¿Pueden los plásticos conductores proporcionar un apantallamiento EMI efectivo en aplicaciones 5G?

Autor: David Inman, gerente de Aplicaciones y Servicios de Pruebas, Parker Chomerics

Hay muchos obstáculos por superar para que la red 5G ofrezca un gran rendimiento y una eficiencia mejorada que potenciará las nuevas experiencias de usuario y conectará nuevas industrias. Entre las claves para lograr este resultado tan deseable se encuentra el desarrollo de materiales y técnicas de apantallamiento EMI únicos que ofrecen un control exitoso de la interferencia electromagnética (EMI) y, por consiguiente, mejoran la compatibilidad electromagnética (EMC).

Para proporcionar un apantallamiento EMI efectivo para las aplicaciones 5G que evite de manera suficiente las interrupciones y las interferencias con los dispositivos electrónicos y los componentes individuales, es necesario realizar avances en la ciencia de los materiales. Por lo tanto, el desarrollo por parte de Parker Chomerics de su línea Premier de grados de materiales plásticos conductores para uso específico en soluciones de apantallamiento EMI para 5G del mundo real ofrece un potencial pionero.

Cada grado de plástico conductor específico es una síntesis de aleaciones de polímeros termoplásticos de PC/ABS y rellenos conductores diseñados para ofrecer un rendimiento eléctrico, mecánico y físico equilibrado. La tecnología de relleno conductor aprovecha las fibras de carbono niqueladas (Ni-C) como relleno base, mezcladas con polvo de níquel-grafito (Ni-C) para proporcionar niveles de rendimiento elevados. Cada material de relleno ofrece propiedades únicas que ayudan a los OEM de dispositivos/equipos electrónicos a cumplir con las demandas de EMC en el mercado global de 5G.

Figura 1. La línea Premier de Parker Chomerics es una mezcla de aleaciones de polímeros termoplásticos de PC/ABS y rellenos conductores

Evaluar para acumular

Por supuesto, garantizar la idoneidad de cualquier nuevo material de apantallamiento EMI para los requisitos de las aplicaciones 5G exige realizar pruebas exhaustivas, por lo que Parker Chomerics se dedicó a evaluar una serie de grados Premier UL-94 V-0 y Super Temperature (ST), a saber: A230- FRHF, A230-ST, A240-FRHF y A240-ST.

En el pasado, toda la familia de productos Premier se sometió a pruebas exhaustivas para determinar las características de apantallamiento EMI, específicamente mediante la implementación de los estándares de la industria ASTM-D4935 e IEEE-STD-299 en las bandas de frecuencia que van de 30 MHz a 40 GHz. Sin embargo, existe una necesidad creciente de materiales capaces de proteger contra EMI en las frecuencias más altas en las que funcionará 5G. Por lo tanto, estas pruebas abrirían nuevos caminos.

Las nuevas pruebas a menudo exigen nuevos métodos y equipos de prueba, lo que ha llevado a Parker Chomerics a desarrollar un gabinete de prueba de eficacia de protección de alta frecuencia única, conocido como «Mini Box». Este tipo de configuración de prueba IEEE-STD-299 a pequeña escala evalúa la eficacia de la protección a frecuencias de hasta 115 GHz. Desafortunadamente, las grandes cámaras de prueba utilizadas para las pruebas de efectividad del blindaje no son adecuadas para frecuencias tan altas debido a la longitud de los cables del equipo y al uso de equipos estándar. Además, debido al accesorio de prueba y al tamaño de la muestra, las técnicas de prueba de impedancia de transferencia no suelen ser útiles más allá de 1-10 GHz.

Figura 2. En la simplicidad del Mini Box de Parker Chomerics es donde radica su potencia

Las muestras moldeadas de “carga” y “referencia” Premier midieron 133 mm de diámetro. Una ventaja importante de este tamaño de muestra es que el mismo diámetro es adecuado para realizar pruebas según ASTM D4935 e IEEE-STD-299 utilizando la cámara de prueba principal de Parker Chomerics o el Mini Box. Como resultado, la recopilación de datos de prueba de 30 MHz a 110 GHz solo necesita una muestra de prueba.

