Fizika kućišta od folije
Faradayev kavez radi s dva mehanizma: refleksijom upadnog vala na vodljivoj površini i apsorpcijom energije koja prodire. Učinkovitost zaštite izražava se kao SE u decibelima, zbroj gubitka refleksije, gubitka apsorpcije i korekcije višestruke refleksije. Gubitak refleksije dominira za tanki vodič u polju niske impedancije ili ravnog vala, dok gubitak apsorpcije raste s debljinom i frekvencijom. Za aluminij s vodljivošću od oko 3,77 x 107S/m i relativnom propusnošću od 1, oba mehanizma dostupna su od materijala debljine nekoliko mikrometara.
Dubina kože: Zašto je debljina folije važna samo na niskim frekvencijama
Dubina sloja je dubina na kojoj je gustoća struje pala na 1/e svoje površinske vrijednosti, a dana je kvadratnim korijenom od 2 podijeljenim s umnoškom kutne frekvencije, propusnosti i vodljivosti. Za aluminij dobivene vrijednosti su:
| Frekvencija | Dubina korice u aluminiju | Gubitak apsorpcije za foliju od 12 mikrometara |
|---|---|---|
| 10 kHz | oko 0,8 mm | manje od 1 dB |
| 1 MHz | oko 82 mikrometra | oko 1 dB |
| 100 MHz | oko 8 mikrometara | oko 13 dB |
| 1 GHz | oko 2,6 mikrometara | oko 40 dB |
Gubitak apsorpcije procjenjuje se kao 8,7 puta debljina podijeljena s dubinom kože, u decibelima. Tablica pokazuje praktičnu granicu: standardna kućanska folija debljine oko 10 do 15 mikrometara ponaša se kao električni debeli štit od otprilike 10 MHz naviše, ali na mrežnim i audio frekvencijama daleko je tanja od jedne dubine sloja i većina prigušenja dolazi od refleksije i uzemljenja kućišta. Zbog toga folija može blokirati signal mobilnog telefona u zatvorenom prostoru, ali i dalje loše funkcionira kao niskofrekventni magnetski štit.
Gdje cure pravi Faradayevi kavezi
Dominantni gubitak zaštite u kućištu od folije nije folija nego diskontinuiteti. Svaki otvor veći od otprilike jedne dvadesetine valne duljine djeluje kao prorezna antena i učinkovito propušta. Na 1 GHz jedna valna duljina je oko 300 mm, tako da je razmak od 15 mm već ozbiljan radijator. Ostali putovi curenja su preklapanje šava, koje bi trebalo biti najmanje 10 mm i spojeno ili presavijeno, a ne samo spojeno; kabelski ulazi, koji moraju biti filtrirani ili završeni na zid kućišta; i oksidni film na aluminiju, koji raste na 2 do 4 nm odmah u zraku i proizvodi ispravljajući kontakt visokog otpora osim ako spoj nije mehanički spojen ili potpomognut vodljivim spojem.
Materijali, oblici i praksa gradnje
Aluminijska folija, metalizirani film i vodljiva tkanina pojavljuju se u zaštitnim proizvodima. Folija daje najveću vodljivost i najstabilnije dugoročne performanse, ali se lako gužva i buši, a gužvanje može puknuti vrlo tanak sloj. Metalizirani film je fleksibilniji i bolje se odupire zamoru od savijanja, po cijenu manje vodljivosti. Za ambalažu koja također mora kontrolirati statičko pražnjenje, uobičajena konstrukcija je vanjski sloj polimera za disipaciju statičkog elektriciteta preko metalnog sloja, a takve su vrećice kvalificirane prema ANSI/ESD S541 za zaštitu uređaja osjetljivih na elektrostatičko pražnjenje. Šavovi u konstruiranom kućištu izrađuju se preklapanjem, vodljivom ljepljivom trakom ili zavarivanjem, a kontinuitet spoja treba provjeriti mjerenjem otpora preko šava.
Ispitivanje učinkovitosti zaštite
Zaštita na razini materijala mjeri se metodom prirubničke koaksijalne prijenosne linije ASTM D4935, koja daje učinkovitost zaštite od ravnog vala preko definiranog frekvencijskog raspona, obično od 30 MHz do 1,5 GHz. Performanse na razini kućišta mjere se metodama IEEE 299, koje koriste kalibrirane antene unutar i izvan kućišta i izvješćuju o prigušenju na definiranim frekvencijama. Obje metode prikazuju decibele, a navedena brojka je besmislena bez frekvencijskog raspona, metode ispitivanja i vrste polja, jer kavez od folije koji mjeri 60 dB na 900 MHz može mjeriti samo nekoliko decibela na 50 Hz.
Ograničenja i uobičajeni nesporazumi
Tri točke se rutinski krivo shvaćaju. Prvo, Faradayev kavez blokira električna polja i radio valove, ali ne blokira statičko magnetsko polje. Drugo, aluminijska folija ne štiti samo uzemljenjem; kućište mora biti električki kontinuirano, a plutajući omotač odvodit će naboj samo ako je spojen na definirani potencijal. Treće, omotavanje uređaja koji odašilje vlastiti signal neće ga utišati u svim uvjetima, jer sloj folije u blizini antene deštimira antenu i može promijeniti spektar emisije umjesto da ga jednostavno apsorbira. Svaku primjenu zaštite koja utječe na certificirani proizvod treba provjeriti mjerenjem, a ne pretpostavkom.
Često postavljana pitanja
Q:Koliko mora biti debela aluminijska folija da blokira signal mobilnog telefona?
O: Jedan sloj obične folije za kućanstvo debljine oko 10 do 15 mikrometara općenito je dovoljan iznad nekoliko stotina megaherca, ali rezultat ovisi o tome koliko je potpuno predmet zamotan. Pokrivenost i preklapanje šavova bitniji su od dodavanja drugog sloja.
Q:Blokira li aluminijska folija magnetska polja?
O: Samo izmjenična magnetska polja i samo onoliko koliko se njegova debljina približava jednoj dubini kože. Statičko polje nije prigušeno, a na 50 ili 60 Hz dubina sloja u aluminiju je reda veličine 10 mm, daleko deblja od bilo koje folije.
Q:Zašto folija ponekad ne štiti iako izgleda zapečaćeno?
O: Dominiraju praznine, nabori i šavovi. Otvor veći od otprilike jedne dvadesetine valne duljine snažno zrači, a prirodni oksidni film na aluminiju stvara kontakt visokog otpora na šavovima osim ako je spoj zalijepljen.
Q:Koji se standardi koriste za mjerenje učinkovitosti zaštite?
O: ASTM D4935 mjeri učinkovitost zaštite ravnog materijala s koaksijalnim držačem prirubnice u definiranom frekvencijskom rasponu, a IEEE 299 definira metode za mjerenje učinkovitosti zaštite kućišta.
Q:Koja je razlika između zaštitne vrećice od folije i metalizirane vrećice od folije?
O: Sloj folije daje veću vodljivost i stabilnije prigušenje, ali se gužva i može pucati. Metalizirani film je fleksibilniji i bolje podnosi ponovljeno savijanje, s nižom vodljivošću. Torbe za statički osjetljive uređaje kvalificirane su prema ANSI/ESD S541.
Q:Može li se aluminijska folija koristiti za zaštitu cijele sobe?
O: Može osigurati prigušenje, ali samo ako je svih šest površina kontinuirano i svaki kabelski ulaz je filtriran na granici. Praktična zaštita prostorija koristi ploče obložene krutom folijom, spojene šavove i filtrirane prodore umjesto labave folije.
