Wie dringt das Magnetfeld in Abschirmmaterialien ein? Analyse und Vergleich

Warum die Abschirmung von Magnetfeldern eine Herausforderung ist

Die Abschirmung von Magnetfeldern ist eine der komplexesten Aufgaben in der elektromagnetischen Ingenieurwissenschaft. Im Gegensatz zu elektrischen Feldern, die relativ einfach durch leitfähige oder isolierende Schichten blockiert werden können, können Magnetfelder viele Materialien durchdringen, was ihre effektive Dämpfung erheblich erschwert.

Die Hauptschwierigkeiten ergeben sich daraus, dass ein Magnetfeld nicht direkt mit elektrischen Ladungen interagiert, sondern mit fließenden Strömen und magnetischen Momenten. Daher müssen die für die Abschirmung verwendeten Materialien nicht nur leitfähig sein, sondern auch entsprechend auf Feldänderungen reagieren. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Vielzahl von physikalischen und strukturellen Parametern berücksichtigt werden muss.

Typische Metallabschirmungen aus Folie oder Blech dämpfen das Magnetfeld aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit und des Skin-Effekts hervorragend. Der Skin-Effekt begrenzt das Eindringen des Feldes auf eine sehr dünne Oberflächenschicht des Materials. Leider sind solche Lösungen starr und unflexibel, was in vielen modernen Anwendungen, wie z. B. in tragbarer Elektronik oder flexiblen Schaltungen, ein großer Nachteil ist.

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Abb. 1. Metall-Leiterplattenabschirmung

Aus diesem Grund gewinnen Abschirmungsmaterialien mit leitfähigen Fasern zunehmend an Bedeutung, da sie Flexibilität und eine einfache Anpassung an verschiedene Formen bieten. Ihre Funktionsweise ist jedoch weitaus komplexer und erfordert ein detailliertes Verständnis der Mechanismen, durch die das Magnetfeld ihre Struktur durchdringt.

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Abb. 2. Flexibles leitfähiges Gewebe

Abschirmungsmaterialien mit leitfähigen Fasern – eine Alternative zu Metallen

Magnetische Abschirmungen aus Metallen wie Kupfer oder Aluminium sind zwar sehr effektiv, haben aber erhebliche Einschränkungen. Ihre Steifigkeit und mangelnde Flexibilität bedeuten, dass sie nicht immer einfach in moderne, oft komplexe elektronische Designs oder Geräte integriert werden können, die flexible Schutzmaterialien erfordern.

Als Antwort auf diese Herausforderungen wurden Abschirmungsmaterialien auf Basis leitfähiger Fasern entwickelt. Dabei handelt es sich in der Regel um metallisierte Fasern oder Fasern, die mit einer Metallschicht überzogen sind und zu Netzen oder Geweben verarbeitet werden, die leichte, flexible und anpassungsfähige Abschirmungen bilden. Solche Lösungen werden zunehmend in tragbarer Elektronik, in der Automobilindustrie und in der Telekommunikation eingesetzt, wo sowohl Abschirmungseigenschaften als auch Benutzerfreundlichkeit erforderlich sind.

Die leitfähigen Fasern bilden eine Netzstruktur, die aus kurzen, geschlossenen Maschen besteht, welche für die Dämpfung des Magnetfelds verantwortlich sind. Ihre Funktionsweise ist jedoch weitaus komplexer als bei homogenen Metallabschirmungen. Die Effizienz wird nicht nur von der Leitfähigkeit des Metalls selbst, sondern auch von seiner räumlichen Anordnung, der Größe der Öffnungen zwischen den Fasern sowie von den elektrischen Parametern der Struktur selbst beeinflusst.