Figura 3. Las pruebas ASTM D4935 requirieron un disco de referencia de dos piezas y una muestra de prueba de «carga»

Figura 4. Para las pruebas con el Mini Box, un anillo de 100 mm de diámetro mantenía y comprimía la muestra de prueba en su lugar

Las pruebas ASTM D4935 utilizaron un accesorio coaxial diseñado específicamente para probar materiales homogéneos por encima de un rango de frecuencia de 30 MHz a 1,5 GHz. En términos de configuración, una muestra de prueba se colocó entre dos mitades del accesorio de prueba. Con un analizador de espectro convencional, la primera prueba se realizó con el disco de «referencia», mientras que la segunda prueba de eficacia del blindaje utilizó la muestra de prueba de «carga».

Figura 5. El accesorio de prueba coaxial que muestra la ubicación de la muestra para las pruebas ASTM D4935

Pruebas IEEE STD 299

Las pruebas de IEEE STD 299 utilizaron dos configuraciones diferentes. Primero, la cámara principal probó la muestra a frecuencias de 800 MHz a 40 GHz. Esta cámara es un gabinete de acero completamente soldado que mide 3,7 x 6 m con dos secciones y una pared común con un panel de acceso sobre el que se asienta la muestra de prueba. Un lado de la cámara de prueba contiene el equipo de prueba de transmisión y la antena, mientras que el otro lado sostiene el equipo de recepción y la antena.

Figura 6. Esquema de la cámara de prueba de Parker Chomerics que muestra la ubicación de la muestra de prueba y las antenas

En segundo lugar, el Mini Box probó frecuencias de 50 MHz a 110 GHz con un analizador de red Keysight N5225A. Se realizaron dos mediciones del coeficiente de transmisión, una con el material colocado en el Mini Box y otra sin nada entre las dos antenas (referencia abierta IEEE-STD-299). La identificación de la diferencia entre las dos lecturas del coeficiente de transmisión determinaría la efectividad del blindaje del material.

Figura 7. Diagrama que muestra varios componentes de la configuración de prueba con el Mini Box

Nuevamente, la misma muestra de prueba se colocó a través de la apertura en la parte delantera del gabinete. Una antena, que funcionaba como antena transmisora, se encontraba en el extremo opuesto de la abertura dentro del gabinete. Otra antena, que funciona naturalmente como la antena de recepción, se sentó fuera del Mini Box, muy cerca del material bajo prueba.

El método de prueba de referencia de “espacio libre” IEEE STD-299 facilita las pruebas en la cámara principal y en el Mini Box. En ambos casos, las antenas de transmisión y recepción se apuntan directamente entre sí a la misma distancia que en las mediciones de la eficacia del blindaje final.

Figura 8. Las pruebas se realizaron utilizando el método de prueba de referencia de «espacio libre»

Después de la prueba final, fue posible calcular la efectividad del blindaje en función de la diferencia entre el valor obtenido durante la medición de referencia abierta y la medición final, expresada en decibelios (dB).

Se probó y se comprobó

Los resultados muestran una impresionante eficacia de blindaje para todos los grados de plástico conductor Premier UL-94 V-0 y Super Temperature (ST), específicamente: 71-99 dB (Premier A230-ST), 63-99 dB (Premier A230-FRHF), 71-104 dB (Premier A240-ST) y 63-100 dB (Premier A240-FRHF).

Efectivamente, hay algunas diferencias en los resultados, pero la comparación es bastante notable teniendo en cuenta las diferencias en las técnicas de prueba.

Figura 9. Gráfico que muestra los resultados de la eficacia del blindaje para las muestras del Premier A230-FRHF a frecuencias de 30 MHz a 115 GHz

Es posible concluir que los plásticos conductores para el mercado 5G son soluciones altamente efectivas en el diseño de EMC. Dependiendo de la frecuencia específica de la aplicación 5G, la efectividad del blindaje abarca un rango típico de 40 a 100 dB. Los fabricantes de equipos originales y los usuarios finales pueden confiar en estos datos mientras Parker Chomerics diseña los accesorios y métodos de prueba de la eficacia del blindaje para reflejar el producto de revestimiento conductor utilizado en la aplicación real. La empresa, que cuenta con muchos años de experiencia, informa que los usuarios finales siempre logran resultados de eficacia de blindaje similares a los de los datos de prueba publicados.

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