Permeabilität vs. Permittivität: die praktischen Unterschiede.

Elektronische Geräte werden immer kleiner und leistungsstärker und EMI-Umgebungen entsprechend komplexer. Abschirmung, Erdung und EMI-Absorption sind gängige Methoden zur EMI-Kontrolle. Ingenieure müssen jedoch die richtigen Verfahren und Materialsätze auswählen, um bestimmte Ziele bei der Reduzierung von EMI-Störsignalen zu erreichen. Bei der EMI-Kontrolle kommen vor allem zwei Materialtypen zum Einsatz: leitfähige Materialien (Folien, Dichtungen, Abschirmungen) und absorbierende Materialien (Magnetfolien, dielektrische Schaumstoffe usw.). Leitfähige Materialien bieten einen niedrigen Widerstand, sodass RF-Ströme von geschützten Komponenten wegfließen können. Absorbierende Materialien weisen speziell formulierte magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften zur EMI-Unterdrückung auf.

Bei der EMI-Kontrolle in Nahfeldanwendungen ist es gängige Praxis, Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität auszuwählen. Bei höheren Frequenzen mit größerer Komplexität muss für eine effektive EMI-Kontrolle neben der Permeabilität auch die Permittivität verstanden und berücksichtigt werden.

Permeabilität beschreibt die Reaktion eines Materials auf ein äußeres Magnetfeld. Sie wird als relative Permeabilität (μr) quantifiziert. Relative Permeabilität besteht aus einem Realteil und einem Imaginärteil. Der Realteil definiert das gesamte Magnetfeld im Material. Der Imaginärteil definiert den Energieverlust bzw. die Energie, die den vorgesehenen Pfad verlässt.
 

• Materialien mit hoher realer Permeabilität leiten magnetische Energie effektiv um. Auf diese Weise schützen sie Komponenten vor durch Magnetfelder erzeugtem Rauschen.
• Materialien mit hoher imaginärer Permeabilität absorbieren magnetische Energie effektiv.

Permittivität beschreibt die Reaktion eines Materials auf ein äußeres elektrisches Feld. Sie wird als relative Permittivität (εr) quantifiziert. Relative Permittivität besteht aus einem Realteil und einem Imaginärteil. Der Realteil definiert das gesamte elektrische Feld im Material. Der Imaginärteil definiert den Energieverlust bzw. die Energie, die in Wärme umgewandelt wird, statt zur Signal- oder Leistungsverarbeitung genutzt zu werden.
 

• Materialien mit  hoher realer Permittivität leiten dielektrische Felder effektiv um. So schützen sie Komponenten vor durch elektrische Felder erzeugtem Rauschen.
• Materialien mit hoher imaginärer Permittivität  absorbieren elektrische Energie effektiv.

In einigen Fällen bestimmt das Design eines Systems (Materialien, Formgebung und Positionierung) die elektromagnetischen Modi von Propagation, Reflexion und Verlust und damit die Gesamteffektivität des Absorbers. In solchen Systemen spielen die Permeabilität und Permittivität des Materials eine entscheidende Rolle bei der EMI-Unterdrückung – insbesondere bei hohen Frequenzen, wo kürzere Wellenlängen schneller zu Varianzen führen. Für praktische Anwendungen mit komplexen magnetischen Umgebungen sind unter Umständen Materialien erforderlich, die sowohl die Permeabilität als auch die Permittivität beeinflussen.   

Ein Beispiel hierfür ist eine Leiterbahn, die leitungsgebundene Störungen von einer Komponente an eine andere überträgt. Hier kann die Leistung des EMI-Absorbers von der hohen Permeabilität und hohen Permittivität profitieren. Ein weiteres Beispiel ist ein integrierter Schaltkreis, in dem zwei kleine leitungsgebundene Störquellen entkoppelt werden müssen, um ein zuverlässiges Signal zu erhalten. In diesem Fall wird ein Material mit hohem magnetischem Verlust und geringer Permeabilität bevorzugt. Für die Rauschunterdrückung in Hohlräumen oder geschlossenen Räumen sollten Permeabilität und Permittivität im Hinblick auf eine geeignete Anpassung von Impedanz und Wellenlänge gewählt werden. Zur Abschirmung sehr kleiner (im Vergleich zur Wellenlänge) magnetischer Quellen wie Hochfrequenz-Induktoren oder Schleifen in einem Schaltkreis wird ein Material mit hoher Permeabilität benötigt. Die Permittivität spielt in diesem Fall keine signifikante Rolle.

3M bietet ein umfassendes Sortiment an EMI-Absorbern und magnetischen Abschirmmaterialien mit Funktionen und Optionen, die den derzeitigen Herausforderungen gerecht werden und neue Anwendungen ermöglichen. Dazu gehören auch Materialien mit hoher Permeabilität und hoher Permittivität für eine ausgezeichnete EMI-Rauschunterdrückung.  

Die 3M™ EMI-Absorber können für die effektive Kontrolle von EMI im Nahfeldbereich von 200 MHz bis 10 GHz eingesetzt werden. In Kombination mit den magnetischen Abschirmmaterialien und elektrisch leitfähigen Klebebändern von 3M bieten sie eine Komplettlösung für die Kontrolle sämtlicher elektromagnetischer Störungen in komplexen elektromagnetischen (EM-)Umgebungen.

3M führt umfassende Materialtests durch, um eine zuverlässige, reproduzierbare Leistung im Labor und im Feld sicherzustellen. Wenden Sie sich für weitere Informationen an Ihren 3M Vertreter oder einen unserer Experten. Wir helfen Ihnen bei der Auswahl der passenden EMI-Kontrolllösungen für Ihre Spezifikationen.