Les blindages électromagnétiques
Le blindage électromagnétique est une technique indisponsable en électronique, utilisée pour protéger les circuits contre les interférences électromagnétiques (IEM) qui peuvent perturber le fonctionnement des systèmes sensibles. Ces IEM proviennent aussi bien de sources internes, comme les oscillateurs et les circuits haute fréquence, que de sources externes telles que les équipements radiofréquences et les émetteurs industriels. Les blindages peuvent réduire les interférences de 60 à 120 dB selon les matériaux et les techniques employées. Ce processus repose sur des concepts avancés de la physique électromagnétique, notamment l’effet de peau, qui limite les courants induits à la surface des matériaux conducteurs, et l’atténuation par réflexion et absorption des champs électromagnétiques (CEM). Par exemple, un blindage en cuivre, grâce à sa conductivité élevée d’environ 58 millions de siemens par mètre, offre une protection efficace contre les hautes fréquences, tandis que des alliages comme le Mu-métal, avec une perméabilité magnétique très élevée, sont plus adaptés aux basses fréquences. Ces caractéristiques permettent d’assurer l’intégrité et la fiabilité des systèmes électroniques dans des environnements perturbés.
1. Principes physiques du blindage électromagnétique
1.1 Effet de peau et atténuation des champs
1.2 Réflexion et absorption des CEM
2. Matériaux utilisés pour le blindage
2.1 Conducteurs et alliages
Les matériaux conducteurs comme le cuivre et l’aluminium sont privilégiés pour leur faible résistivité et leur profondeur de peau réduite. Les alliages ferromagnétiques, tels que le Mu-métal, offrent des performances supérieures dans les basses fréquences (<100 kHz) grâce à leur perméabilité élevée (>20 000).
Le tableau ci-dessus montre que le cuivre et l’aluminium sont efficaces pour les hautes fréquences, tandis que le Mu-métal est optimal pour les basses fréquences.
3. Techniques de blindage en conception électronique
3.1 Boîtiers et cloisonnements métalliques
L’utilisation de boîtiers métalliques ou de couches de blindage dans les PCB (Printed Circuit Boards) est courante. Les boîtiers doivent être continus pour éviter les fuites par effet de diffraction aux ouvertures. Les joints conducteurs (fingerstock et joints EMC) sont utilisés pour garantir une continuité électrique parfaite.
3.2 Couches de blindage dans les PCB
Les PCB multicouches intègrent des plans de masse servant de blindage passif. Les couches dédiées peuvent réduire les interférences de 60 à 80 dB jusqu’à 1 GHz.
4. Applications et limites du blindage électromagnétique
4.1 Atténuation et efficacité du blindage
L’efficacité du blindage se mesure en dB selon la formule :
4.2 Limites et effets indésirables
Les résonances internes, l’effet d’écran et l’augmentation de l’impédance parasite sont des limites courantes. Un blindage mal conçu peut amplifier les résonances à certaines fréquences, compromettant la protection globale.
5. Comparaison des techniques de blindage
Le tableau montre que les boîtiers métalliques offrent les meilleures performances, mais à un coût plus élevé, tandis que les peintures et tissus conducteurs sont plus économiques mais moins efficaces.
Conclusion
Le blindage électromagnétique est crucial pour assurer l’intégrité des systèmes électroniques dans des environnements bruyants. Bien que de nombreux matériaux et techniques existent, chaque solution présente des compromis en termes de coût, d’efficacité et de compatibilité fréquentielle. Une compréhension approfondie des propriétés des matériaux et des principes électromagnétiques est essentielle pour concevoir des blindages optimisés.
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