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Emissionsquellen im Gehäuse EMV: Störsignale wirkungsvoll abschirmen (Teil 5)

Von Dr. Heinz Zenkner* 4 min Lesedauer

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG
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Bei der Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit spielt die Schirmung von Gehäusen und Leitungen eine wichtige Rolle. In Teil 5 geht es um die Auswirkungen, wenn eine Baugruppe mit Dämpfung einer Emissionsquelle auf der elektronischen Leiterplatte durch eine Absorberfolie in ein Gehäuse eingebaut wird.

Gehäuseschirmung und EMV: 
Ein umfassender Leitfaden zum Thema ist der fünfteilige Beitrag. In Teil 5 geht es um die praktische Anwendung von Leiterplatte und Absorberfolie im Gehäuse.(Bild: © Papisut - stock.adobe.com)
Gehäuseschirmung und EMV: 
Ein umfassender Leitfaden zum Thema ist der fünfteilige Beitrag. In Teil 5 geht es um die praktische Anwendung von Leiterplatte und Absorberfolie im Gehäuse.
(Bild: © Papisut - stock.adobe.com)

Die bisherige Betrachtungen in Teil 4 der Serie um die Störemissionen zu reduzieren, bezog sich auf die Kopplung zwischen Leiterbahnen und Komponenten auf der elektronischen Baugruppe. In Teil 5 soll nun betrachtet werden, wie sich solche Maßnahmen auswirken, wenn die Baugruppe in ein Gehäuse eingebaut wird.

Bild 29 zeigt die in das Gehäuse eingebaute Baugruppe, die Masseebene der Baugruppe wurde nicht mit dem Gehäuse geerdet.

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Um die Wirksamkeit der folgenden Maßnahmen mit dem EMI-Patch darstellen zu können, wurden die rundum lackierten Blechteile und die mit Kunststoffrahmen isolierte Front- und Rückseite des Gehäuses EMV-tauglich gemacht. Dazu wurden die Kunststoffrahmen mit Kupferleitband überzogen und die Gehäuseteile an den Kontaktflächen von der blauen Lackschicht befreit.

Bild 30 zeigt die Emission des offenen Gerätes, gemessen mit einer H-Feld-Sonde am oberen Gehäuserand. Der Aufbau entspricht Bild 20.

Auch wenn das Gehäuse als solches HF-dicht ist, ergibt sich häufig die Problematik, dass Lüftungsschlitze benötigt werden, über die hochfrequente Abstrahlung stattfinden kann. Diese Situation zeigt Bild 31.

Die Gruppe von Schlitzen wurde mit einem ca. 4 mm breiten Streifen des EMI Patch WE-EMIP 371000 halbiert, um so die Emission zu verringern, trotzdem aber den Luftdurchlass nicht zu stark zu beeinträchtigen. Die Maßnahme mit dem zugehörigen Emissionsergebnis ist in Bild 32 gezeigt.

Es zeigt sich, dass im Bereich bis ca. 200 MHz die Reduzierung der HF-Emission ca. 3 bis 5 dB beträgt, da hier die Emission auch über die Unterkante des Gehäuses erfolgt. Mit höher werdender Frequenz jedoch ist die Reduzierung der Emission durch die Halbierung der Schlitzlängen hoch und erreicht bis zu 15 dB.

Da der EMI-Patch selbstklebend ist, kann diese Maßnahme sowohl zu kurzfristigen Versuchen im EMV-Labor als auch in der Produktion durchgeführt werden. Der EMI-Patch muss, um eine hohe Dämpfung der Abstrahlung über die Schlitze zu erreichen, an jedem der Stege galvanisch kontaktieren.

Das Kammspektrum der Amplituden zwischen 200 und 300 MHz wird durch eine Resonanz der Leiterplatte verursacht und lässt sich durch eine Kontaktierung der Masselage am Gehäuse stark reduzieren. Jedoch steigt dadurch breitbandig der Pegel derer Frequenzen an, die ohne Massekontaktierung geringer sind, da über die Massekontaktierung Ströme fließen, die durch die Potenzialunterschiede auf der Leiterplatte erzeugt werden (Bild 33).