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Abb. 3. EMV-Zelt

Zusätzlich sind die internen Parameter wie der Widerstand (R'), die Induktivität (L') und die Kapazität (C') dieser Faserstruktur entscheidend dafür, wie das Magnetfeld gedämpft wird. Die Komplexität dieser Mechanismen führt dazu, dass die Abschirmungseffizienz nicht konstant ist, sondern stark von der Frequenz des Feldes sowie von der Geometrie und den Eigenschaften des Materials selbst abhängt. Abb. 4

Abb. 4. Nahaufnahme des Abschirmungsmaterials

Parameter, die die Effizienz der magnetischen Abschirmung beeinflussen

Die Effizienz von Materialien, die Magnetfelder abschirmen, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, die in zwei Hauptgruppen unterteilt werden können: die inneren Materialeigenschaften und die physikalische Struktur der leitfähigen Fasern. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für die bewusste Auswahl oder das Design eines effektiven magnetischen Schirms.

Innere Materialeigenschaften: R', L', C'

In der Fachliteratur und in der Ingenieurpraxis wird die Abschirmung unter anderem durch drei grundlegende Parameter beschrieben:

• R' (linearer Widerstand) – bestimmt den elektrischen Widerstand der Leiter innerhalb des Materials, der die Dämpfung der Wirbelströme beeinflusst, die durch das wechselnde Magnetfeld erzeugt werden.
• L' (lineare Induktivität) – ist verantwortlich für die Fähigkeit des Materials, Energie im Magnetfeld zu speichern, und reguliert die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen.
• C' (lineare Kapazität) – hängt mit den dielektrischen Eigenschaften und der Anordnung der leitfähigen Fasern zueinander zusammen, was das Verhalten des elektrischen Feldes beeinflusst.

Diese drei Parameter wirken zusammen und bestimmen, wie das Magnetfeld gedämpft wird und wie es die Struktur des Abschirmungsmaterials durchdringt. Sie ändern sich mit der Frequenz des Signals, was die Analyse zusätzlich erschwert und spezialisierte Messungen erfordert.

Bedeutung der Faserstruktur und des leitfähigen Netzes

Neben den elektrischen Parametern hat die physikalische Struktur des Materials einen enormen Einfluss auf die Abschirmungseffizienz. Im Fall von faserigen Abschirmungsmaterialien sind folgende Punkte entscheidend:

• Größe und Form der Maschen – je kleiner die Öffnungen, desto effektiver ist die Blockierung des Magnetfelds, insbesondere in den höheren Frequenzbereichen.
• Anordnung und Dichte der Fasern – beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Abdeckung und die Kontinuität der leitfähigen Wege für Wirbelströme.
• Leitfähigkeit der Fasern – Materialien mit höherer Leitfähigkeit (z. B. Kupfer, Silber) dämpfen das Magnetfeld besser, können aber teurer oder weniger flexibel sein.

Die Struktur des Materials entscheidet, ob das Magnetfeld überwiegend durch die Metallfasern oder durch die Luftöffnungen zwischen ihnen dringt. Diese dynamische Beziehung zwischen dem Magnetfeld und der physikalischen Struktur erklärt die Komplexität der Abschirmungseffizienz in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen.

Eine effektive Abschirmung ist nicht nur eine Frage des Materials, sondern auch seiner Struktur und elektrischen Eigenschaften. Um die Effizienz eines Schirms vorherzusagen, ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich, der alle diese Parameter und ihre gegenseitigen Abhängigkeiten berücksichtigt.

Wie durchdringt das Magnetfeld die Abschirmung? Wirkungsmechanismen

Das Verständnis, wie ein Magnetfeld ein Abschirmungsmaterial durchdringt, ist entscheidend für die Optimierung des elektromagnetischen Schutzes. Dieser Prozess ist nicht einfach, da das Verhalten des Feldes von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Frequenz des Signals und der Struktur des Materials selbst.

