Wie schützt man sich vor EMI-Störungen?

Elektromagnetische Störungen, bekannt unter dem Akronym **EMI** (Electromagnetic Interference), sind unerwünschte elektromagnetische Signale, die die Funktion elektronischer Geräte stören können. EMI tritt auf, wenn ein von einem Gerät erzeugtes elektromagnetisches Feld ein anderes negativ beeinflusst, was zu Funktionsfehlern, Datenverlust und in extremen Fällen sogar zur Beschädigung der Ausrüstung führen kann.

Im täglichen Umgang mit Elektronik können sich Probleme im Zusammenhang mit EMI auf verschiedene Weise manifestieren. Dies können falsche Sensorwerte, Störungen in der Signalübertragung oder Instabilität der Stromversorgung sein. Beispielsweise kann eine unzureichende Abschirmung von Leiterbahnen auf Leiterplatten oder unzureichend geschützte Kabel zu einer unkontrollierten Rauschkopplung führen, die sich negativ auf das gesamte System auswirkt.

Angesichts der zunehmenden Komplexität und Miniaturisierung elektronischer Geräte wird das EMI-Problem immer wichtiger. Aus diesem Grund ist eine ordnungsgemäße Konstruktion von Abschirmungen, Gehäusen und Filtern zur Unterdrückung von Störungen unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und korrekte Funktion der Geräte zu gewährleisten.

In den folgenden Kapiteln werden wir praktische Methoden zum Schutz vor EMI erörtern, angefangen bei den Grundlagen der Abschirmung elektrischer und magnetischer Felder, über die Gestaltung von Gehäusen und den Schutz von Kabeln bis hin zu fortschrittlichen Techniken zur Unterdrückung von Welligkeiten.

Grundlagen der Abschirmung elektrischer (elektrostatischer) Felder

Die Abschirmung elektrischer, auch elektrostatischer, Felder ist die grundlegende Methode zum Schutz der Elektronik vor EMI-Störungen. Sie basiert auf der Verwendung leitfähiger Materialien, die das elektrische Feld effektiv blockieren oder umlenken und so seine Wechselwirkung mit empfindlichen Elementen des Geräts verhindern.

Das Funktionsprinzip elektrostatischer Abschirmungen beruht auf der Wirkung der Ladungsleitung entlang der Oberfläche der Abschirmung. Wenn ein externes elektrisches Feld mit der Abschirmung interagiert, bewegen sich die Ladungen entlang der Oberfläche des Leiters und erzeugen ein Feld, das der ursprünglichen Störung entgegenwirkt. Infolgedessen bleibt der durch die Abschirmung geschützte Innenraum praktisch frei von elektrostatischen Feldern.

Eine wichtige Rolle in diesem Zusammenhang spielt die korrekte Erdung der Abschirmung. Die Erdung ermöglicht das Ableiten akkumulierter Ladungen und gewährleistet einen wirksamen Schutz vor Störungen. Ohne angemessene Erdung kann die Abschirmung als Antenne statt als Schild wirken, was den EMI-Pegel im Inneren des Geräts erhöht.

In der Praxis wird die Abschirmung auf Leiterplattenebene (PCB) durch die Verwendung leitfähiger Schilde und einer geeigneten Anordnung der Masse (GND) realisiert. Elektronikentwickler sollten darauf achten, dass die Abschirmungen und Masseflächen durchgehend sind, ohne Unterbrechungen oder Undichtigkeiten, die es dem elektrischen Feld ermöglichen könnten, in die geschützten Schaltkreise einzudringen.

Zusammenfassend erfordert eine effektive Abschirmung elektrischer Felder die Verwendung leitfähiger Schilde, die mit der Erde verbunden sind, und eine durchdachte Anordnung der Elemente auf der PCB, was den Einfluss elektromagnetischer Störungen auf die Elektronik erheblich minimiert.

Mechanismen zur Abschirmung magnetischer Felder

Die Abschirmung magnetischer Felder ist aufgrund der fundamentalen Eigenschaften des Magnetfelds wesentlich schwieriger als die Abschirmung elektrostatischer Felder. Während elektrische Felder durch leitfähige Schilde effektiv blockiert werden können, dringt das niederfrequente Magnetfeld durch die meisten nichtmagnetischen Materialien und erfordert spezielle Schutzmechanismen.

