Elektromagnetische Interferenz (EMI) Leitfähige Kunststoffe für EMI-Abschirmung bei 5G-Anwendungen

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Treston Deutschland GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

EMI kann zu Fehlfunktionen, Leistungseinbußen und sogar Sicherheitsrisiken führen. Die Entwicklung neuer Materialien und Techniken zur EMI-Abschirmung ist daher ein entscheidender Schritt für den Erfolg von 5G. Diese Materialien und Techniken müssen in der Lage sein, EMI wirksam zu blockieren, ohne die Leistung oder Effizienz von 5G-Systemen zu beeinträchtigen.

5G verspricht eine Vielzahl neuer Anwendungen und Vorteile, wie höhere Bandbreiten, geringere Latenzzeiten und eine größere Reichweite. Um diese Ziele zu erreichen, müssen jedoch einige Herausforderungen überwunden werden, darunter die Kontrolle elektromagnetischer Interferenzen (EMI). Um das zu erreichen, müssen 5G-Netzwerke EMI-Interferenzen verhindern, damit sie einwandfrei funktionieren. Dazu sind neue EMI-Abschirmungsmaterialien und -techniken erforderlich. Leitfähige Kunststoffe bieten ein großes Potenzial für die EMI-Abschirmung in 5G-Netzwerken. Sie sind dünn, leicht und einfach zu verarbeiten. Die Premier-Linie leitfähiger Kunststoffe von Parker Chomerics ist ein Beispiel für eine EMI-Abschirmungslösung für 5G-Netzwerke.

Jede spezifische leitfähige Kunststoffsorte ist eine Synthese aus thermoplastischen PC/ABS-Polymerlegierungen und leitfähigen Füllstoffen, die für eine ausgewogene elektrische, mechanische und physikalische Leistung entwickelt wurden.Die leitfähige Füllstofftechnologie nutzt vernickelte Kohlenstofffasern (Ni-C) als Basisfüllstoff, die mit Nickel-Graphit-Pulver (Ni-C) gemischt werden, um eine höhere Leistung zu erzielen. Jedes Füllmaterial bietet einzigartige Eigenschaften, die OEMs von elektronischen Geräten dabei unterstützen, die EMV-Anforderungen im globalen 5G-Markt zu erfüllen.

Hochfrequenz-Testgehäuse nach IEEE-STD 299

Um sicherzustellen, dass neue EMI-Abschirmungsmaterialien die Anforderungen von 5G-Anwendungen erfüllen, sind umfangreiche Tests erforderlich. Parker Chomerics hat eine Reihe von Premier UL-94 V-0 und Super-Temperature- (ST-)Klassen bewertet: A230-FRHF, A230-ST, A240-FRHF und A240-ST.

In der Vergangenheit wurde die gesamte Premier-Produktfamilie umfassenden EMI-Abschirmungstests unterzogen, insbesondere unter Anwendung der Industriestandards ASTM-D4935 und IEEE-STD 299 über Frequenzbänder von 30 MHz bis 40 GHz. Es besteht jedoch ein zunehmender Bedarf an Materialien, die in der Lage sind, EMI bei den höheren Frequenzen abzuschirmen, mit denen 5G arbeiten wird. Mit diesen Tests wurden daher neue Wege beschritten.

Neue Tests erfordern oft neue Testmethoden und neue Testgeräte, was Parker Chomerics dazu veranlasst hat, eine komplett neue Hochfrequenz-Testkammer für die Abschirmwirkung zu entwickeln, die Mini-Box. Diese Art von Testaufbau nach der Norm IEEE-STD 299 in kleinem Maßstab bewertet die Abschirmwirkung bei Frequenzen bis zu 115 GHz.Leider sind die großen Testkammern, die für Abschirmungstests verwendet werden, aufgrund der Kabellängen und dem Einsatz von Standardausrüstung für diese hohen Frequenzen nicht geeignet. Außerdem sind Transferimpedanz-Testtechniken aufgrund des Testadapters und der Probengröße in der Regel über 1 bis 10 GHz nicht sinnvoll.

Einheitliche Probengröße für EMI-Abschirmungstests

Die geformten Premier Last- und Referenzproben hatten einen Durchmesser von 133 mm. Ein wichtiger Vorteil dieser Probengröße ist, dass derselbe Durchmesser sowohl für die Prüfung nach ASTM D4935 als auch nach IEEE-STD 299 geeignet ist, wobei entweder die Hauptprüfkammer von Parker Chomerics oder die Mini Box verwendet werden kann. Daher wird nur eine Probe benötigt, um Testdaten von 30 MHz bis 110 GHz zu erhalten.

Für die Prüfungen nach ASTM D4935 wurde eine koaxiale Anordnung verwendet, die speziell für die Prüfung von homogenen Materialien im Frequenzbereich von 30 MHz bis 1,5 GHz entwickelt wurde. Bei dieser Anordnung wurde ein Prüfling zwischen zwei Hälften der Prüfvorrichtung platziert. Mit einem konventionellen Spektrumanalysator wurde der erste Test mit der „Referenzscheibe“ durchgeführt, während der zweite Abschirmungstest mit dem belasteten Teststück durchgeführt wurde.

Prüfmethoden für EMI-Abschirmungsmaterialien nach IEEE-STD 299

Die Prüfungen nach IEEE-STD 299 wurden in zwei verschiedenen Konfigurationen durchgeführt. Zunächst wurde in der Hauptkammer der Prüfling bei Frequenzen von 800 MHz bis 40 GHz getestet. Diese Kammer ist ein vollständig geschweißtes Stahlgehäuse von 3,7 m x 6 m mit zwei Bereichen und einer gemeinsamen Wand mit einer Zugangsplatte, auf der der Prüfling platziert wird. Auf der einen Seite der Prüfkammer befindet sich der Sender und die Antenne, auf der anderen Seite der Empfänger und die Antenne.

Anschließend wurde die Mini Box bei Frequenzen von 50 MHz bis 110 GHz mit dem Netzwerkanalysator Keysight N5225A getestet. Es erfolgten zwei Messungen des Übertragungskoeffizienten, eine mit dem Material auf der Mini Box und eine ohne Material zwischen den beiden Antennen (IEEE-STD 299 offene Referenz). Der Unterschied zwischen den beiden gemessenen Übertragungskoeffizienten bestimmt die Abschirmwirkung des Materials.

Auch hier wurde der gleiche Prüfling über der Öffnung an der Vorderseite des Gehäuses positioniert, wobei sich eine Antenne als Sendeantenne am anderen Ende der Öffnung im Gehäuse befand. Eine weitere Antenne, die als Empfangsantenne diente, befand sich außerhalb der Mini-Box in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Materials. Die Freifeld-Prüfmethode nach IEEE-STD 299 erleichterte die Prüfung in der Hauptkammer und in der Mini-Box. In beiden Fällen befanden sich Sende- und Empfangsantenne im gleichen Abstand wie bei den abschließenden Messungen der Schirmdämpfung. Nach der Endprüfung konnte die Abschirmwirkung aus der Differenz zwischen dem bei der offenen Referenzmessung und der Endmessung ermittelten Wert in Dezibel (dB) berechnet werden.

* David Inman ist Applications and Test Services Manager bei Parker Chomerics.

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