Obtener la mejor EMC de cables blindados de hasta 2,8 GHz, parte 2

Jun 29, 2023

En la Parte 1 de este artículo, compartí con ustedes los orígenes de mi viaje para evaluar la efectividad del blindaje (SE) de cables apantallados1 y analicé algunas reglas básicas para terminar los blindajes de cables. En la Parte 2, resumiré las pruebas que realicé recientemente sobre varios enfoques para mejorar la efectividad del blindaje de los cables apantallados utilizados en aplicaciones de alta frecuencia y los resultados de esas pruebas.

1 En el contexto de este artículo, las palabras: proyectado; la pantalla, o pantalla, podrá ser reemplazada por blindada; escudo, o blindaje respectivamente, y viceversa, sin ningún cambio en los significados.

Nota: todos los sobretrenzas de estos cables, ya sean de una o dos capas, utilizaban el mismo tipo de trenza sujeta a las carcasas traseras de la misma forma en ambos extremos.

Un solo sobretrenzado para comprobar que el ruido de fondo de la prueba es lo suficientemente bajo.

Figura 4: Conjuntos de cables para las mediciones de referencia y para los cables TP con blindaje de trenza única y sobretrenzas simples (es decir, dos capas de blindaje de trenza en total)

Un cable de par trenzado (TP) sin blindaje por sí solo (en realidad, el cable TP blindado de una sola trenza que se utiliza para ensamblar los cables del 3 al 6, sin su funda exterior de plástico y su blindaje).

Los resultados medidos en este cable se utilizaron como referencia que se restó de los resultados medidos de cada una de las otras pruebas de cables (es decir, cables 3 a 12) para determinar su SE relativo frente a la frecuencia.

Un control cuidadoso de toda la configuración de la prueba intentó garantizar que el acoplamiento de RF de la antena al cable y los efectos de resonancia de la sala fueran idénticos en cada prueba, de modo que se cancelaran. Los resultados mostraron que tuvimos un éxito razonable en esto.

Nota: estos cables y los cables 6, 10, 11 y 12 a continuación utilizaron el mismo tipo de cable TP con blindaje simple.

Nota: estos cuatro cables y los cables 3, 4 y 5 anteriores utilizaron el mismo tipo de cable TP con blindaje simple.

Figura 5: Conjuntos de cables que tienen cables TP blindados de trenza simple con sobretrenzas dobles (es decir, tres capas de blindaje trenzado en total)

Nota: estos dos cables utilizaron el mismo tipo de cable TP con blindaje doble trenzado.

Figura 6: Conjuntos de cables que tienen cables TP con blindaje de doble trenza y sobretrenzas dobles (es decir, cuatro capas de blindaje trenzado en total)

Hay muchas formas de probar el SE de conjuntos de cables (es decir, cables más sus conectores), y se debe esperar que cada una dé resultados diferentes incluso con conjuntos de cables idénticos. Entonces, elegí el método de prueba que mejor representaba la situación que más me interesaba y que también era el más fácil y rápido de realizar con las instalaciones y recursos que tenía disponibles en ese momento (ver Figuras 7, 8 y 9).

Figura 7: Bosquejo de la configuración de prueba

Figura 8: Ejemplo de medición de un cable, que muestra las conexiones a los conectores montados en mamparo en el panel de conectores del mamparo en la pared de la cámara de prueba

Figura 9: Ejemplo de medición de un cable, que muestra la inyección de RF en un cable

Las peores imperfecciones de este método se eliminaron mediante un control cuidadoso de la coherencia y la repetibilidad, y restando los resultados medidos para cada conjunto de cables de las mediciones del cable TP sin blindaje de referencia, Cable 2 (ver arriba y la Figura 4).

La cámara de pruebas había sido una vez una gran cámara TEMPEST para comunicaciones seguras, pero durante mucho tiempo se había utilizado como almacén.

Con un analizador de espectro, una sonda de RF de campo cercano efectiva hasta 6 GHz y un generador de peine radiante Tek box TBCG1, de 100 MHz a 6 GHz, no tomó mucho tiempo identificar las fugas de RF y repararlas (dedos de resorte corroídos alrededor de la puerta y un cable telefónico que había sido traído sin supresión de RF). Se diseñó, fabricó y fijó un panel de conectores (visible en la Figura 8) a un orificio cortado en la pared de la cámara y también se verificó si había fugas de RF de hasta 6 GHz.