Prinzip der Magnetfeldkopplung (dargestellt ohne Skin-Effekt)

Beschreibung der Magnetfelddurchdringung durch die Abschirmung

Das Magnetfeld interagiert mit der Abschirmung hauptsächlich durch Induktion – ein wechselndes Magnetfeld erzeugt in dem leitfähigen Material Wirbelströme, die wiederum ein Magnetfeld erzeugen, das dem externen Feld entgegenwirkt. Diese induktive Interaktion wird durch die sogenannte Koppelinduktivität L12 gemessen, die beschreibt, wie effektiv das Material das Magnetfeld „durchlässt“.

Ein sich linear ausbreitender Strom i1 wird auf die Unterseite des Abschirmungsmaterials geleitet (siehe Abbildung oben). Der von diesem Strom erzeugte Magnetfluss Φ1 (Φ1 = L12 * i1) dringt je nach Frequenz in das Abschirmungsmaterial ein. Auf der Oberseite des Abschirmungsmaterials wird eine Spannung u2 induziert (u = ω * L12 * i1).

• Φ1 = L12 * i1
• u = ω * L12 * i1

Die Induktivität L12 koppelt den Strom i1 mit der Spannung u2. Die Induktivität L12 ist aufgrund des Skin-Effekts frequenzabhängig. Ihre Charakteristik beschreibt den Einfluss des Skin-Effekts und damit die magnetischen Eigenschaften des Abschirmungsmaterials. Die Spannung u2 hinter der Abschirmung kann weitere Störungen wie Ströme, magnetische und elektrische Felder verursachen.

Zur Messung der Induktivität L12 wird eine spezielle Messkammer verwendet. (Die Abbildung unten) zeigt die Konfiguration dieser Kammer. Das Abschirmungsmaterial wird in einem geschlossenen Metallgehäuse der Messkammer platziert. Auf der Unterseite des Abschirmungsmaterials befindet sich eine 50-Ω-Streifenleitung (Streifenleitung 1). Der durch die Streifenleitung fließende Strom i1 nutzt das Abschirmungsmaterial als Rückweg. Das vom Strom i1 erzeugte Magnetfeld dringt entsprechend seiner Abschirmungseffizienz in das Abschirmungsmaterial ein. Auf der Oberseite des Abschirmungsmaterials befindet sich eine zweite 50-Ω-Streifenleitung (Streifenleitung 2). Die Spannung u2 wird in der Streifenleitung 2 durch den Magnetfluss Φ1 induziert.

Messkonfiguration mit Streifenleitungen und Messkammer

Die Induktivität L12 (L12 = -u2 / (ω * i1)) beschreibt, wie viel Magnetfluss Φ1 das Abschirmungsmaterial durchdringen und eine Spannung u2 induzieren kann.

• L12 = -u2 / (ω * i1)

Wenn sich kein Abschirmungsmaterial in der Messkammer befindet (siehe Abbildung oben), wird die Referenzinduktivität L12 für die Messkonfiguration gemessen (siehe unten). Die Induktivität L12 bleibt in einem weiten Frequenzbereich konstant. Das Ende der linearen Frequenzcharakteristik der Messkammer liegt bei 1 GHz.

Frequenzcharakteristik und induktive Kopplung der Messkammer ohne Abschirmungsmaterial (i1 = const.)

Während der Messungen (z. B. in einer Streifenleitungsanordnung, wie in der Abbildung oben gezeigt) ist die in der zweiten Leitung induzierte Spannung (u2) ein Indikator für den Grad der Felddurchdringung. Der Wert der Induktivität L12 wird mit der folgenden Formel berechnet:

L12= - U2/Wi1

wobei U2 die induzierte Spannung, W die Kreisfrequenz und i1 der Strom in der ersten Leitung ist.

Mechanismen der Magnetfeldabschirmung

Die von dem Magnetfeld induzierte Spannung u2 (siehe Abbildung unten) wird von der Streifenleitung 2 als u2' erfasst. Diese Spannung ist etwas geringer als die Spannung u2 auf der Oberfläche des Abschirmungsmaterials, da ein Teil des Magnetfelds immer noch in den Raum zwischen der Streifenleitung und dem Abschirmungsmaterial eindringt. Dieser Effekt wird im Folgenden ignoriert, und u2' wird als identisch mit u2 angenommen.

