Campi

COMPATIBILITA’ ELETTROMAGNETICA: NOTE TECNICHE

 

 

2. CAMPI ELETTROMAGNETICI

2.1 Generale

2.2 Protezione dai campi elettromagnetici

2.2.1 Protezione dei circuiti

2.2.2 Schermatura

2.2.3 Protezione dei circuiti stampati

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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