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L'industrie des télécommunications englobe de nombreux réseaux tels que le Wi-Fi (6, 6E, 7), la 5G et les réseaux d'accès radio ouverts (RAN), les stations de base cellulaires, l'informatique de périphérie et les systèmes d'antennes distribuées (DAS), pour n'en citer que quelques-uns. Ces systèmes nécessitent un matériel sophistiqué pour fonctionner, notamment des radios de station de base, des serveurs d'informatique de périphérie, des commutateurs et routeurs de télécommunications, des amplificateurs de radiofréquence (RF), des unités de contrôle d'antenne, des commutateurs Ethernet et des émetteurs-récepteurs à fibre optique.
Pour les ingénieurs qui conçoivent le matériel et les circuits des télécommunications, la compatibilité électromagnétique (CEM) est un paramètre essentiel et souvent difficile à respecter, compte tenu de l'intégration dense des composants RF et numériques à haute vitesse. Traditionnellement, la CEM était assurée par le simple fait de loger les circuits dans des boîtiers en aluminium qui bloquaient les interférences RF externes et empêchaient les fuites de signaux internes.
Les boîtiers en aluminium font office de cage de Faraday, entourant le circuit d'un conducteur électrique. Le métal réfléchit et absorbe les rayonnements externes, empêchant ainsi le circuit interne de recevoir (par induction ou couplage RF) tout signal. De même, la cage de Faraday réfléchit et absorbe également les champs électromagnétiques générés par le circuit interne, évitant ainsi toute interférence avec les appareils voisins. La figure 1 ci-dessous illustre graphiquement l'effet de cage de Faraday.
Figure 1 : Représentation du fonctionnement d'un écran de Faraday
Malgré sa capacité intrinsèque à bloquer les interférences électromagnétiques (IEM), l'aluminium est relativement lourd et coûteux ; les concepteurs se sont donc tournés vers des matériaux alternatifs comme l'ABS et le polycarbonate. Si ces matériaux sont moins chers et plus légers, ils sont également isolants électriques et laissent passer les IEM sans les perturber.
Principes de base du blindage électromagnétique
L'objectif du blindage électromagnétique est d'empêcher l'énergie électromagnétique, conduite ou rayonnée par une source, d'atteindre un circuit. Le blindage n'est pas un résultat binaire, évalué simplement comme « blindé » ou « non blindé », mais plutôt une mesure de la réduction du rayonnement incident avant qu'il n'atteigne les composants électroniques à proximité. Ce degré de réduction du rayonnement est appelé atténuation.
L'atténuation des interférences électromagnétiques (IEM) se mesure en décibels (dB), selon une fonction logarithmique. Un blindage efficace varie de 20 à plus de 100 dB, ce qui se traduit par la réduction du signal suivante.
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Atténuation (dB) |
Réduction du signal (%) |
% de la force du signal incident |
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10 |
90 |
10 |
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20 |
99 |
1 |
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30 |
99.9 |
0.1 |
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40 |
99.99 |
1 × 10-2 |
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60 |
99.9999 |
1 × 10-4 |
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80 |
99.999999 |
1 × 10-6 |
Tableau 1 : Réduction du signal des interférences électromagnétiques pour différentes valeurs d'atténuation
Il est important de noter que le blindage dépend fortement de la fréquence ; il est donc nécessaire d’identifier les fréquences de fonctionnement ou les plages de fréquences que le matériau de blindage doit atténuer.
La conductivité du matériau de blindage est également une propriété importante, notamment aux hautes fréquences supérieures à 10 MHz. Aux basses fréquences, comme dans la gamme des kHz, des matériaux dont la conductivité varie de plusieurs ordres de grandeur peuvent présenter des performances de blindage similaires, tandis que dans les gammes des MHz et des GHz, les matériaux conducteurs comme le cuivre et l'argent sont les plus performants.
