compatibilidad electromagnética: cableado de señales

Cableado de señales

HOFF, Romina A.

KRUJOSKI, Matías G.

STATKIEVICZ, Elías J.

WASILEWSKI, Walter S.

Universidad Nacional de Misiones

GRUPO1

Consideraciones

• Pantallas hechas de materiales no magnéticos

• Las corrientes inducidas en el circuito receptor son lo

suficientemente pequeñas para no distorsionar el campo original

• Los cables son cortos comparados con la longitud de onda

Tipos de acoplamiento

1. Acoplamiento capacitivo o eléctrico: Interacción de campos eléctricos se

identifica de mala manera como acoplamiento electroestático.

2. Acoplamiento inductivo o magnético: Interacción de campos magnéticos

denominado de mala manera como electromagnético.

3. Acoplamiento electromagnético: Combinación de campos eléctricos y

magnéticos

Acoplamiento capacitivo


𝑉𝑁 =𝑗𝜔

𝐶12𝐶12 + 𝐶2𝐺

𝑗𝜔 +1

𝑅(𝐶12 + 𝐶2𝐺)

𝑅 ≪1

𝑗𝜔(𝐶12+𝐶2𝐺)𝑉𝑁 = 𝑗𝜔𝑅𝐶12𝑉1

Efecto de la separación conductor en el acoplamiento

capacitivo.


𝑅 ≫1

𝑗𝜔(𝐶12+𝐶2𝐺)𝑉𝑁 =

𝐶12

𝐶12+𝐶2𝐺𝑉1


Efecto del blindaje en el acoplamiento capacitivo

Se considera un caso ideal por lo siguiente:

1. La malla encierra completamente conductor 2

2. El escudo es sólido, no hay agujeros en el escudo, como sería el caso de un blindaje trenzado.

3. El escudo no se termina, y no hay ninguna impedancia de terminación en el conductor 2.

El acoplamiento capacitivo con la pantalla colocado alrededor del conductor receptor.

𝑉𝑁 =𝐶1𝑠

𝐶1𝑠 + 𝐶2𝑠𝑉1 𝑉𝑁 = 𝑉𝑆

La pantalla por lo tanto, no redujo la tensión de ruido

captado por el conductor 2.


El acoplamiento capacitivo cuando conductor central se extiende más allá de la malla; pantalla puesta

a tierra en un punto.

𝑉𝑁 =𝐶12

𝐶12 + 𝐶2𝐺 + 𝐶2𝑆𝑉1

Para un buen apantallamiento del campo

eléctrico es necesario (1) minimizar la

longitud del conductor central que se extiende

más allá del escudo y (2) proporcionar una

buena tierra en la malla.


Si además el conductor de recepción tiene una resistencia finita a tierra

𝑅 ≪1

)𝑗𝜔(𝐶12 + 𝐶2𝐺 + 𝐶2𝑆

𝑉𝑁 = 𝑗𝜔𝑅𝐶12𝑉1

Cualquier capacitancia

directamente a través de la fuente

puede ser olvidado, ya que no

tiene ningún efecto sobre el

acoplamiento de ruido.

Acoplamiento inductivo

tLI

t L I 1212

1

MI

N

t A

dV B d A

d


11N

diV j MI M

dl


Inductancia mutua

1 112 ln

2 2

b b

a a

I I bBdr dr

r a


Efecto del apantallamiento en el acoplamiento magnético:

S 1S 1V =j M I


Acoplamiento magnético entre la malla y conductor interior:

SL =sI

M=sI

M= sL


/N s

s s

jV V

j R L


Acoplamiento magnético a malla abierta:

2 12 1

/

/

s sN c

s s

R LV V V j M I

j R L

Apantallamiento

Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Apantallamiento para prevenir la Radiación Magnética

Apantallamiento

Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Pantalla

Corriente

Campo Magnético

Campo Eléctrico

Pantalla

Apantallamiento para prevenir la Radiación Magnética

Conductor apantallado a tierra con un material no magnético Conductor apantallado con retorno de señal por tierra

