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

En la Parte 1 de este artículo, compartí con ustedes los orígenes de mi viaje para evaluar la efectividad del blindaje (SE) de los cables apantallados1 y discutí algunas reglas básicas para terminar los blindajes de los 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: tamizado; la pantalla, o la pantalla puede ser reemplazada por blindada; escudo, o blindaje respectivamente, y viceversa, sin ningún cambio en los significados.

Nota: todos los sobretrenzados de estos cables, ya sean de una o dos capas, utilizaban el mismo tipo de trenzado sujeto a las carcasas traseras de la misma manera en ambos extremos.

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

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

Un cable de par trenzado (TP) no blindado por sí solo (en realidad, el cable TP blindado de una sola trenza que se usa para ensamblar los cables 3 a 6, sin su cubierta exterior de plástico y su blindaje).

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

El control cuidadoso de toda la configuración de prueba trató de garantizar que el acoplamiento de RF de la antena al cable y los efectos de resonancia de la sala fueran idénticos en cada prueba para 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, todos usaban el mismo tipo de cable TP de blindaje simple.

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

Figura 5: Los conjuntos de cables que tienen cables TP con blindaje trenzado simple con sobretrenzados dobles (es decir, tres capas de blindaje trenzado en total)

Nota: estos dos cables usaban el mismo tipo de cable TP blindado de doble trenza.

Figura 6: Los 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 los conjuntos de cables (es decir, los cables más sus conectores), y debe esperarse que cada uno proporcione 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 hacer con las instalaciones y los recursos que tenía disponibles en ese momento (ver Figuras 7, 8 y 9).

Figura 7: Esquema de la configuración de prueba

Figura 8: Ejemplo de medición de un cable, que muestra las conexiones a conectores montados en mamparo en el panel de conectores de 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

La peor de las imperfecciones de este método se anuló mediante un cuidadoso control de la consistencia y la repetibilidad, y restando los resultados medidos para cada ensamblaje de cable de las medidas del cable TP sin blindaje de referencia, Cable 2 (ver arriba y la Figura 4).

La cámara de prueba 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, 100 MHz – 6 GHz, no tomó mucho tiempo identificar las fugas de RF y repararlas (dedos elásticos corroídos alrededor de la puerta y un cable telefónico que se había traído sin supresión de RF). Se diseñó, fabricó y fijó un panel conector (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.

¡Hubiera preferido una cámara anecoica o una cámara de modo agitado, pero al menos la estantería de metal y el equipo almacenado en la sala rompieron la mayoría de sus principales modos resonantes! Y unos cuantos fragmentos de losas de ferrita sobrantes de una cámara de prueba de EMC anecoica fueron suficientes para lidiar con las peores ondas estacionarias restantes.

No estaba interesado en los valores absolutos de SE, solo en qué diseño de cable/métodos de montaje eran los mejores para SE. En otras palabras, sus rendimientos SE relativos. Tenía la esperanza de extraer algunas reglas de orientación generales para cables con blindaje sobretrenzado o haces de cables que contienen 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). Siendo solo una sobretrenzada vacía, la medición identificó cualquier fuga de 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 sobretrenzada y su unión del blindaje al conectores de cable, y desde el conector de cable hasta los conectores blindados montados en mamparo. Esta medición mostró que las fugas estaban en el nivel mínimo de ruido de medición o por debajo de este para ambos rangos de frecuencia.

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

Se usaron 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, con las pruebas nulas y de referencia anteriores repetidas para cada amplificador.

Para ayudar a lograr la consistencia 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 consistían en el mismo ensamblaje de cable nulo utilizado para el Cable 1. El mismo ensamblador de cables altamente calificado fabricó conductores y cables internos adicionales, de la misma manera, con los mismos materiales y dentro de un plazo limitado. lapso de tiempo (algunos días) para que pudiéramos asumir la consistencia entre ellos.

Teniendo en cuenta todo lo anterior y con los resultados de cada amplificador, restando los resultados de cada cable del 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 paquete con sobretrenzas, hasta 2,8 GHz. Sin embargo, todavía hubo algunos pequeños errores que se consideraron insignificantes (¡vea si puede detectarlos en las siguientes cifras!).

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 blindado con una sola trenza interna, más una sola sobretrenzada de 360° sujeta a las carcasas traseras en ambos extremos: 0,1 a 1 GHz

Figura 11: Resultados del cable TP blindado con una sola trenza interna, más una sola sobretrenzada de 360° sujeta a las carcasas traseras en ambos extremos: 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 para cable TP blindado con trenzado simple interno, más sobretrenzados dobles, ambos 360° sujetos a las carcasas traseras en ambos extremos: 0,1 a 1 GHz

Figura 13: Resultados para cable TP blindado con trenzado simple interno, más sobretrenzados dobles, ambos 360° sujetos a las carcasas traseras en ambos extremos: 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 blindado con doble trenzado interno, más sobretrenzados dobles ambos 360° sujetos a las carcasas traseras en ambos extremos: 0,1 a 1 GHz

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

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

Esperaría que los cables TP con blindaje de doble trenza en un cable general o paquete con trenzas dobles, con todas las capas de blindaje terminadas en 360° en las trenzas exteriores y/o carcasas traseras en ambos extremos (y sin coletas), brinden mejores resultados que cualquiera de los cables medidos arriba. Pero no ensamblamos ni medimos tal diseño.

Pero ¿Cómo Terminar los Blindajes de los Cables Internos Sin Usar Pigtails?

Pocas publicaciones de dominio público (incluida la mía) abordan cómo terminar los blindajes de los cables blindados individualmente dentro de cables sobretrenzados o haces de cables (¡ignorando aquellos que recomiendan la conexión en espiral a través de las clavijas del conector!).

Esto quizás 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 que especifican prácticas obsoletas o no rentables, como la unión mediante pines de conector, o que requieren una gran cantidad de ensamblaje manual (¡costoso!) por parte de personal calificado (p. ej., soldadura de 360° de una trenza interna a una sobretrenzada).

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

Figura 16: Diapositiva 2.7.23 de [25]

Figura 17: Diapositiva 2.7.24 de [25]

Figura 18: Diapositiva 2.7.25 de [25]

Quisiera 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)

emckeith armstrongcable blindadoblindaje

Después de trabajar como diseñador electrónico, luego como 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 comprobadas de ingeniería de EMC. Durante los últimos 20 años, Keith ha presentado muchos documentos, demostraciones y cursos de capacitación sobre buenas técnicas de ingeniería de EMC y sobre EMC para seguridad funcional en todo el mundo, y también ha escrito muchos 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 CEM y Seguridad Funcional).

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