L'épaisseur du matériau est un autre facteur influençant le blindage. Cependant, cette variable est difficile à quantifier, car des blindages plus épais peuvent réduire la porosité et même diminuer la résistance de surface, ce qui améliore l'atténuation. L'ampleur de cette amélioration peut toutefois varier considérablement selon la composition du blindage et sa fréquence de fonctionnement.
Peintures conductrices d'électricité comme matériau de blindage
Le passage des boîtiers en aluminium aux plastiques comme l'ABS et le polycarbonate a contraint les concepteurs à métalliser ces plastiques pour assurer la compatibilité électromagnétique (CEM). Si les feuilles et les treillis conducteurs sont des matériaux efficaces pour la CEM, leur application est complexe et ces matériaux sont fragiles, ce qui peut entraîner des fuites de rayonnement, notamment aux hautes fréquences.
Les peintures conductrices constituent une solution pratique pour les boîtiers, car les films durcis sont durables, hautement conducteurs, économiques et faciles à appliquer. Pour un blindage efficace, la peinture doit être appliquée sur les six faces intérieures du boîtier afin d'entourer complètement le circuit et de créer une cage de Faraday. Bien que la peinture puisse être appliquée à l'extérieur du boîtier, il est plus pratique de l'appliquer à l'intérieur afin de le protéger des agressions extérieures.
Les peintures conductrices sont formulées à partir de différents polymères présentant chacun des avantages spécifiques, selon les exigences de l'application. Les polymères couramment utilisés sont les acryliques, les époxydes et les polyuréthanes. Le diagramme radar met en évidence les avantages et les inconvénients de chaque type de polymère.
Figure 2 : Diagramme radar comparant les différents types de polymères utilisés dans la formulation des peintures conductrices d'électricité
Comme l'indique le schéma, pour les applications exposées à des environnements particulièrement agressifs, une peinture époxy est la plus appropriée compte tenu de sa résistance chimique et de sa durabilité. En revanche, dans des environnements moins agressifs, les peintures acryliques peuvent s'avérer plus pratiques du fait de leur facilité d'application. Il est également essentiel de tenir compte du support sur lequel la peinture est appliquée, car l'adhérence varie selon le type de polymère. Pour les plastiques utilisés dans la construction de logements, les systèmes acryliques sont privilégiés.
Alors que le type de polymère détermine la durabilité et l'adhérence, les particules conductrices de la peinture influent sur la conductivité et l'atténuation du blindage. Le carbone, le nickel, le cuivre argenté et l'argent sont les particules conductrices les plus couramment utilisées. Le choix du système de peinture adapté dépend donc des fréquences à blinder et de l'atténuation cible requise. La figure 3 ci-dessous illustre l'atténuation en fonction de la fréquence pour quatre peintures conductrices acryliques testées conformément à la norme IEEE-299.1:2013.
Figure 3 : Comparaison de l'atténuation pour différentes paillettes utilisées dans les peintures conductrices acryliques testées selon la norme IEEE-299.1:2013
Peintures conductrices d'électricité de MG Chemicals
MG Chemicals a formulé une gamme complète de peinture conductrice d'électricité pour aider les ingénieurs en télécommunications à atteindre les objectifs de compatibilité électromagnétique (CEM). La gamme comprend acryliques, époxy et polyuréthane à base d'eau Pour s'adapter à tous les substrats et environnements. Le choix du produit à utiliser peut sembler complexe, mais MG met à votre disposition une équipe d'assistance technique complète pour vous accompagner dans votre application et vous aider à chaque étape, de la sélection des matériaux à la validation et à la mise à l'échelle.
Le respect des normes de compatibilité électromagnétique (CEM) est de plus en plus complexe, les concepteurs devant concilier ces exigences avec d'autres contraintes telles que le coût et le poids. Le passage aux boîtiers en plastique nécessite une méthode de métallisation économique et à grande échelle de ces composants. Heureusement, les revêtements conducteurs offrent une solution clé en main, sous forme de films minces et durables assurant un blindage efficace sur une large bande de fréquences.