Habría preferido una cámara anecoica o una cámara de modo agitado, ¡pero al menos las estanterías metálicas y el equipo almacenado en la habitación rompieron la mayoría de sus principales modos resonantes! Y unos pocos trozos de losetas de ferrita sobrantes de una cámara de pruebas EMC anecoica fueron suficientes para hacer frente a las peores ondas estacionarias restantes.

No estaba interesado en los valores absolutos de SE, solo en qué métodos de diseño/ensamblaje de cables eran los mejores para SE. En otras palabras, sus desempeños relativos en SE. Esperaba extraer algunas reglas de orientación generales para cables blindados sobretrenzados o haces de cables que contengan al menos un cable TP blindado individualmente.

Para ayudar a lograr esto, con la configuración de prueba imperfecta descrita brevemente anteriormente, primero se midió un cable nulo (Cable 1, consulte la Figura 4). Al ser solo una sobretrenza vacía, la medición identificó cualquier fuga desde la antena a los pines de medición CM del conector blindado montado en el mamparo, que incluía todas las fugas de la cámara y el panel, y también las fugas inherentes a la sobretrenza y su unión de blindaje al conectores de cable y desde el conector del cable hasta los conectores blindados montados en el mamparo. Esta medición mostró que las fugas estaban en o por debajo del piso de ruido de medición para ambos rangos de frecuencia.

A continuación, se midió el cable de referencia, Cable 2. Se trataba de un cable de par trenzado (TP) sin blindaje, como se muestra en la Figura 4 y se describió anteriormente en detalle.

Se utilizaron dos amplificadores de potencia de RF diferentes, uno que funciona a 100 MHz – 1 GHz y un segundo a 800 MHz – 2,8 GHz, para cubrir los dos rangos de frecuencia informados en este artículo, repitiéndose las pruebas nulas y de referencia anteriores para cada amplificador.

Para ayudar a lograr coherencia entre los diferentes amplificadores de potencia de RF, se utilizó una sonda de campo triaxial con un cable de fibra óptica pasado a través de una guía de ondas por debajo del corte en el panel de conectores del mamparo para medir las intensidades de campo alrededor de la antena y los cables medidos.

Se utilizaron preamplificadores externos de bajo ruido con buenas respuestas de frecuencia planas en los rangos de frecuencia medidos antes de la entrada del analizador de espectro en los casos en que ayudarían a reducir el ruido de fondo.

Todos los demás cables medidos cubiertos por este artículo consistieron en el mismo conjunto de cables nulos utilizado para el Cable 1. El mismo ensamblador de cables muy hábil fabricó conductores y cables internos adicionales, de la misma manera, con los mismos materiales y dentro de un tiempo limitado. lapso de tiempo (unos pocos días) para que podamos asumir la coherencia entre ellos.

Teniendo en cuenta todo lo anterior y con los resultados de cada amplificador, restar los resultados de cada cable al resultado de referencia debería haber reducido sustancialmente los efectos de:

Este enfoque de resta/cancelación fue lo suficientemente exitoso como para sacar conclusiones sobre la mejor manera de terminar los blindajes de múltiples cables blindados en un cable general o haz con sobretrenzas, hasta 2,8 GHz. Sin embargo, todavía hubo algunos pequeños errores que se consideraron insignificantes (¡mira si puedes detectarlos en las siguientes figuras!).

Estos se muestran en la Figura 10 para 100 MHz – 1 GHz y en la Figura 11 para 800 MHz – 2,8 GHz.

Figura 10: Resultados del cable TP interno blindado con una sola trenza, más una única sobretrenza de 360° sujeta a las carcasas traseras en ambos extremos: de 0,1 a 1 GHz

Figura 11: Resultados del cable TP interno con blindaje de trenza única, más una trenza única de 360° sujeta a las carcasas traseras en ambos extremos: de 0,8 a 2,8 GHz

Estos se muestran en la Figura 12 para 100 MHz – 1 GHz y en la Figura 13 para 800 MHz – 2,8 GHz.