Eines der Phänomene, die bei der magnetischen Abschirmung genutzt werden, sind Wirbelströme (Foucault-Ströme). Diese Ströme werden in leitfähigen Materialien induziert, wenn ein sich änderndes Magnetfeld in die Abschirmung eindringt. Durch ihre Entstehung wird ein Magnetfeld erzeugt, das dem ursprünglichen Feld entgegenwirkt, was zur Unterdrückung des Magnetfelds im geschützten Bereich führt.

Leitfähige Materialien wie Kupfer oder Aluminium können daher eine wichtige Rolle beim magnetischen Schutz spielen, insbesondere bei höheren Frequenzen, bei denen Wirbelströme effektiver sind. Bei niedrigeren Frequenzen nimmt ihre Wirksamkeit jedoch ab, da die induzierten Wirbelströme schwächer sind.

Deshalb werden häufig magnetische Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität verwendet, die in der Lage sind, die Linien des Magnetfelds effektiv umzuleiten und „einzufangen“. Materialien wie Stahl oder Mu-Metall bieten einen alternativen Weg für den magnetischen Fluss, wodurch dieser von den geschützten Komponenten weggelenkt werden kann. Infolgedessen „umgeht“ das Magnetfeld den geschützten Bereich, wodurch das Risiko von Störungen minimiert wird.

Die Abschirmung magnetischer Felder erfordert das Verständnis der Mechanismen der Wirbelströme und die Verwendung geeigneter Materialien – leitfähige für höhere Frequenzen und magnetische mit hoher Permeabilität für niedrige Frequenzen.

Verwendung magnetischer Materialien zum Schutz vor EMI

Der Schutz vor elektromagnetischen Störungen erfordert die Verwendung geeigneter Materialien, die sowohl elektrische als auch magnetische Felder effektiv unterdrücken. Im Falle des Schutzes vor Magnetfeldern sind magnetische Materialien mit hoher Permeabilität von besonderer Bedeutung. In diesem Kapitel werden wir ihre Eigenschaften und praktischen Anwendungen diskutieren.

Permeable magnetische Materialien

Permeable magnetische Materialien zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, magnetischen Fluss in sich selbst zu leiten, was ein effektives „Einfangen“ und Umlenken des Magnetfelds ermöglicht. Dadurch umgehen die Feldlinien den geschützten Bereich, wodurch dessen Exposition gegenüber Störungen reduziert wird.

Diese Art von Material wird häufig als Abschirmungsschicht innerhalb oder außerhalb elektronischer Gehäuse verwendet, um den Schutz vor niederfrequenten Magnetfeldern zu verstärken, die mit anderen Methoden schwer zu unterdrücken sind.

Beispiele für Materialien: Stahl und Mu-Metall

• Stahl – weit verbreitet und relativ kostengünstig, ist Stahl in vielen Anwendungen ein gutes Abschirmmaterial. Seine magnetischen Eigenschaften ermöglichen eine effektive Unterdrückung von Störungen mittlerer und niedriger Frequenz. Die Wirksamkeit ist jedoch durch die Parameter der jeweiligen Legierung und die Dicke des Materials begrenzt.
• Mu-Metall – dies ist eine spezielle Legierung mit einer sehr hohen magnetischen Permeabilität, die in Situationen verwendet wird, in denen ein sehr effektiver Schutz vor Magnetfeldern erforderlich ist. Mu-Metall zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Fähigkeit aus, das Magnetfeld zu absorbieren und umzuleiten, weshalb es in Präzisionsgeräten der Elektronik und Medizintechnik eingesetzt wird.

Beide Materialien können in verschiedenen Formen verwendet werden – von Platten über Folien bis hin zu Beschichtungen auf Gehäusen, abhängig von den Projektanforderungen.

Praktische Anwendung magnetischer Materialien

Um in der Praxis eine effektive Abschirmung vor EMI zu erreichen, kombinieren Entwickler oft leitfähige Materialien mit magnetischen. Solche Lösungen ermöglichen den Schutz der Geräte sowohl vor dem elektrischen als auch vor dem magnetischen Feld und gewährleisten einen umfassenden Schutz.