Erfassung der Spannung u2 mit einer Streifenleitung

Die in der Streifenleitung induzierte Spannung u2 hängt von der magnetischen Abschirmungseffizienz des Abschirmungsmaterials ab. Die entsprechende Induktivität L12 beschreibt die magnetische Durchdringung des Abschirmungsmaterials.

Abbildung 5 zeigt die induzierte Spannung u2 und die Induktivität L12 für das Abschirmungsmaterial S10.

Induktive Durchdringung des Abschirmungsmaterials S10

Die leitfähigen Fasern in dem metallisierten Vliesstoff bilden geschlossene Maschen. Das Magnetfeld wird mit zunehmender Frequenz (von 500 kHz bis 200 MHz) aus den Metallmaschen verdrängt.

Im unteren Frequenzbereich (unter 1 MHz) zeigt das Abschirmungsmaterial keinen Dämpfungseffekt (siehe Abbildung 5). Die induzierte Spannung u2 und die Induktivität L12 sind gleich den Referenzwerten, die in der leeren Kammer gemessen wurden.

Induktive Durchdringung des Abschirmungsmaterials im unteren Frequenzbereich ohne Skin-Effekt.

Induktive Durchdringung des Abschirmungsmaterials mit Skin-Effekt; das Magnetfeld dringt durch die luftgefüllten Öffnungen im Material

Ab etwa 0,5 MHz bleibt die Induktivität der leeren Kammer konstant bei -169,8 dBH (3,23 nH). Unter 400 kHz scheint die Induktivität zuzunehmen, was wahrscheinlich auf einen Anstieg der Spannung u2 zurückzuführen ist, der durch den Einfluss des elektrischen Felds der Streifenleitung 2 verursacht wird.

Erstes Prinzip der induktiven Wirkung

Ab 0,5 MHz wird der Skin-Effekt in den Metallteilen des Abschirmungsmaterials sichtbar (siehe Abbildung 7). Die Spannung u2 und die Induktivität L12 nehmen progressiv ab (siehe Abbildung 5). Die induzierte Spannung erreicht bei 200 MHz ihren niedrigsten Wert. An diesem Punkt tritt ein neues Wirkungsprinzip auf, das sich über die Feldverdrängung im Metall der Fasern legt (siehe Abbildung 8).

Zweites Prinzip der induktiven Wirkung

Ab 200 MHz steigt die Spannung u2 linear mit einer Steigung von 20 dB/Dekade an, und die Induktivität geht in eine konstante Kurve über: -235,9 dBH (0,16 pH) (siehe Abbildung 5).

Die Magnetfeldkomponente F2 dringt durch die luftgefüllten Öffnungen im Abschirmungsmaterial. Bei niedrigeren Frequenzen war diese Magnetfeldkomponente schwächer als die, die durch das Metall des Abschirmungsmaterials drang. Mit weiterem Anstieg der Frequenz wird das gesamte Feld aus dem Metall des Abschirmungsmaterials verdrängt und passiert nur noch die luftgefüllten Öffnungen (siehe Abbildung 8). Der Ausbreitungspfad der Magnetfeldlinien ändert sich nicht mehr mit zunehmender Frequenz, wodurch die Induktivität konstant bleibt. Der Wert der Induktivität L12 kann für noch höhere Frequenzen extrapoliert werden.

Die Koppelinduktivität L12 des Abschirmungsmaterials ist ein Materialparameter, der als spezifische lineare Induktivität L12' [pH/cm] definiert werden kann.

Vergleich der Abschirmungsmaterialien

Die induktive Schirmdurchdringung wurde für sechs Abschirmungsmaterialien gemessen und ist in Abbildung 9 dargestellt.

