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COMPATIBILITA’
ELETTROMAGNETICA:
NOTE
TECNICHE
2.1
Generale
L'onda e.m. nasce dalla coesistenza delle
due grandezze, campo elettrico e campo magnetico costantemente variabili
e sfasate fra loro di 90°, essa si propaga nel vuoto alla velocità della
luce.
Quando incontra un circuito l'onda e.m. vi induce correnti e tensioni
dipendenti dalla vicinanza della sorgente e dalle dimensioni ed orientamento
del circuito, se questi segnali indotti superano il livello di sensibilità
del circuito ne deriva un malfunzionamento.
A distanze ridotte dalla sorgente i campi magnetico ed elettrico agiscono
indipendentemente ed in tale condizione, definita come "campo vicino",
si può avere un disturbo dovuto ad accoppiamento magnetico e/o elettrico
indipendentemente.
Vicino alla sorgente pertanto si ha un "campo di induzione" le cui caratteristiche
sono legate a quelle della sorgente; l'accoppiamento sarà di tipo magnetico
se la sorgente è ad alta corrente, di tipo elettrico se è ad alta tensione.
La condizione di campo vicino termina a distanza dalla sorgente dell'onda
pari a d = l/2p; dopo di che si entra nella regione definita di "campo
lontano" dove l'onda e.m. si comporta come onda piana e si manifesta attraverso
un "campo di radiazione".
Quando incontra un ostacolo l'onda e.m. subisce una riflessione nell'impatto
con la superficie e poi una perdita di energia per assorbimento nell'attraversare
l'ostacolo, la parte che ha attraversato l'ostacolo prosegue il suo cammino
dopo aver subito una seconda deviazione.
L'entità delle parti riflessa ed assorbita è legata alle caratteristiche
elettriche e magnetiche dell'ostacolo oltre che alle sue dimensioni e
dipende anche dalla distanza dell'ostacolo dalla sorgente.
L'onda e.m. si propaga subendo una attenuazione proporzionale alla distanza
percorsa, in particolare: Il campo radiato si riduce di un fattore proporzionale
a 1/r Il campo di induzione elettrico si riduce di un fattore proporzionale
a 1/r² Il campo di induzione magnetico si riduce di un fattore proporzionale
a 1/r³.
2.2
Protezione dai campi elettromagnetici
2.2.1 Protezione
dei circuiti
Per ridurre il livello dei segnali indotti sui circuiti
dall'onda e.m. si ricorre ad appropriati interventi come da elenco seguente:
- riduzione dell'area del circuito colpito dall'onda,
cioè avvicinamento dei conduttori attivo e di ritorno;
- nei circuiti stampati questo impone l'impiego
di più strati e di una massa distribuita;
- ricorso a circuiti bilanciati;
- ricorso a cavi schermati, meglio se con doppio
schermo, con schermo opportunamente collegato;
- ricorso a cavi coassiali, meglio se semirigidi;
- ricorso alla schermatura dell'intero circuito.
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2.2.2
Schermatura
Lo schermo, per essere efficace, non deve
lasciare aperture all'onda e.m., come soddisfare questa condizione se
il contenitore deve avere una apertura di accesso, aperture per ventilazione,
passaggio cavi eccetera?
L'apertura di accesso (coperchio o portello) quando è chiusa deve presentare
dei punti di buon contatto elettrico distanziati fra loro di almeno 1/10
della massima lunghezza d'onda da abbattere.
Per frequenze che superano 500MHz è conveniente ricorrere a guarnizioni
RF installate lungo il perimetro dell'apertura in modo che a portello
chiuso vengono compresse assicurando un buon contatto elettrico su tutto
il perimetro.
L'apertura della ventilazione viene schermata interponendo tra la stessa
ed il ventilatore un filtro a "nido d'ape" costituito da tanti fori con
rapporto spessore /diametro tale da assicurare l'effetto guida d'onda.
L'ingresso delle linee di alimentazione e/o segnali viene schermato con
l'impiego di opportuni filtri e/o connettori filtrati
Lo schermo va scelto in base al campo da cui ci si deve difendere.
Per i campi radiati ( condizione di campo lontano) l'attenuazione è principalmente
per riflessione alle basse frequenze e per assorbimento alle alte frequenze
(oltre 10MHz).
Ad alte frequenze diminuisce la profondità di penetrazione e pertanto
sono sufficienti schermi sottili in genere per ottenere l'abbattimento
desiderato.
Nella condizione di campo vicino invece i campi elettrico e magnetico
vengono abbattuti come segue:
- il campo elettrico, principalmente per riflessione
alle basse frequenze e per assorbimento alle alte frequenze;
- il campo magnetico, principalmente per assorbimento
alle frequenze più basse dove, per aumentare l'attenuazione vengono
impiegati materiali ad alta permeabilità che convogliano più facilmente
le linee di flusso deviandole dal volume protetto.
Detti materiali però già a frequenze inferiori a 100KHz
perdono le loro proprietà. Pertanto ad alte frequenze, lontano dalla sorgente,
è quasi ininfluente il tipo di materiale schermante purchè metallico e
ad alta conducibilità.
A basse frequenze, vicino alla sorgente, occorre selezionare il materiale
più adatto a seconda che sia da ridurre il campo elettrico, quello magnetico
od entrambi.
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2.2.3
Protezione dei circuiti stampati
I problemi di interferenza e.m. più comuni nascono
già a livello di circuito stampato dove diffuso è l'impiego di circuiti
logici e conseguenti segnali digitali sempre più veloci e pertanto di
contenuto armonico sempre più esteso.
I maggiori problemi che sorgono a livello di circuito stampato scaturiscono
dai seguenti motivi :
- la corrente dei segnali scorre
lungo le piste di alimentazione richiudendosi attraverso l'alimentatore;
dette piste, assimilabili a delle induttanze per la r.f., si comportano
come elementi radianti;
- correnti di diversi dispositivi
(per esempio circuiti integrati) percorrono tutte insieme un tratto
comune di pista causando una d.d.p. ai suoi estremi; questo tratto di
pista diviene una impedenza comune a più circuiti.
Come intervenire sul circuito stampato
- Tenere
le piste dei segnali logici più corte possibile, può essere necessario
raggrupparle e racchiuderle staccate dal circuito stampato e lontane
dai punti di I/O del circuito stesso
- Impiegare clocks con tempi
di salita/discesa più lenti possibile;
- Impiegare circuiti stampati "multistrato"
per avere massa estesa e ridurre l'area di accoppiamento con l'onda
e.m.
- Separare le varie linee di alimentazione e massa (ritorno)
relative a circuiti diversi ritenuti critici;
- Alternare conduttori di segnale e massa sia nel
cavo ( impiego di flat cable) che nel connettore;
- Impiegare connettori di segnale filtrati;
- Impiegare anelli di ferrite.
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