Matériaux absorbant les ondes magnétiques douces: de la « réflexion» à l '« absorption» - Comment une Perméabilité magnétique élevée remodèle la logique d'ingénierie de l'inhibition EMI

I. ondes électromagnétiques "piégées" par réflexion métallique

Dans la refonte CEM de l'électronique, les ingénieurs rencontrent souvent un dilemme: des blindages métalliques ont été chargés à l'intérieur de l'appareil, mais les émissions de rayonnement dans certaines bandes de fréquences sont encore dépassées. Le problème est la réflexion - le bouclier métallique, bien qu'il bloque le rayonnement des ondes électromagnétiques vers l'extérieur, à l'intérieur de la cavité fermée, les ondes électromagnétiques sont réfléchies d'avant en arrière entre les parois métalliques, créant des ondes stationnaires et des résonances de cavité qui créent des intensités de champ anormalement élevées à des Points de fréquence spécifiques, aggravant plutôt les perturbations subies par les circuits sensibles.

L’idée de résoudre ce problème n’est pas de continuer à « confiner », mais de « conduire » – d’introduire un matériau capable d’absorber les ondes électromagnétiques plutôt que de les réfléchir. Les matériaux absorbant les ondes magnétiques douces sont créés précisément pour ce besoin.

Pourquoi les matériaux magnétiques doux peuvent "aspirer" les ondes électromagnétiques

La capacité d'absorption d'un matériau absorbant magnétiquement doux provient de son mécanisme de perte magnétique unique. Les matériaux magnétiques doux ont les caractéristiques typiques d'une boucle d'hystérésis étroite, d'une faible rémanence et d'une faible coercitivité, ce qui leur permet de réagir rapidement aux variations du champ magnétique dans les champs magnétiques alternatifs. Lorsque les ondes électromagnétiques sont incidentes à la surface d'un matériau absorbant magnétiquement doux, le moment magnétique à l'intérieur du matériau se retourne à plusieurs reprises avec le champ magnétique alternatif. Des mécanismes tels que la perte d'hystérésis, la résonance naturelle et la résonance de paroi de domaine convertissent l'énergie des ondes électromagnétiques en énergie thermique, ce qui permet une atténuation efficace des ondes électromagnétiques.

Le mécanisme de perte des ferrites de nickel - zinc est principalement la résonance naturelle et la résonance de domaine magnétique, dont la fréquence angulaire de résonance est étroitement liée à l'intensité de l'aimantation saturée et au champ d'anisotropie des cristaux magnétiques. Les alliages magnétiques doux ont un mécanisme de perte magnétique riche, y compris la perte par hystérésis, la perte par courants de Foucault et la résonance naturelle, etc., qui présentent un grand potentiel d'application dans la bande gigahertz.

Iii. Adaptation d'impédance: la « première porte» qui détermine l'efficacité d'aspiration

Le principal problème d'ingénierie auquel sont confrontés les matériaux absorbants magnétiques mous est l'adaptation d'impédance. Lorsque les ondes électromagnétiques sont incidentes de l'air à la surface du matériau, si l'impédance électromagnétique du matériau diffère trop de l'espace libre (environ 377 Ω), la plupart des ondes électromagnétiques sont réfléchies sur la surface et ne peuvent pas entrer à l'intérieur du matériau pour être absorbées.

La constante diélectrique et la Perméabilité magnétique d'un matériau sont des paramètres clés qui influencent l'adaptation d'impédance. Une constante diélectrique élevée et une Perméabilité magnétique élevée signifient généralement une impédance plus élevée, ce qui peut entraîner une réflexion des ondes électromagnétiques. Il est donc nécessaire d'ajuster ces paramètres pour obtenir une correspondance avec l'espace libre. Lorsque la poudre d'alliage magnétique doux cause une constante diélectrique trop élevée en raison de la conductivité électrique élevée, le traitement de revêtement avec de la ferrite à haute résistance peut réduire considérablement la valeur de la constante diélectrique, réaliser l'adaptation d'impédance, de sorte que les caractéristiques d'absorption des ondes électromagnétiques du système sont bien représentées.

Technologie avancéeL'étude du matériau absorbant magnétique doux de la marque de platine utilise une couche magnétique douce à haute Perméabilité magnétique avec une structure composite multicouche empilée alternativement de couches diélectriques à haute permittivité, en adaptant l'impédance couche par couche, en guidant efficacement les ondes électromagnétiques à l'intérieur du matériau et en les atténuant couche par couche, réduisant la réflexion de surface.

