무선주파수 간섭의 특성과 차폐

1. RF 차폐란

무선 주파수(RF) 차폐는 무선 주파수 간섭(RFI)을 유발하는 무선 주파수 전자기 신호를 차단하는 방식입니다. RFI는 장치의 전기 회로가 정상적으로 작동하지 못하게 할 수 있습니다.

 

RF 차폐는 전자 장치, 케이블 라인, 전자기장의 잠재적 소스 및 희생자의 회로 주위에 전도성 및 자성 재료로 만들어진 장벽을 설치하여 환경으로부터 완전히 격리함으로써 수행됩니다. 간섭의 양을 줄이는 RF 차폐의 효과는 차폐 재료의 특성, 설계, 차폐 두께, 전자기 주파수 및 차폐에 존재하는 불연속성의 크기에 따라 다릅니다.

 

 

 

무선 주파수 간섭은 전자 및 통신 장치의 성능을 저하시킬 수 있는 문제입니다. 모든 유형의 장치는 RFI에 대해 고유한 응답을 가지고 있습니다. 이로 인해 시스템 및 정보 손실, 데이터 및 보안 침해, 일부 장치의 경우 오류가 발생할 수 있습니다.

 

그러나 RFI는 전자 제품에 널리 퍼져 있으며 제거할 수 없습니다. 전기 회로는 무선 주파수 전자기 신호를 방출하고 동시에 해당 신호에 민감해질 수 있습니다. RF 차폐의 사용은 RF 간섭으로 인한 유해한 영향으로부터 장치와 장비를 보호하기 위한 조치입니다.

 

 

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2. 무선 주파수 간섭의 특성

전자기파는 에너지를 운반하며 서로 직각으로 진동하는 전기파와 자기파로 구성됩니다. 전자기파는 파장과 주파수가 특징입니다. 이러한 파동의 연속체는 전자기 스펙트럼에서 시각화됩니다.

 

 

 

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전자기 간섭 및 무선 주파수 간섭

전자기 간섭(EMI)은 원치 않는 전자파나 신호가 전기 장치의 적절한 기능을 방해할 때 발생합니다. 종종 "전자기 노이즈" 또는 간단히 "노이즈"라고 합니다. 

 

모든 주파수의 전자기 복사는 간섭을 일으킬 수 있습니다. 무선 주파수 간섭(RFI)은 관련된 전자기파가 전자기 스펙트럼의 무선 주파수 대역에 있을 때 EMI의 한 형태입니다. 전파의 주파수는 3kHz에서 300GHz까지 광범위합니다. EMI와 RFI라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만 전자가 일반적으로 사용됩니다.

 

RFI는 스펙트럼의 무선 주파수에서 EMI의 한 형태입니다.

 

 

 

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3. RF 차폐 재료

차폐 효과는 재료의 전기 전도도 및 자기 투과성, 전자기파의 주파수 및 차폐의 형상에 따라 다릅니다. 높은 전도성은 재료가 전자기파의 전기 구성 요소를 차단하거나 반사할 수 있도록 합니다. 반면에 높은 자기 투과성은 재료가 자속에 대한 낮은 저항 경로를 제공할 수 있도록 하여 차폐 영역 주변의 자속을 흡수하고 끌어당기는 데 유용합니다.

 

재료 선택은 전자기장의 전기 및 자기 구성 요소의 상대적 강도를 기반으로 합니다.

일반적인 RF 차폐 재료는 다음과 같습니다.

 

1) 구리

구리는 전자파의 전기 및 자기 성분을 흡수하고 감쇠하는 데 매우 효과적이기 때문에 가장 신뢰할 수 있는 RF 차폐 재료입니다. 그것은 높은 전기 전도성을 가지고 있습니다.

 

구리는 제조하기 쉽고 다양한 바람직한 모양으로 형성됩니다. 구리 기반 쉴드는 비교적 쉽게 전자 장치에 RF 쉴드로 설치할 수 있습니다. 이 외에도 구리는 자연적으로 부식에 강하며 환경에 의한 산화에 저항할 수 있습니다.

 

인 청동, 베릴륨 구리, 황동 및 청동과 같은 구리 합금이 RF 차폐 재료로 사용됩니다. 인 청동과 베릴륨 구리의 탄성은 배터리 및 스프링의 접촉 응용 분야에 유용합니다. 그러나 우수한 RF 차폐 특성에도 불구하고 구리는 다른 재료에 비해 더 비쌉니다.

 

 

 

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2) 니켈 실버(구리 합금 770)

일반적으로 구리 합금 770이라고 하는 니켈 실버는 다양한 양의 니켈, 구리 및 아연을 함유하고 있으며 부식성이 높은 환경에서 RF 차폐 재료로 널리 사용됩니다. RFI를 중간 kHz에서 GHz 주파수 범위까지 감쇠하는 데 효과적입니다. 투과율이 1이므로 자기파가 허용되지 않는 MRI 기계용 RF 차폐를 구성하는 데 이상적입니다.