Die Wahl eines bestimmten Materials hängt von den Anforderungen hinsichtlich der Frequenz der Störungen, den Kosten, den Abmessungen und den Umgebungsbedingungen ab. In vielen Anwendungen wird beispielsweise Stahl als Grundmaterial für das Gehäuse verwendet, ergänzt durch Einsätze oder Beschichtungen aus Mu-Metall an den am stärksten störungsgefährdeten Stellen.

Design und Konstruktion von abgeschirmten Gehäusen

Die effektive Abschirmung elektronischer Geräte vor EMI-Störungen erfordert eine sorgfältige Gestaltung des Gehäuses. Das Gehäuse fungiert als physische Barriere, die das Eindringen elektromagnetischer Felder in das Gerät oder deren Austritt begrenzt. In diesem Kapitel werden wir diskutieren, welche Eigenschaften ein ideales abgeschirmtes Gehäuse haben sollte und welche praktischen Herausforderungen bei seiner Konstruktion zu bewältigen sind.

Ideale Eigenschaften abgeschirmter Gehäuse

Ein gut gestaltetes abgeschirmtes Gehäuse sollte:

• Aus leitfähigen Materialien bestehen, die elektromagnetische Wellen effektiv reflektieren oder absorbieren. Dies sind meistens Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Aluminium oder Stahl.
• Eine elektrische Kontinuität über die gesamte Oberfläche gewährleisten, um Unterbrechungen zu vermeiden, die EMI-Leckagen verursachen könnten.
• Eine geeignete Erdung aufweisen, die es ermöglicht, angesammelte Ladungen und Störungen effektiv zur Masse abzuleiten.
• Spalte und Lücken minimieren — selbst kleine Unterbrechungen können die Abschirmwirkung erheblich reduzieren.

Praktische Herausforderungen: Nähte, Öffnungen und Durchführungen

In der Realität ist ein ideales abgeschirmtes Gehäuse schwer zu erreichen, da viele Konstruktionselemente berücksichtigt werden müssen, die potenzielle Orte für EMI-Leckagen sein können.

• Nähte und Verbindungen — Die Verbindungsstellen von Gehäuseelementen sind kritisch, da eine ungenaue Passung oder das Fehlen einer Leitfähigkeitskontinuität das Eindringen elektromagnetischer Wellen verursachen können. Es ist wichtig, Techniken anzuwenden, die gute Kontakte gewährleisten, wie leitfähige Dichtungen oder geeignete mechanische Verbinder.
• Öffnungen und Belüftung — Gehäuse benötigen oft Öffnungen zur Kühlung oder Belüftung. Diese Öffnungen können jedoch die Wirksamkeit der Abschirmung verringern, indem sie EMI-Wellen entweichen lassen. Daher müssen ihre Größe, Form und Anordnung sorgfältig geplant werden.
• Kabel- und Signaldurchführungen — Alle Kabel, die aus dem Gehäuse herausführen, können zu einem Pfad für das Entweichen von Störungen werden. Es ist notwendig, abgeschirmte Kabel und geeignete Filter zu verwenden, die das Risiko des EMI-Eindringens durch diese Elemente minimieren.

Die Gestaltung des abgeschirmten Gehäuses ist daher ein Gleichgewicht zwischen der Gewährleistung des EMI-Schutzes und der Erfüllung funktionaler Anforderungen, wie Belüftung oder einfachem Zugang zu den Elementen des Geräts.

Die Bedeutung der Konstruktion von Öffnungen und Belüftung in Gehäusen

Die Gestaltung von abgeschirmten Gehäusen ist nicht nur eine Frage der Materialien und der Dichtheit, sondern auch der richtigen Planung von Lüftungsöffnungen. Öffnungen sind oft notwendig, um elektronische Geräte zu kühlen, können jedoch zu einem Ort des Eindringens elektromagnetischer Störungen (EMI) werden. In diesem Kapitel werden wir diskutieren, wie die Größe und Anordnung der Öffnungen die Wirksamkeit der Abschirmung beeinflussen und wie man effektive Lüftungsgitter konstruiert.