Magnetische Abschirmungseigenschaften von sechs Abschirmungsmaterialien mit Koppelinduktivität

Oberhalb von etwa 2 MHz sind für die drei Materialien (S10, S2 und 02) gute Abschirmungseigenschaften festzustellen. Bei den anderen drei Materialien (01, 03 und 04) war der Abschirmeffekt bis 1,5 GHz nicht vorhanden oder schwach!

Die Abschirmungseffizienz der Materialien unterscheidet sich erheblich – von ineffizient bis effizient. Die Frequenzbereiche, in denen die verschiedenen Abschirmungsprinzipien auftreten, verschieben sich je nach Material leicht.

• Abschirmungsmaterial 04: Zeigt keinen magnetischen Abschirmungseffekt, verhält sich wie Luft (leere Messkammer).
• Abschirmungsmaterial 03: Erreicht bei 1 GHz nur eine Magnetfeldabschwächung von 3 dB.
• Abschirmungsmaterial 01: Erreicht bei 1 GHz eine Abschwächung von 12 dB.
• Abschirmungsmaterialien 02, S2 und S10: Sind effektiv und zeigen die Frequenzbereiche der beiden Wirkungsprinzipien. Im ersten Bereich (bis 200 MHz) wirkt das Material, indem es das Feld durch die Öffnungen in den Maschen verdrängt. Im zweiten Bereich (>200 MHz) wird der Effekt durch die Größe der metallischen Öffnungen in den Maschen und ihren ohmschen Widerstand bestimmt (Abschwächung 40...65 dB). Die Struktur des Abschirmungsmaterials bestimmt den Effekt in beiden Bereichen.

Koppelinduktivität L12

Die Koppelinduktivität L12 des Abschirmungsmaterials ist ein Parameter, der das Eindringen des Magnetfeldes in das Material beschreibt. Sie kann auf den Strom in einer 10 mm langen Leitung normalisiert werden. Die Abschwächung des Magnetfeldes wird als Differenz in dB zwischen der Messung mit dem Abschirmungsmaterial und der Referenzmessung (ohne Material) ausgedrückt: Abschwächung = L12-Material [dBH] - L12-Leer [dBH]

Schlussfolgerungen für das Design

Die Qualität der magnetischen Abschirmung hängt von der Größe der Öffnungen in den Maschen, ihrem Querschnitt und der Leitfähigkeit ab. Die Messergebnisse aus Abbildung 9 zeigen deutlich den Einfluss von Abschirmungsmaterialien auf das Magnetfeld, was ein Vorteil für ihre Anwendung und Entwicklung ist. Bei der Gestaltung von Abschirmungsmaterialien ist es wichtig, die beiden induktiven Wirkungsprinzipien konstruktiv zu beeinflussen.

Zwei Hauptmechanismen der magnetischen Abschirmung

Das Verständnis der Effizienz der magnetischen Abschirmung erfordert die Kenntnis der grundlegenden Mechanismen, die bestimmen, wie ein Magnetfeld von einem bestimmten Material gedämpft oder durchdrungen wird. In den untersuchten Abschirmungsmaterialien werden zwei Haupteffekte unterschieden:

I. Skin-Effekt und Feldverdrängung im Metall

Der erste Mechanismus ist der sogenannte Skin-Effekt. Er beruht darauf, dass ein Wechselstrom (AC) hauptsächlich in einer dünnen Oberflächenschicht des Leiters fließt, der sogenannten „Skin-Schicht“. Mit zunehmender Frequenz des Stroms wird diese Schicht immer dünner, was zu einem Anstieg des effektiven Widerstands und einer Dämpfung des Magnetfelds im Inneren des Materials führt. In der Praxis bedeutet dies, dass die Metallelemente des Netzes oder die leitfähigen Fasern im Abschirmungsmaterial das Magnetfeld nach außen „verdrängen“, was sein Eindringen ins Innere begrenzt. Dieser Effekt ist besonders stark im Frequenzbereich von einigen hundert Megahertz aufwärts, wenn die Dicke der Skin-Schicht sehr klein wird.

