Circuitos Práticos - Saber Eletrônica

Materiais das blindagens
Blindagens eletromagnéticas são feitas
quase sempre de materiais metálicos.
Exceções são feitas para plásticos e tintas
condutivas, que possuem em sua composição
algum tipo de metal ou grafite.
A escolha adequada do material da blindagem
será fundamental para a obtenção da
máxima atenuação dos sinais de RF assim
como para o mínimo custo de implementação.
Dessa forma será necessária uma
pequena olhada na teoria das blindagens
eletromagnéticas, mas nada muito assustador,
isto é, nada das equações de Maxwell
ou Teoria dos Campos Eletromagnéticos.
No final dos anos 30, Schelkunoff
propôs um modelo simples para as blindagens
eletromagnéticas baseado nas suas
propriedades de reflexão e absorção. Dessa
forma, a eficiência de blindagem (SE) de
uma barreira é definida como:
SE dB = A dB + R dB + B dB
onde o termo A representa a perda por
absorção, R representa a perda devida à
reflexão dos sinais e B representa a perda por
reflexões internas ao material da blindagem
e é fortemente dependente das perdas por
absorção. Para perdas por absorção maiores
que 10 dB, o fator B dB pode ser ignorado
(figura 7). Dessa forma a expressão será
simplificada para:
SE dB = A dB + R dB
Também podemos ver os conceitos envolvidos
nessas expressões. As perdas por
reflexão e absorção podem ser expressas por:
R dB = 20log 10 Z W /4Z B
onde Z W é a impedância da onda eletromagnética
e Z B é a impedância intrínseca
da blindagem, e
A dB = 8,686 αt
onde α é o coeficiente de absorção da
blindagem e t é a espessura da blindagem
em centímetros.
O inverso do coeficiente de absorção
(1/α) é chamado de skin depth e é a propriedade
magnética que tende a forçar a circulação
de corrente na superfície de um condutor.
Conforme a frequência, a condutividade ou
a permeabilidade aumentam, menor será o
skin depth e maior a perda por absorção.
Considerando todos esses fatores, podemos
obter um conjunto de equações que
relacionam as características do material da
blindagem, suas condições de utilização e
as perdas por reflexão e absorção:
R dB = 322 - 10log 10 (µ r /σ r )(r 2 f 3 )
(para campos elétricos)
R dB = 15 - 10log 10 (µ r /σ r )(1/r 2 f)
(para campos magnéticos)
R dB = 168 - 10log 10 (µ r /σ r )f
(para ondas planas)
A dB = 1,314(t cm ) (µ r σ r f) 1/2
Onde µ r é a permeabilidade relativa e
σ r é a condutividade relativa do material
da blindagem, f é a frequência em hertz, r
é a distância entre a fonte de sinal eletromagnético
e a blindagem, em metros, e t é
a espessura da blindagem em centímetros.
É importante observar que para as perdas
por reflexão devemos verificar se estamos
na condição de campo próximo (near field)
ou campo distante (far field). Na condição de
campo próximo temos diferentes valores para
a perda por reflexão para campo elétrico (E)
e magnético (H). Consideramos que estamos
trabalhando em campo próximo se a distância
entre a fonte de sinal e a blindagem for
menor que λ/2π. Se a distância for maior,
Projetos
F7. Representação das perdas em uma blindagem condutiva.
A eficiência de uma blindagem metálica
sólida é bastante alta, mas na prática, os
valores de atenuação obtidos serão muito
menores devido aos aspectos mecânicos de
sua construção. Descontinuidades, emendas,
furos de ventilação e diversos outros fatores
práticos irão reduzir a atenuação máxima
da blindagem.
A escolha cuidadosa do material da
blindagem irá permitir obter a atenuação
necessária levando em conta as limitações
impostas por aspectos mecânicos e térmicos
do projeto.
Conclusão
Uma blindagem eletromagnética pode
ser projetada com relativa facilidade, mas
exige um estudo cuidadoso das condições
do circuito eletrônico, frequências envolvidas,
limitações mecânicas e de custo.
Implementar uma blindagem ao final do
projeto sempre será mais difícil, mais caro
e o resultado pode inviabilizar um projeto.
Uma blindagem deve ser considerada desde
o início do projeto eletrônico, mesmo que
ela não venha a ser utilizada no final. Adaptações
mecânicas em projetos finalizados
sempre serão traumáticas.
Em um próximo artigo iremos discutir
os aspectos práticos e suas implicações no
desempenho de uma blindagem.
então consideramos ondas planas. E
Janeiro/Fevereiro 2012 I SABER ELETRÔNICA 459 I 55