Einfluss von Größe und Anordnung der Öffnungen auf die Abschirmung

Belüftungsöffnungen in Gehäusen müssen angemessen gestaltet werden, da:

• Größe der Öffnungen: Wenn die Abmessungen der Öffnung relativ groß im Verhältnis zur Wellenlänge der Störung sind, dringen elektromagnetische Wellen leicht durch diese Öffnungen ein und verringern die Wirksamkeit der Abschirmung. Im Gegensatz dazu, wenn die Öffnungen signifikant kleiner als die halbe Wellenlänge (Halbwellenlänge) sind, wird die elektromagnetische Energie stark gedämpft.
• Anordnung der Öffnungen: Das Muster und die Dichte der Öffnungen beeinflussen den Gesamtlufteintritt und den Abschirmpegel. Zu dichte oder zu große Öffnungen können „Durchgänge“ für EMI-Wellen schaffen, während eine optimale Anordnung es ermöglicht, ein angemessenes Gleichgewicht zwischen Belüftung und elektromagnetischem Schutz aufrechtzuerhalten.

Konstruktion effektiver Lüftungsgitter

Um eine gute Kühlung ohne übermäßige Verschlechterung der Abschirmung zu gewährleisten, werden verschiedene Lösungen angewendet:

• Erhöhung der Tiefe der Öffnungen: Die Öffnungen können so gestaltet werden, dass ihre Tiefe einem Wellenleiter ähnelt. In diesem Fall kann die elektromagnetische Welle bei Frequenzen unterhalb der sogenannten Grenzfrequenz die Öffnung nicht passieren, da sie auf ähnliche Weise wie in Wellenleitern unterdrückt wird.
• Metallgitter und perforierte Platten: Die Verwendung von Metallgittern mit feinen Maschen oder Platten mit feinen Perforationen, die die Größe der Öffnungen reduzieren, ermöglicht eine effektive Abschirmung unter Beibehaltung des Luftstroms.
• Optimierung der Form der Öffnungen: Es werden häufig Öffnungen verwendet, deren Form die Ausbreitung von EMI-Wellen minimiert, z. B. schmale Schlitze oder Öffnungen mit einem längeren Pfad.

Dank solcher Lösungen ist es möglich, sowohl ein hohes Abschirmungsniveau als auch eine effektive Kühlung aufrechtzuerhalten, was bei der Gestaltung moderner elektronischer Geräte entscheidend ist.

Probleme bei der Gehäuseverbindung und deren Lösungen

Bei der Konstruktion abgeschirmter Gehäuse spielen die Verbindungen zwischen den Metallelementen, wie Nähte, Fugen oder Abdeckungen, eine Schlüsselrolle. Selbst kleine Spalte oder unsachgemäß hergestellte Kontakte können zu „Leckagen“ für EMI-Störungen werden, was die Wirksamkeit des Schutzes erheblich reduziert.

Folgen schlechter Metallverbindungen

Undichtigkeiten im Gehäuse, die durch ungenaues Passen der Elemente oder Korrosion der Verbindungen entstehen, führen zu einer lokalen Schwächung des Abschirmfeldes. An diesen Stellen kann es zum Eindringen elektromagnetischer Wellen kommen, die leicht durch die Spalten „durchsickern“ und Störungen sowohl außerhalb als auch innerhalb des Geräts verursachen.

Die mangelnde elektrische Kontinuität in den Verbindungen führt zur Bildung von Wirbelstromschleifen, was die Wirksamkeit der Unterdrückung magnetischer Felder verringert. Solche Mängel können zu ernsthaften funktionalen Problemen des Geräts führen, z. B. Verlust der Signalstabilität, Messfehler oder fehlerhafte Funktion von Systemen.

Techniken zur Minimierung von EMI-Leckagen an Nähten und Verbindungen

Um das Risiko von EMI-Leckagen zu minimieren, werden mehrere bewährte Methoden angewendet:

• Präzise Passung und Abdichtung: Die Gehäuseelemente sollten präzise gefertigt und die Verbindungen zusätzlich mit spezialisierten leitfähigen Materialien oder metallisierten Dichtungen abgedichtet werden, die elektrische Kontinuität und mechanischen Schutz gewährleisten.
• Löten und Schweißen: An besonders leckageanfälligen Stellen wird Löten oder Schweißen angewendet, wodurch dauerhafte und gut leitfähige Metallverbindungen entstehen.
• Abschirmklammern und -federn: Die Verwendung von Metallklammern oder Federn verbessert den Anpressdruck der Gehäuseelemente, was Mikrospalte minimiert. Diese Federn gewährleisten auch die Kontinuität des Kontakts während Vibrationen und Temperaturschwankungen.
• Qualitätskontrolle der Verbindungen: Regelmäßige Messungen des Verbindungswiderstands und mechanische Inspektionen ermöglichen es, potenzielle Probleme frühzeitig im Produktionsprozess zu erkennen und zu beseitigen.