II. Eindringen durch luftgefüllte Öffnungen im Material

Der zweite Mechanismus hängt mit dem Vorhandensein von Öffnungen, leeren Räumen oder „Löchern“ in der Materialstruktur zusammen. Im Falle von Materialien, die aus leitfähigen Netzen oder Fasern in einer bestimmten Anordnung bestehen, kann das Magnetfeld diese ungeschützten Fragmente durchdringen.

Die Wirkung dieses Mechanismus ist besonders bei niedrigeren Frequenzen dominant, bis etwa 200 MHz, wo das Feld hauptsächlich durch die Lufträume zwischen den leitfähigen Elementen dringt.

Die Effizienz der Abschirmung hängt hier stark von der Größe und Form dieser Öffnungen sowie von ihrer Anordnung ab.

Rolle der Materialstruktur bei beiden Mechanismen

Die Kombination dieser beiden Phänomene bestimmt die endgültige Effizienz des Abschirmungsmaterials. Netze mit kleinen Maschen und Fasern mit hoher Leitfähigkeit führen zu einer stärkeren Dämpfung des Magnetfelds, insbesondere in den höheren Frequenzbereichen, wo der Skin-Effekt am effektivsten ist.

Andererseits können große, unregelmäßige Öffnungen die Effizienz der Abschirmung erheblich verringern, indem sie dem Feld das Eindringen auch bei hohen Frequenzen ermöglichen.

Wie wählt man das richtige Abschirmungsmaterial aus?

Die Auswahl des richtigen Materials für eine effektive Magnetfeldabschirmung ist ein Prozess, der die Berücksichtigung mehrerer Schlüsselfaktoren erfordert, die die Effektivität des Schutzes vor elektromagnetischen Störungen beeinflussen. Das Wissen, wie die Materialstruktur und ihre elektrischen Eigenschaften das Verhalten des Schirms unter verschiedenen Bedingungen beeinflussen, ist entscheidend, um eine optimale Funktion elektronischer Geräte zu gewährleisten.

Abhängigkeit der Effizienz von Struktur und Frequenz

Die Hauptfrage ist die Wahl des Materials in Abhängigkeit vom Frequenzbereich, in dem der Schirm arbeiten soll. Bei niedrigen Frequenzen (von einigen Dutzend bis zu einigen hundert MHz) ist die Minimierung der Luftöffnungen im Material am wichtigsten. Selbst geringfügige Unterbrechungen oder Lücken im leitfähigen Netz ermöglichen das Eindringen des Magnetfelds, was die Abschirmungseffizienz erheblich verringert. In diesem Bereich sind Materialien mit einer dichten Faserstruktur, die eine nahezu kontinuierliche leitfähige Oberfläche bilden, am besten geeignet.

In den höheren Frequenzbereichen (Hunderte von MHz bis GHz) spielt der Skin-Effekt die Schlüsselrolle. Hier ist wiederum die hohe Leitfähigkeit der Fasern und ihre Anordnung wichtig – dünne, gut platzierte leitfähige Fasern bilden eine Schicht, in der Wechselstrom ohne große Verluste fließen kann. Materialien mit großer Dicke und guter Leitfähigkeit gewährleisten eine höhere Dämpfung der magnetischen Wellen.

Bedeutung von Öffnungen, Widerstand und Leitfähigkeit

Öffnungen in der Materialstruktur, auch wenn sie klein sind, wirken als Kanäle, die das Eindringen des Magnetfelds ermöglichen. Ihre Größe und Anordnung bestimmen, wie viel Feld durch die Abschirmung „leckt“. Daher ist es wichtig, Materialien mit minimaler Porosität zu wählen oder zusätzliche Schichten zu verwenden, die diese Räume ausfüllen.