 

니켈 실버는 부식 방지 및 납땜 가능을 위해 사후 도금이 필요하지 않습니다. 은을 포함하지 않지만 밝은 은색 외관을 가진 매우 미적인 소재입니다.

 

 

 

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3) 알루미늄

알루미늄은 전기 전도성이 높고 강도 대 중량 비율이 높은 비철금속입니다.얇은 알루미늄 시트는 저주파 전파를 차단합니다. 알루미늄은 무선 주파수에 대한 내장 보호 기능을 제공하기 위해 전자 장치의 인클로저를 구성하는 데 사용할 수 있습니다.

 

알루미늄은 구리 전도성의 50-60%를 가지고 있어 구리와 동일한 차폐 효과를 얻으려면 알루미늄 RF 차폐의 두께가 더 커야 합니다. 그러나 알루미늄은 갈바닉 부식 및 산화가 발생하기 쉽습니다. 환경에 노출되면 표면에 산화물이 형성됩니다. 또한 그 자체로 납땜성이 좋지 않습니다.

 

 

 

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4) 강철

강철은 다양한 방식으로 제조되며 다양한 합금 함량을 가지고 있습니다. 강철 및 기타 강자성 재료는 구리 합금과 알루미늄에 부족한 저주파 자기장 차폐를 제공합니다. 그들은 강철의 유형에 따라 광범위한 RF 차폐 및 기계적 특성을 가지고 있습니다.

 

저탄소강은 고탄소강보다 투과성과 포화점이 높습니다. 이러한 특성은 RF 차폐에서 전자기파의 자기 성분을 그리는 데 중요합니다. 포화점은 재료가 특정 두께에서 포함할 수 있는 자속 밀도를 나타냅니다.

 

어닐링된 강철은 향상된 자기 특성을 가지고 있습니다. 어닐링은 입자 구조를 확대하고 강철의 내부 응력을 완화합니다. 강철의 결정립 방향은 낮은 저항 경로를 제공하기 위해 자속과 같은 방향이어야 합니다. 마지막으로 냉연강은 더 나은 자기 차폐 특성을 가지고 있지만 열연강은 기계적 특성이 더 우수합니다.

 

5) 뮤메탈

Mu-metal은 약 80-82%의 니켈, 5%의 몰리브덴, 구리 및 실리콘과 같은 합금 원소, 균형으로서의 철로 구성된 부드러운 강자성 합금이며 우수한 자기 투과성을 가지고 있습니다. 연성과 가단성이 우수하여 다양한 모양으로 쉽게 성형할 수 있습니다. 뮤 메탈 RF 차폐는 전력 변압기, MRI 장비, 하드 디스크, 센서 및 기타 민감한 전자 장치에 사용됩니다.

 

 

 

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6) 사전 주석 도금 강철

사전 주석 도금 강철은 kHz에서 스펙트럼의 더 낮은 GHz 범위까지 전자기파를 캡처하는 저비용 RF 차폐 재료입니다. 주석 도금은 내식성을 제공하고 기판 조립 중에 납땜할 수 있게 합니다.

도금, 아크 또는 화염 분무, 금속화 및 스퍼터링과 같은 코팅 기술은 내식성과 납땜성 또는 서로 다른 표면 간의 호환성을 높이기 위해 특정 금속에 수행됩니다. 일반적인 코팅 재료에는 주석, 주석-납, 아연, 금 및 크롬산염이 포함됩니다.

 

7) 전도성 엘라스토머

유연성으로 인해 엘라스토머 재료는 개스킷, O-링 및 라이닝과 같은 다양한 형태의 RF 차폐로 쉽게 가공할 수 있습니다. 전자파를 코팅하고 니켈 흑연, 은 구리, 은 알루미늄과 같은 금속 충전재로 코팅하고 로드하여 전자파를 차단하기 위해 전기 전도성으로 만들어집니다. 이러한 재료는 차폐 이음매 및 전자 클로저의 기타 개구부를 따라 전도성 경로를 제공하여 환경으로부터 전자기장을 완전히 차단합니다.

 

접착식 백킹이 있는 엘라스토머 기반 RF 차폐를 사용하여 쉽게 설치할 수 있습니다.

RF 차폐에 사용되는 일반적인 엘라스토머 재료는 실리콘 고무, 플루오로 실리콘 고무, EPDM 및 네오프렌입니다. 이 재료는 매우 유연한 합성 엘라스토머이며 자외선, 오존, 산화, 풍화 및 많은 화학 물질에 대한 저항성이 우수합니다. 높은 열 및 치수 안정성을 가지며 실외 및 열악한 환경에 이상적입니다.

 

 

 

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8) 전도성 직물

전도성 직물은 니켈, 구리, 은, 금 및 탄소와 같은 금속으로 코팅되거나 혼합된 경량 섬유 재료입니다. 이 재료는 우수한 차폐 효과를 나타내며 밀폐된 공간 및 공간에서 RFI를 완화하는 데 사용됩니다. 전도성 직물의 합성에 사용되는 섬유에는 폴리에스터, 면, 실크 및 나일론이 포함됩니다.