Die Umsetzung dieser Lösungen ermöglicht eine effektive Begrenzung der Abstrahlung von Störungen durch Nähte und Verbindungen, was das Niveau des EMI-Schutzes des gesamten Systems erheblich erhöht.

Kabeldurchführungen durch das Gehäuse – wie schützt man sie effektiv?

Beim Schutz vor EMI-Störungen ist ein oft vernachlässigtes, aber sehr wichtiges Element die Verkabelung, die aus dem Gerätegehäuse herausführt. Gerade durch sie „entweichen“ oft unerwünschte elektromagnetische Signale, die den Betrieb der Ausrüstung stören oder Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit verursachen können.

Warum können Kabel EMI-Leckagen verursachen?

Jedes Kabel fungiert als Antenne – sowohl als Sender als auch als Empfänger elektromagnetischer Wellen. Wenn ein Kabel nicht richtig geschützt ist, kann EMI-Strahlung leicht durch es eindringen und Störungen verursachen. In der Praxis bedeutet dies, dass selbst wenn das Gehäuse gut abgeschirmt ist, die daran angeschlossenen Kabel die Wirksamkeit des gesamten Schutzes reduzieren können.

An den Stellen, an denen Kabel durch das Gehäuse geführt werden, entstehen Spalten oder Öffnungen, die selbst zu einem Ort für das Entweichen von Störungen werden können. Dies bedeutet, dass die Konstruktion der Öffnungen selbst sorgfältig entworfen und geschützt werden sollte.

Verwendung abgeschirmter Kabel

Eine der effektiven Möglichkeiten, EMI-Leckagen zu verhindern, ist die Verwendung von abgeschirmten Kabeln. Die Abschirmung ist eine leitfähige Schicht (z. B. Kupfergeflecht oder Aluminiumfolie), die die Signal- oder Stromversorgungskabel umgibt und als Barriere für elektromagnetische Wellen dient. Dadurch minimiert die Abschirmung die Abstrahlung vom Kabel nach außen und schützt das Kabel selbst vor externen Störungen.

Es ist jedoch wichtig, dass die Abschirmung ordnungsgemäß geerdet wird, was das Ableiten von Störungen ermöglicht und die Bildung von vagabundierenden Strömen verhindert, die die Wirksamkeit des Schutzes reduzieren könnten.

Geeignete Steckverbinder und Dichtungen

Das Kabel selbst ist nicht alles – ebenso wichtig sind die Steckverbinder und die Stellen, an denen die Kabel das Gehäuse durchdringen. Gut gewählte abgeschirmte Steckverbinder gewährleisten die Kontinuität der Abschirmung und minimieren die Spalte, durch die EMI-Wellen eindringen können.

Zusätzlich können Dichtungen verwendet werden, z. B. EMV-Ringe, die die Spalten um die Kabel an ihren Austrittsstellen aus dem Gehäuse füllen und das Eindringen von Störungen verhindern.

Um das Eindringen von Störungen durch die Kabel effektiv zu begrenzen, ist ein komplexer Ansatz erforderlich: Verwendung abgeschirmter Kabel, Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Erdung der Abschirmungen sowie die Sorge um solide, abgeschirmte Steckverbinder und dichte Kabeldurchführungen durch das Gehäuse. Nur dann ist der EMI-Schutz wirklich effektiv und umfassend.

Filterung von Signalen und Stromversorgung in abgeschirmten Gehäusen

Beim Schutz elektronischer Geräte vor EMI-Störungen reicht die Abschirmung des Gehäuses allein oft nicht aus. Die ordnungsgemäße Filterung von Signalen und Stromversorgungsleitungen ist ebenfalls wichtig, da diese unerwünschte elektromagnetische Impulse in das Innere oder aus dem Gerät transportieren können. In diesem Kapitel werden wir diskutieren, wie und wo EMI-Filter am besten zu installieren sind und wie mithilfe dieser Filter Störspannungen reduziert werden können.

Wie und wo sollen EMI-Filter installiert werden?

EMI-Filter sollten so nah wie möglich an den Stellen platziert werden, an denen Kabel aus dem Gehäuse austreten oder wo die Verbindung zu Stromversorgungen und Signalen erfolgt. Dadurch kann das Eindringen von Störungen in längeren Kabelabschnitten minimiert werden.

