장이 반대되는 전자기장을 자극하지 않도록 합니다.이러한 효과는 실드의 필드 반사 기능을 감소시킵니다.

고주파 전자방사선의 경우 위의 조정은 무시할 수 없는 시간이 걸리지만 반사되지 않는 한 이러한 방사 에너지는 피부에 흡수되므로(극히 얇지 않은 한), 이 경우 내부에도 전자장이 없다.이것은 피부 효과라고 불리는 더 큰 현상의 한 측면이다.방사선이 차폐를 통과할 수 있는 깊이의 척도는 이른바 피부 깊이입니다.

자기 실드

기기는 때때로 외부 ^[6]자기장으로부터 격리되어야 합니다.정적 또는 천천히 변화하는 자기장(약 100kHz 미만)의 경우 위에서 설명한 패러데이 차폐는 효과적이지 않습니다.이 경우 과민합금 및 뮤금속^[7]^[8] 시트 또는 나노결정 입자 구조 강자성 금속 ^[9]코팅과 같은 고투과성 금속 합금으로 이루어진 실드를 사용할 수 있다.이러한 재료는 전기 차폐와 같이 자기장을 차단하는 것이 아니라 자기장을 끌어당겨 차폐된 볼륨 주위의 자기장 라인에 경로를 제공합니다.따라서 자기 차폐의 가장 좋은 모양은 차폐된 볼륨을 둘러싼 밀폐된 용기입니다.이러한 유형의 차폐의 효과는 재료의 투과성에 따라 달라지는데, 일반적으로 매우 낮은 자기장 강도와 재료가 포화 상태가 되는 높은 자기장 강도에서 모두 떨어집니다.따라서 낮은 잔류장을 달성하기 위해 자기 실드는 종종 서로 내부에 있는 여러 개의 인클로저로 구성되며, 각 인클로저는 그 내부의 필드를 순차적으로 감소시킵니다.차폐 표면 내의 진입 구멍은 성능을 크게 저하시킬 수 있습니다.

위의 수동 실드의 한계로 인해 정적 또는 저주파 장과 함께 사용되는 다른 방법은 능동 실드입니다. 즉,^[10] 전자석에 의해 생성된 장을 사용하여 볼륨 내의 주변 장을 취소합니다.솔레노이드와 헬름홀츠 코일은 이러한 용도로 사용할 수 있는 코일의 유형일 뿐만 아니라 자기 공명 이미징을 위해 코일 설계에 사용된 방법을 사용하여 설계된 보다 복잡한 와이어 패턴입니다.액티브 실드는 또한 하이브리드 ^[16]실드라고 불리는 패시브 ^[11]^[12]^[13]^[14]^[15]실드와의 전자파 결합을 고려하여 패시브 실드로부터의 광대역 실드와 액티브 시스템을 사용하는 특정 구성 요소의 추가 취소가 존재하도록 설계될 수 있다.

또한 초전도 물질은 마이스너 효과를 통해 자기장을 방출할 수 있습니다.

수학적 모형

예를 들어 내부 $a$ 이 $a$ 이고 $a$ 외부 $b$ 이 $b$ 이고 상대 $\mu _{\text{r}}$ 이 $(\$ $mu_$ ${\text{$ $r$ 인 (선형 및 등방성) 반자성 재료로 이루어진 구형 쉘이 있다고 가정합니다.그 후 이 물체를 일정한 자기장에 넣습니다.

\mathbf {H} _{0}=H_{0}{\hat {mathbf {z}}}=H_{0}\cos(\theta){\hat(\mathbf {r}}}}-H_{0}\sin(\theta){\hat(\boldsymbol\theta}}}

이 문제에는 반자성 물질의 경계에 가능한 바운드 전류를 제외하고 전류가 없기 때문에 라플라스 방정식을 만족시키는 자기 스칼라 전위를 정의할 수 있습니다.

{h}\mathbf {H}&=-\displayla \Phi _{M}\\nabla ^{2}\Phi _{M}&=0\end{aligned}}

어디에

\mathbf {B} =\mu _{\text{r}}\mathbf {H}

이 특별한 문제에서는 방위대칭이 존재하기 때문에 구면 좌표에서 라플라스 방정식의 해답은 다음과 같습니다.

\displaystyle \Phi _{M}=\sum _{\ell =0}^{\infty}\left(A_{\ell}r^{\ell}+{\frac {B_{\ell}}}{r^{\ell +1}}\righty}\left(A_{\frac)P_{\ell}(\cos \theta)}

경계 조건을 일치시킨 후

\displaystyle \ mathbf { H } - \ mathbf { H } _ { 1 } \ times \ hat \ mathbf { n } = 0 \ left ( \ mathbf { B } - { 2 } - \ mathbf { B } _ { 1 } \ cd . cd \ mathb 。

경계(

{\hat {n}}

서 n

^\

n})는

{\hat {n}}

측면 1에서 측면 2를 가리키는 표면에 대한 정규 단위 벡터)에서 구면 쉘의 공동 내부 자기장이 다음과 같은 것을 알 수 있습니다.

\mathbf {H} _{\text{in}}=\eta \mathbf {H} _{0}

여기서

\eta

{

displaystyle \eta}

는

\eta

반자성 물질의 두께와 재료의 자기 투과율에 따라 달라지는 감쇠 계수입니다.

{\displaystyle \eta = specfrac {9\mu _{\text{r}}+1\right}\left(\mu _{\text{r}+1\right)\left(\mu _{\text{r}}+2\right)-2\frac {a}\right)^3\left(\mu _{{{{{{{a}\text{{\right}^}}^2})^2}{right}{right}{{\}{right}{{

이 계수는 이 물질이 둘러싼 공동으로부터 외부 자기장을 보호하는 데 있어 이 물질의 효과를 나타냅니다.이 계수는

\mu _{\text{r}}\to 1

r

\mu _{\text{r}}\to 1

(\displaystyle \mu

_

{\text{r}}\to

1

\mu _{\text{r}}\to 1

의 제한에서는 1(차폐 없음)이 됩니다.

\mu _{\text{r}}\to \infty

r

\mu _{\text{r}}\to \infty

μ

displaystyle \mu

_

{\text{r}\

to

\infty }

의

\mu _{\text{r}}\to \infty

제한에서는 이 계수는 0(완벽한 차폐)이 됩니다.

\mu _{\text{r}}\gg 1

r

\mu _{\text{r}}\gg 1

1 {

displaystyle

\

mu

_ { \

text

{

r

} \

gg

1

\mu _{\text{r}}\gg 1

의 경우 감쇠계수는 보다 단순한 형태를 취합니다.

(\displaystyle \eta = specfrac {9} {2\left(1-{\frac {a^{3}}} {b^{3}}}\right)\mu _{\text{r}}}}})

이는 자기장이

\mu _{\text{r}}^{-1}

r -

({

_

{\text{r}}^{-1

^[17]처럼 감소함을 나타냅니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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