Apantallamiento

0 = 𝐼𝑠 𝑗𝜔𝐿𝑠 + 𝑅𝑠 − 𝐼1 𝑗𝜔𝑀

𝐼𝑠 = 𝐼1𝑗𝜔

𝑗𝜔 + 𝑅𝑠

𝐿𝑠

= 𝐼1𝑗𝜔

𝑗𝜔 + 𝜔𝑐

Conductor apantallado sin tierra terminal

Apantallamiento

Apantallamiento del receptor ante los efectos magnéticos

Puesta a tierra en ambos extremos,

bucle de corriente de área reducida,

buen apantallamiento

Puesta a tierra en un solo extremo,

bucle de corriente de gran área,

apantallamiento deficiente

Apantallamiento

Impedancia común de acople

𝑉𝐼𝑁 = −𝑗𝜔𝑀𝐼𝑠 + 𝑗𝜔𝐿𝑠𝐼𝑠 + 𝑅𝑠𝐼𝑠

Representación física del esquema de cableado

con puesta a tierra en ambos extremos

Circuito equivalente del esquema de cableado con

puesta a tierra en ambos extremos

𝑉𝐼𝑁 = 𝑅𝑠𝐼𝑠

Apantallamiento

Datos Experimentales

Apantallamiento Datos Experimentales

Apantallamiento

Ejemplo de Apantallamiento Selectivo

Bucle básico de antena con

apantallamiento a tierra

Bucle básico de antena con

apantallamiento no continuo a tierra

Apantallamiento

Impedancia de Transferencia del Apantallamiento

𝑍𝑇 =1

𝐼𝑠

𝑑𝑉

𝑑𝑙

Tipos de cables

• Poseen impedancia

característica uniforme.

• Inmunidad al ruido.

• Menores perdidas.

• Producen menor radiación.

FrecuenciaUTP Frecuencia de Funcionamiento Máximo

Categoría 5 125 MHz



Regido por:

ANSI / TIA / EIA

568B-2.1

Los más utilizados son el Coaxial y Par trenzado

Tipos de cables

Cables Coaxiales:

VHF (very high frequency)

UHF (ultra high frequency)

Triaxial: Poseen una doble malla, para evitar introducir la corriente de ruido a la corriente de la señal.

Par Trenzado Blindado: Cumplen la misma función que los Triaxiales, pero más económicos y flexibles.

Condición para el Par Trenzado:

1 - La señal debe fluir por igual y en direcciones opuestas en los dos conductores.

2 - El número de torsión debe ser inferior a una vigésima parte de una longitud de onda

en las frecuencias.

Tipos de mallas

Frecuencia

Brindan mayor flexibilidad, durabilidad y

resistencia.

Poseen inconvenientes para altas

frecuencias con los agujeros del trenzado,

disminuyendo la eficiencia.

MALLA TRENZADA

Tipos de mallas

Uso limitado, solo por debajo de 100 kHz

Aumento de la Frecuencia:

Disminuye la componente longitudinal, y aumenta la circular.

Corriente Circular aumenta la inductancia de la malla.

MALLA ESPIRALPoseen menor costo de fabricación,

facilidad de terminación y buena

flexibilidad.

Eficacia del Apantallamiento

Frecuencia [MHz]

Imp

edan

cia

de

Tran

sfer

enci

a [m

Ω/m

]Papel de aluminio

Se expresa en función de la impedancia de transferencia

Terminación de Malla

BNC, UHF, XLR, entre otros.

Para una máxima protección, la malla debe ser terminada de manera

uniforme alrededor de su circunferencia, por ende siempre se deben usar

conectores adecuados.

Puesta a Tierra de la Malla

BAJA FRECUENCIA

En este caso, la importancia de proteger el cableado con mallas es del ruido

de 50/60Hz de la energía eléctrica de potencia

Puesta a Tierra de la Malla

ALTA FRECUENCIA

Se considera alta por encima de 100 kHz, o cuando la longitud del cable es

superior a una vigésima parte de una longitud de onda.

Para señales compuestas (sistema Hibrido de puesta a tierra)

Longitud eléctrica

Conclusiones

• Para un cable doblemente trenzado, la eficacia de blindaje comienza a disminuir por encima de aproximadamente 100 MHZ.

• Para un cable de blindaje trenzado, la efectividad de blindaje comienza a disminuir por encima de aproximadamente 10 MHz.

• Para un cable de apantallamiento en espiral, la eficacia de blindaje comienza a disminuir por encima de aproximadamente 100

kHz.

• La mayoría de los problemas de blindaje del cable son causados por las terminaciones inapropiadas de las pantallas

• A baja frecuencia, la malla de los cables pueden estar conectados a tierra en un solo extremo.

• En alta frecuencia, la malla de los cables deben estar conectados a tierra en ambos extremos.

• Terminaciones con pantallas híbridas pueden utilizarse eficazmente cuando están involucradas las señales tanto de baja y alta

frecuencia.

Muchas Gracias

por su Atención

Obtenga más información en

Ott,Henry W. ElectromagneticCompatibilityEngineering. Wiley, 2009. l