Am häufigsten werden verwendet:

• Stromversorgungsfilter – die hochfrequente Störungen eliminieren, die vom Gerät oder aus dem Versorgungsnetz stammen. Sie werden am Eingang der Stromversorgungsleitung in das Gehäuse montiert, was hilft, unerwünschte Signale, die in den Schaltkreis gelangen, zu blockieren.
• Signalfilter – werden in Signalleitungen installiert, wo die Integrität der übertragenen Daten wichtig ist. Sie schützen vor dem Eindringen von Störungen in die elektronischen Schaltkreise und verhindern gleichzeitig die Abstrahlung störender Signale nach außen.

Die Position der Filter sollte sorgfältig geplant werden, um die Länge des unabgeschirmten Kabels im Inneren des Gehäuses zu minimieren, da genau in diesem Abschnitt Störungen auftreten können.

Reduzierung von Störspannungen zwischen Kabeln und Gehäuse

EMI-Filter reduzieren effektiv Potenzialunterschiede und Störströme, die zwischen den Kabeln und dem Gerätegehäuse entstehen können. Ohne Filterung können solche Spannungen Störungen verursachen, die den Betrieb anderer Elemente des Systems oder sogar ganzer Anlagen unterbrechen.

Ein wesentliches Element ist auch die ordnungsgemäße Erdung der Filter und Gehäuseverbindungen, die es ermöglicht, störende Ströme zur Erde abzuleiten und nicht in empfindliche Elektronikteile. Filter können mit Unterdrückungselementen wie Ferritkernen oder Drosseln kombiniert werden, die die Wirksamkeit der Unterdrückung hoher Frequenzen verbessern. Die Installation von richtig ausgewählten und gut positionierten EMI-Filtern, zusammen mit einer soliden Gehäuseabschirmung, ist entscheidend für die Gewährleistung eines hohen Schutzniveaus vor Störungen. Filter ermöglichen eine effektive Begrenzung von Rauschen und Störspannungen, was sich in einem zuverlässigen Betrieb elektronischer Geräte selbst unter schwierigen elektromagnetischen Bedingungen niederschlägt.

Methoden zur Unterdrückung von Welligkeiten und Wellenleiter unterhalb der Grenzfrequenz

Im Bereich des Schutzes vor elektromagnetischen Störungen ist die Kontrolle der Welligkeiten im Inneren von Gehäusen und die Verwendung von Wellenleitern unterhalb der Grenzfrequenz eine der fortgeschritteneren Fragen. Dieser Ansatz ermöglicht eine signifikante Verbesserung der Abschirmung, insbesondere in Situationen, in denen Standardmethoden nicht ausreichen.

Funktionsprinzipien von Wellenleitern in Gehäusen

Ein Wellenleiter ist eine Struktur, die die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen leitet und ihre Ausbreitung in unerwünschte Richtungen begrenzt. Im Kontext abgeschirmter Gehäuse werden Wellenleiter als Konstruktionselemente verwendet, die es ermöglichen, das Eindringen elektromagnetischer Wellen durch Öffnungen, Spalten oder andere Durchführungen zu kontrollieren.

Ein charakteristisches Merkmal des Wellenleiters ist die sogenannte **Grenzfrequenz** (Cut-off-Frequenz). Unterhalb dieses Wertes lässt der Wellenleiter elektromagnetische Wellen nicht passieren – Signale mit niedrigeren Frequenzen werden effektiv unterdrückt, während höhere durch ihn hindurchtreten können. Dank dessen ist es möglich, Lüftungsöffnungen oder Kabeldurchführungen durch das Gehäuse zu gestalten, die das Abschirmungsniveau nicht wesentlich reduzieren.

In der Praxis, wenn der Durchmesser der Öffnung kleiner ist als die Wellenlänge, die der Grenzfrequenz entspricht, verhält sich der Wellenleiter wie eine Barriere für diese Wellen. Unter Nutzung dieser Eigenschaft können Gehäuse mit Lüftungsöffnungen oder Kabeleinführungen entworfen werden, die keine EMI-Leckagen verursachen.