Der Oberflächenwiderstand des Materials ist ein weiterer wichtiger Parameter. Ein geringer Widerstand begünstigt den Fluss des Abschirmstroms und erhöht die Effizienz der Felddämpfung. In der Praxis bedeutet dies, dass selbst geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung oder Struktur der Fasern eine spürbare Auswirkung auf die Leistung des Schirms haben können.

Die Leitfähigkeit sollte wiederum so hoch wie möglich sein, was oft durch die Verwendung von Metallfasern oder leitfähigen Beschichtungen erreicht wird. Kohlenstoff- oder Nickelfasern sind beliebte Lösungen, die gute mechanische Eigenschaften mit effektiver Abschirmung kombinieren.

Die Wahl eines geeigneten Abschirmungsmaterials erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der den Betriebsfrequenzbereich, die Materialstruktur, seine Leitfähigkeit und das Vorhandensein von Öffnungen berücksichtigt. Ein richtig ausgewähltes Material ermöglicht eine optimale Begrenzung des Einflusses des Magnetfeldes, was für den Schutz moderner elektronischer Geräte vor Störungen entscheidend ist.

Zusammenfassung: Was beeinflusst eine effektive Magnetfeldabschirmung?

Die Abschirmung des Magnetfelds ist eine der größten Herausforderungen in der elektromagnetischen Ingenieurwissenschaft. Wie wir im gesamten Artikel gezeigt haben, hängt die Effizienz des Schutzes vor Störungen von einer komplexen Kombination aus Material-, Struktur- und Frequenzeigenschaften ab.

Faktoren, die die Abschirmungseffizienz beeinflussen:

• Elektrische Eigenschaften des Materials: Parameter wie der Oberflächenwiderstand (R'), die interne Induktivität (L') und die Kapazität (C') bestimmen, wie das Material auf ein wechselndes Magnetfeld reagiert. Materialien mit geringem Widerstand und einer richtig gewählten Induktivität dämpfen das Feld effektiver.
• Struktur der Fasern und des leitfähigen Netzes: Die Dichte und Anordnung der leitfähigen Fasern sind von enormer Bedeutung. Netze mit kleinen Maschen gewährleisten ein geringeres Eindringen des Magnetfelds, und die Anordnung der Fasern beeinflusst die Richtwirkung der Abschirmung.
• Mechanismen der Felddurchdringung: Das Magnetfeld kann die Abschirmung durch induktives Eindringen und durch die Luftöffnungen durchdringen. Das Verständnis des Skin-Effekts und der Rolle der Luftspalten ermöglicht ein besseres Design eines effektiven Schirms.
• Frequenz des Feldes: Die Abschirmungseffizienz ändert sich mit der Frequenz des Signals. Bei niedrigen Frequenzen ist die Kontinuität der leitfähigen Oberfläche entscheidend, während bei hohen Frequenzen die leitfähigen Eigenschaften und der Skin-Effekt am wichtigsten sind.
• Eigenschaften der getesteten Materialien: Der Vergleich von sechs verschiedenen Abschirmungsmaterialien hat gezeigt, dass die besten Ergebnisse diejenigen erzielen, die eine hohe Leitfähigkeit und minimale Porosität aufweisen, insbesondere im Bereich bis 1,5 GHz.

Die magnetische Abschirmung erfordert nicht nur die Auswahl des richtigen Materials, sondern auch das Verständnis seiner physikalischen und elektromagnetischen Eigenschaften. Fortschrittliche Materialien mit leitfähigen Fasern sind eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Metallabschirmungen, da sie größere Flexibilität und eine einfachere Anwendung bieten.

Bei der Entwicklung von Schutzsystemen gegen Magnetfelder lohnt es sich, alle diskutierten Aspekte zu berücksichtigen, um einen maximalen Schutz von Geräten in einer zunehmend komplexen und anspruchsvollen elektromagnetischen Umgebung zu gewährleisten.

Quellen: How Do Magnetic Fields Penetrate Shielding Materials? Characterization of Shielding Materials October 26, 2023 Gunter Langer and Amirali Taghavi