Iv. Système de matériaux: ferrite, alliage magnétique doux et contraste de performance des nanocristaux

Les propriétés des matériaux absorbants magnétiques mous sont enracinées dans leur système absorbant. Les différents matériaux sont ajustés en termes de Perméabilité magnétique, d'inductance magnétique saturée, de bande de fréquence applicable et de coût.

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Le matériau absorbant les ondes de ferrite a des caractéristiques telles que la bande d'absorption élevée, le taux d'absorption élevé, l'épaisseur adaptée mince, etc. dans la bande moyenne et haute fréquence, il a de bonnes propriétés de suppression des courants de Foucault, il est largement utilisé dans les scénarios d'application à moyenne et haute fréquence. Le matériau en alliage magnétique doux nanocristallin à base de fer a une force d'induction magnétique saturée de 1,2 à 1,5 T, supérieure à celle de la ferrite de 0,2 à 0,5 T; la température de Curie est de 570 à 620 ° C, bien supérieure à celle de la ferrite inférieure à 200 ° c. Plus important encore, les caractéristiques de température des nanocristaux à base de fer sont plus stables que celles de la ferrite - lorsque la température ambiante est supérieure à 40 ° C ou inférieure à - 20 ° C, les matériaux en Ferrite ont tendance à ne pas fonctionner correctement en raison de la volatilité de la Perméabilité magnétique, tandis que Les matériaux en alliage magnétique doux à base de nanocristaux de fer peuvent toujours fournir leurs excellentes propriétés magnétiques douces normalement et de manière stable.

V. paramètres de performance clés et points clés de sélection

Lors de l'évaluation des matériaux absorbant les ondes magnétiques douces, plusieurs indicateurs sont les plus critiques:

Partie réelle de la Perméabilité magnétique (μ ')Détermine la capacité du matériau à diriger le flux magnétique. Plus μ 'est élevé, plus les ondes électromagnétiques sont susceptibles d'être introduites à l'intérieur du matériau. Les matériaux absorbants ont généralement une Perméabilité magnétique comprise entre 40 et 250 (bande de 13,56 MHz) et peuvent être sélectionnés en fonction de la bande de fréquence spécifique à l'application.

Tangente angulaire de perte magnétique (tanδμ)Détermine l'efficacité avec laquelle un matériau Convertit l'énergie électromagnétique en énergie thermique. Plus la tangente d'angle de perte magnétique est élevée, plus l'efficacité de perte est élevée. Les composites en alliage magnétique doux combinent des pertes diélectriques (ε "= 12,19 - 15,46) et magnétiques (μ" = 0,41 - 1,04), ce mécanisme de synergie à double perte permet une atténuation efficace des ondes électromagnétiques à basse fréquence à faible épaisseur.

Bande passante absorbée efficace (eab)Se réfère à la gamme de fréquences où les pertes par réflexion sont inférieures à - 10 dB (c'est - à - dire que le taux d'absorption est supérieur à 90%). Grâce à des moyens de régulation de composition tels que le dopage la - ND, la bande passante d'absorption efficace des alliages magnétiques doux FECO peut être étendue de 1,51 GHz à 7,56 GHz.

L'épaisseur est une contrainte clé pour les matériaux absorbant les ondes magnétiques douces dans les scènes confinées dans l'espace. L'épaisseur d'un matériau affecte l'adaptation d'impédance et l'efficacité d'absorption - un matériau plus épais peut augmenter le chemin de propagation des ondes électromagnétiques, mais peut également augmenter la réflexion, ce qui nécessite de trouver une épaisseur optimale entre l'adaptation d'impédance et l'absorption efficace. La gamme d'épaisseur actuelle de la lame d'aspiration magnétique douce principale couvre de 0025 mm à 0,5 mm.

Scénario d'application: de la charge sans fil à la suppression EMI

Isolation de charge sans fil avec blindage magnétique.C'est le domaine où l'utilisation de matériaux absorbant les ondes magnétiques douces augmente le plus rapidement. Dans un système de charge sans fil, une lame magnétique douce est placée entre la bobine réceptrice et le fond métallique, guidant les lignes de champ magnétique vers la zone active de la bobine, réduisant les fuites vers le fond métallique. Le matériau en alliage magnétique doux nanocristallin à base de fer a une Perméabilité magnétique élevée, une force d'induction magnétique saturée élevée et une température de curie élevée, ce qui peut réduire efficacement le poids et le volume de la structure composite empilée de blindage électromagnétique, ce qui rend le module de charge plus léger et plus mince. Dans le scénario de charge sans fil haute puissance de voiture, le même volume de nanocristallin à base de fer feuille d'isolation magnétique peut fournir un plus grand flux magnétique que la feuille d'isolation de ferrite, assurer aucune anomalie de saturation magnétique, réduire la production de chaleur.