Wann tiefe Blenden zur Verbesserung der Abschirmung verwendet werden sollen

Tiefe Blenden sind zusätzliche Konstruktionselemente, die die Länge des Weges elektromagnetischer Wellen innerhalb der Öffnungen oder Spalten verlängern. Anstelle eines einfachen, kurzen Durchgangs erzwingt die Blende mehrfache Reflexionen der Wellen an den Wänden, was zu deren Dämpfung und einer signifikanten Schwächung der durch die Öffnung dringenden Energie führt.

Die Verwendung tiefer Blenden ist besonders effektiv an Stellen, an denen Öffnungen größerer Abmessungen erforderlich sind (z. B. Belüftung), die aufgrund ihrer Größe eine ernsthafte Quelle für EMI-Leckagen werden könnten. Durch die Verlängerung der effektiven Länge des Wellenleiters und der Absorptionsfläche wirken diese Blenden als Barriere, die Signale unterdrückt, ohne den Luftstrom oder die Funktionalität des Gehäuses wesentlich zu beeinträchtigen.

Zusammenfassung und Best Practices für den Schutz vor EMI

Elektromagnetische Störungen (EMI) sind eine ernsthafte Herausforderung für die moderne Elektronik. Der Schutz davor erfordert das Verständnis ihrer Quellen, der Ausbreitungsmechanismen und der effektiven Abschirm- und Unterdrückungsmethoden. In diesem Artikel wurden die wichtigsten Aspekte im Zusammenhang mit dem EMI-Schutz erörtert, die sich in einigen wesentlichen Prinzipien und Praktiken zusammenfassen lassen.

Ganzheitlicher Ansatz zur Abschirmung

Ein wirksamer Schutz vor EMI erfordert die kombinierte Anwendung verschiedener Techniken. Die Abschirmung elektrischer und magnetischer Felder ist die Grundlage – die geeignete Auswahl von Materialien wie leitfähigen Schilden und magnetisch permeablen Materialien begrenzt das Eindringen von Störungen erheblich. Wichtig ist auch die Gestaltung von Gehäusen unter Berücksichtigung der Minimierung von Leckagen an Nähten, Verbindungen und Öffnungen.

Aufmerksamkeit für konstruktive Details

Wie gezeigt, können selbst kleine Mängel – lockere Verbindungen, schlecht ausgeführte Fugen oder unzureichend geschützte Kabeldurchführungen – zu Schwachstellen für EMI werden. Entwickler müssen auf die korrekte Befestigung der Elemente, die Verwendung abgeschirmter Kabel und geeigneter Steckverbinder sowie die Anwendung von Signal- und Stromversorgungsfiltern achten.

Nutzung fortschrittlicher Lösungen

Die Verwendung von Wellenleitern unterhalb der Grenzfrequenz und tiefer Blenden ermöglicht die Aufrechterhaltung der Abschirmungseffizienz auch dort, wo Lüftungsöffnungen oder andere Gehäusedurchführungen erforderlich sind. Diese Lösung zeigt, wie fortschrittliche Technologien traditionelle Methoden des EMI-Schutzes unterstützen können.

Best Practices:

• Mit Blick auf die Abschirmung entwerfen – bereits in der Entwurfsphase des Geräts Erdung, Abschirmung und die Eliminierung potenzieller EMI-Leckagen planen.
• Geeignete Materialien verwenden – leitfähige Schilde und magnetische Materialien entsprechend den Störcharakteristika auswählen.
• Auf Verbindungen und Fugen achten – solide, gut passende und geschützte Verbindungen sind unerlässlich.
• Öffnungen und Belüftung kontrollieren – Öffnungen unter Berücksichtigung von Wellenleitern und Blenden entwerfen, um das Eindringen von Wellen zu minimieren.
• Signale und Stromversorgung filtern – Filter an Kabeln verwenden, um Störungen bereits an der Quelle zu reduzieren.
• Geräte regelmäßig testen – EMI-Messungen ermöglichen das Erkennen von Problemen und das Einleiten von Korrekturen in einem frühen Stadium.

Quellen:

1. H. Ott, Inżynieria kompatybilności elektromagnetycznej, John Wiley & Sons, Nowy Jork, 2009.

2. C. R. Paul, Wprowadzenie do Kompatybilności elektromagnetycznej, 2. Ed., Wiley Series w dziedzinie mikrofalówki i inżynierii optycznej, 2006.

3. 2025 LearnEMC, LLC