Figura 12: Resultados del cable TP interno con blindaje de trenza simple, más trenzas dobles, ambas sujetas 360° a las carcasas traseras en ambos extremos: 0,1 a 1 GHz

Figura 13: Resultados del cable TP interno con blindaje de trenza simple, más trenzas dobles, ambas sujetas en 360° a las carcasas traseras en ambos extremos: de 0,8 a 2,8 GHz

Estos se muestran en la Figura 14 para 100 MHz – 1 GHz y en la Figura 15 para 800 MHz – 2,8 GHz.

Figura 14: Resultados del cable TP interno con blindaje de doble trenzado, más sobretrenzas dobles, ambas sujetas 360° a las carcasas traseras en ambos extremos: 0,1 a 1 GHz

Figura 15: Resultados del cable TP interno con doble trenzado blindado, además de doble sobretrenzado, ambos sujetos en 360° a las carcasas traseras en ambos extremos: de 0,8 a 2,8 GHz

Nota: ambos cables utilizan un cable TP interno con doble blindaje trenzado en ambos extremos.

Yo esperaría que los cables TP con blindaje de doble trenza en un cable o paquete general con sobretrenzas dobles, con todas las capas de blindaje terminadas en 360° en las sobretrenzas y/o carcasas traseras en ambos extremos (y sin coletas), den mejores resultados que cualquiera de los cables medidos anteriormente. Pero no montamos ni medimos tal diseño.

¿Pero cómo terminar los blindajes de los cables internos sin utilizar pigtails?

Pocas publicaciones de dominio público (incluida la mía) abordan cómo terminar los blindajes de cables blindados individualmente dentro de cables o haces de cables sobretrenzados (¡haciendo caso omiso de aquellos que recomiendan trenzar a través de clavijas de conector!).

Esto tal vez se deba a que tiende a ser un problema para las empresas militares o aeroespaciales de alta especificación, cuyas guías internas de diseño/ensamblaje a menudo me parecen especificar prácticas obsoletas o no rentables, como el uso de cables flexibles mediante clavijas de conector o la exigencia de una gran cantidad de montaje manual (¡costoso!) por parte de personal cualificado (por ejemplo, soldar 360° una trenza interna a una sobretrenza).

Cómo terminar de forma rentable los blindajes de los cables podría, por sí solo, llenar fácilmente un artículo completo, pero en lugar de ampliar este artículo con unos pocos miles de palabras, agregué las Figuras 16 a 18, tomadas de mi curso de capacitación sobre EMC de cables [25 ], y espero que se expliquen lo suficiente por sí solos.

Figura 16: Diapositiva 2.7.23 de [25]

Figura 17: Diapositiva 2.7.24 de [25]

Figura 18: Diapositiva 2.7.25 de [25]

Me gustaría agradecer a Lockheed Martin (UK) Ltd, cerca de Ampthill, por el uso de sus instalaciones y por proporcionar el equipo de prueba utilizado.

También me gustaría agradecer a las muchas personas de LM (Reino Unido) que ayudaron con estas pruebas, en particular a las siguientes:

(Tenga en cuenta que 1 y 3 a 8 están disponibles como descargas gratuitas desde sitios web oficiales)

blindaje de cable blindado emckeith armstrong

Después de trabajar como diseñador electrónico, luego gerente de proyectos y gerente del departamento de diseño, Keith fundó Cherry Clough Consultants en 1990 para ayudar a las empresas a reducir los riesgos financieros y los plazos de los proyectos mediante el uso de buenas prácticas de ingeniería EMC comprobadas. Durante los últimos 20 años, Keith ha presentado numerosos artículos, demostraciones y cursos de formación sobre buenas técnicas de ingeniería EMC y sobre EMC para seguridad funcional en todo el mundo, y también ha escrito numerosos artículos sobre estos temas. Preside el grupo de trabajo del IET sobre EMC para seguridad funcional y es el experto designado por el gobierno del Reino Unido para los comités de IEC que trabajan en 61000-1-2 (EMC y seguridad funcional), 60601-1-2 (EMC para dispositivos médicos) y 61000-6-7 (Norma genérica sobre EMC y Seguridad Funcional).

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