Inhibition EMI avec élimination de résonance de la cavité.À l'intérieur du Bouclier du smartphone, de la tablette et d'autres appareils, le matériau absorbant magnétique doux est attaché à l'intérieur du bouclier, réduisant les interférences électromagnétiques et la diaphonie du signal, éliminant la réflexion des ondes électromagnétiques dans la cavité de blindage. Le matériau absorbant est capable d'inhiber la réflexion multiple des ondes électromagnétiques, d'absorber les échos parasites et d'éliminer les interférences et les effets des micro - ondes entre les différents dispositifs.

RFID / NFC contre les interférences métalliques.Lorsque les étiquettes RFID / NFC sont collées sur une surface métallique, les courants de Foucault métalliques affaiblissent considérablement le champ magnétique de l'antenne. La lame magnétique douce fournit une voie à faible réluctance aux lignes de champ magnétique à travers une Perméabilité magnétique élevée, concentrant le flux magnétique dans la zone de l'antenne de l'étiquette, améliorant efficacement la distance de lecture et d'écriture et le taux de reconnaissance.

Considérations de sélection: décisions d'ingénierie de la fréquence à l'adaptation d'impédance

Les ingénieurs lors du choix d'un matériau absorbant les ondes magnétiques douces, les dimensions suivantes méritent une attention particulière:

• Correspondance de fréquence d'interférence cible.La réponse en fréquence varie considérablement entre les différents systèmes de matériaux magnétiques doux. La Ferrite convient aux bandes moyennes et hautes fréquences supérieures à 50 kHz, jusqu'à 100 MHz; Les nanocristaux à base de fer ont l'avantage d'une Perméabilité magnétique élevée dans la bande de basse fréquence 50hz - 50khz; Les poudres d'alliage magnétique doux présentent une force d'induction magnétique saturée élevée dans la plage de 1 kHz à 100 kHz.
• Conception d'adaptation d'impédance.L'adaptation d'impédance est un facteur clé qui affecte les performances d'absorption d'onde. Lors de l'option, il est nécessaire de se concentrer sur le fait que le rapport de la constante diélectrique du matériau à la Perméabilité magnétique soit proche de l'impédance de l'espace libre pour s'assurer que les ondes électromagnétiques peuvent entrer efficacement à l'intérieur du matériau pour être absorbées et non réfléchies en surface.
• Épaisseur et espace d'installation.Dans les appareils comme les smartphones où l'espace est extrêmement limité, la préférence doit être donnée aux spécifications ultra - minces (qui peuvent être aussi minces que 0025 mm); Dans les scénarios tels que les équipements industriels qui ne sont pas sensibles à l'épaisseur, des produits plus épais peuvent être sélectionnés pour une efficacité d'absorption plus élevée.
• Plage de température de fonctionnement.La Ferrite a de grandes fluctuations de Perméabilité magnétique lorsque la température ambiante est supérieure à 40 ℃ ou inférieure à - 20 ℃, tandis que les nanocristaux à base de fer restent stables dans un large domaine de température, ce qui convient aux scénarios tels que l'électronique automobile. Exigences élevées de stabilité de la température.

Viii. Conclusion

L'essence du matériau absorbant magnétiquement doux est un matériau fonctionnel qui utilise un mécanisme de perte magnétique pour « absorber» plutôt que de « réfléchir» l'énergie des ondes électromagnétiques. Il introduit des ondes électromagnétiques à l'intérieur du matériau par une Perméabilité magnétique élevée, les convertissant en énergie thermique par perte d'hystérésis, résonance naturelle et pertes par courants de Foucault, éliminant ainsi les perturbations électromagnétiques à la source.

L'évolution des matériaux de la ferrite aux nanocristaux reflète l'escalade des besoins d'inhibition de l'EMI de « moyenne et haute fréquence applicable» à « large bande de fréquence stable». Comprendre le rôle décisif de l'adaptation de l'impédance sur l'efficacité d'absorption, les différences de réponse en fréquence entre les différents systèmes de matériaux et les compromis techniques entre l'épaisseur et les propriétés d'absorption sont les clés de la mise à niveau d'un matériau absorbant les ondes magnétiques douces d'un « matériau fonctionnel» à une « Décision d'ingénierie».