Feldstärkemessung mit Antenne (Precompliance Set-Up)

Bisher wurde die Wirksamkeit der Maßnahmen im Nahfeld mit einer H-Feld-Sonde gemessen. Im Folgenden wurde der tatsächliche Wert der Wirksamkeit durch eine Feldstärkemessung (Precompliance Set-Up) in einer Distanz von 3 m überprüft. Den Aufbau zeigt schematisch Bild 34.

Überprüft wurde die Maßnahme mit und ohne EMI-Patch auf der mit 50 Ω abgeschlossenen Leiterbahn. In Bild 35 ist das Ergebnis zu sehen, als Vergleich dient hier ein hoher Emissionspegel bei 360 MHz.

Der hohe Pegel bei offenem Gehäuse von ca. 103 dBµV/m reduziert sich auf ca. 81 dBµV/m durch Schließen des Gehäuses. Das Anbringen des EMI-Patch reduziert den Pegel um weitere 16 dB auf 65 dBµV/m. Die Maßnahme zeigt somit bei Reduzierung der Feldstärke eine hohe Wirkung. Eine Voraussetzung für die Anwendung in der elektronischen Schaltung ist, dass die Signalintegrität das Aufbringen eines EMI-Patch zulässt.

EMI-Patches bieten eine effektive und flexible Lösung zur Dämpfung elektromagnetischer Störungen in elektronischen Schaltkreisen und Geräten. Es zeigt sich ihre Wirksamkeit durch Absorption und Reflexion elektromagnetischer Störungen, insbesondere bei hohen Frequenzen. Die Experimente bestätigen ihre Effektivität, indem sie sowohl Störreflexionen als auch Induktionsübersprechen signifikant reduzieren. Die Patches sind eine schnelle Lösung, die sich sowohl für Prototypen als auch für bestehende Geräte eignet, um das EMV-Verhalten zu optimieren. (kr)

Literatur

[1] Zenkner, H.: EMV-Konformität meistern! Artikelserie in Elektronikpraxis 8/2024 bis 17/2024.

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[2] Zenkner, H.: EMV-Störsignale wirkungsvoll abschirmen – Teil 1: Grundlagen der Gehäuseschirmung. Elektronikpraxis, Sonderheft Elektromechanik I/2025, S. 10ff

[3] Victoria, J.; Suarez, A.; Martinez, P.A.; Amaro, A.; Alcarria, A.; Torres, J.; Herraiz, R.; Solera, V.; Martinez, V.; Garcia-Olcina, R.: Advanced Characterization of a Hybrid Shielding Solution for Reducing Electromagnetic Interferences at Board Level. https://doi.org/10.3390/electronics13030598

[4] ABC of Shielding, Grundprinzipien, Bauelemente, Applikationen, 1. Auflage, Art. Nr. 744021, Würth Elektronik, ISBN-10: ‎ 3899294521, https://www.we-online.com/en/components/products/ABC_OF_SHIELDING_ENGLISH

[5] Mroczkowski, R.S.; Jugy, R.: Trilogy of Connectors. 4. Auflage, Art. Nr. 699004, Würth Elektronik, ISBN-10: ‎ 3899292006, https://www.we-online.com/en/components/products/TRILOGY_OF_CONNECTORS_ENGLISH

[6] Datenblatt WE-EMIP EMI Patch 371000, Würth Elektronik, https://www.we-online.com/en/components/products/WE-EMIP_EMI_PATCH

[7] Datenblatt WE-EMIP EMI Patch 371100, Würth Elektronik, https://www.we-online.com/en/components/products/WE-EMIP_EMI_PATCH

* Dr. Heinz Zenkner ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für EMV.

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