Гибкие ферритовые пластины WE-FSFS и их выбор

Опубликовано в номере:
PDF версия
В статье рассматривается структура, физические свойства и параметры гибких ферритовых пластин серии WE-FSFS от компании Würth Elektronik eiSos, которые применяются в высокочастотной технике для эффективного поглощения электромагнитного излучения.
Гибкие пластины WE-FSFS со спеченным ферритом

Рис. 1. Пластина WE-FSFS

Пластины WE-FSFS

Гибкие ферритовые пластины компании Würth Elektronik eiSos (WE-FSFS) предназначены для высокоэффективного управления магнитным потоком. Корректное управление этим потоком улучшает качество передачи энергии и данных в системах с индуктивной связью (NFC, RFID, Wireless Power и т. д.), благодаря чему повышается эффективность приложений и увеличивается дальность связи.

Поскольку размер и вес являются критичными параметрами в современных электронных устройствах, ферритовые материалы последнего поколения в пластинах WE-FSFS (рис. 1) обеспечивают оптимальные результаты при минимальной толщине.

Пластины WE-FSFS состоят из следующих трех слоев (рис. 2):

  • защитный слой из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Высокое удельное поверхностное сопротивление и сила сцепления обеспечивают защиту ферритового слоя;
  • основу пластины составляет предварительно изготовленный ферритовый слой из спекаемого материала. Этот слой обеспечивает концентрацию внешних магнитных полей и управление ими;
  • клеевой слой с высокой адгезионной прочностью, которая позволяет защитить ферритовый слой и удержать пластину на изделии.
    Структура пластины WE-FSFS

    Рис. 2. Структура пластины WE-FSFS

 

Магнитная проницаемость

Электромагнитные характеристики материалов WE-FSFS определяются их относительной магнитной проницаемостью (рис. 3), где μ – идеальная магнитная проницаемость, которая обусловливает способность материала концентрировать и перенаправлять магнитный поток. С увеличением µ пластины WE-FSFS в большей мере концентрируют магнитный поток, повышая качество передачи данных и энергии; µ – потери в материале, которые обусловлены преобразованием части магнитного потока в тепло. Обладая высокими значениями µ, пластины WE-FSFS хорошо поглощают помехи и преобразуют их в тепло.

Относительная магнитная проницаемость материалов 364 и 354

Рис. 3. Относительная магнитная проницаемость материалов 364 и 354

Поскольку и µ, и µ зависят от частоты, необходимо тщательно выбирать материал для каждого конкретного приложения. Например, для RFID-меток, работающих в диапазоне 13,56 МГц, лучше всего подойдет материал 364, который перенаправляет сигналы на рабочей частоте и поглощает сигналы с частотой выше 13,56 МГц (помехи).

 

Гибкость

Благодаря своей структуре пластины WE-FSFS, несмотря на малую толщину, имеют достаточную прочность, которая обеспечивает их надежную транспортировку, хранение и монтаж. Ферритовый слой разделяется лазером на квадраты размером 2×2 мм, защищенные с одной стороны ПЭТ-слоем, а с другой — двухсторонним клеевым слоем. Эта структура допускает многократные сгибания, которые не ухудшают ее электромагнитные характеристики.

Испытания на изгиб

Для подтверждения электромагнитных характеристик WE-FSFS компания Würth Elektronik eiSos провела испытания на изгиб (рис. 4).

Испытание пластины WE-FSFS на изгиб

Рис. 4. Испытание пластины WE-FSFS на изгиб

Пластину изгибали под радиусом 10 см и выдерживали в этом положении 30 с. Этот цикл повторялся 20 раз. Затем измерялись электромагнитные характеристики образцов, чтобы установить их соответствие специ­фикациям.

 

Толщина

После выбора требуемого материала выбирается его толщина. Чем она больше, тем лучше ферритовая пластина перенаправляет магнитный поток, поглощает помехи и выше индуктивность катушки. Мы рассмотрим эти эффекты на трех образцах.

 

Увеличение индуктивности

Благодаря большому значению µ пластина WE-FSFS, установленная поверх плоской катушки, увеличивает ее индуктивность (рис. 5), не ухудшая добротность. Тот же эффект наблюдается в результате установки ферритового сердечника в традиционные соленоидные катушки. Инженеры компании протестировали влияние пластин WE-FSFS с материалом 354 разной толщины на печатную катушку индуктивности (см. табл. 1).

Таблица 1. Результаты влияния пластин WE-FSFS 354 разной толщины на печатную катушку индуктивности

 

Печатная катушка

Печатная катушка и пластина WE-FSFS 354 толщиной 0,1 мм

Печатная катушка
и пластина WE-FSFS 354 толщиной 0,2 мм

Печатная катушка
и пластина WE-FSFS 354 толщиной 0,3 мм

Индуктивность, мкГн

8,4

12,8

13,6

14,2

Измерение влияния толщины пластины на индуктивность печатной катушки

Рис. 5. Измерение влияния толщины пластины на индуктивность печатной катушки

Перенаправление магнитного потока

Если металлическую пластину установить рядом с RFID-антенной, затрудняется ее функционирование. Генерируемый антенной магнитный поток при пересечении поверхности металла создает в нем вихревые токи. В результате индуктивность антенны уменьшается, и повышается резонансная частота. При существенном отклонении резонансной частоты от величины 13,56 МГц передача данных прекращается.

Этот эффект нивелируется, если установить между антенной и металлической поверхностью ферритовую пластину, которая увеличивает индуктивность антенны и смещает резонанс в область более низких частот. Чем толще пластина, тем больше смещение. Толщина пластины подбирается для каждого конкретного приложения.

Установив ферритовые пластины WE-FSFS 364 разной толщины между RFID-антенной и алюминиевой пластиной толщиной 2 мм, инженеры компании измерили уход резонансной частоты антенны (рис. 6).

Влияние толщины ферритовой пластины на резонансную частоту

Рис. 6. Влияние толщины ферритовой пластины на резонансную частоту

 

Поглощение помех

Благодаря большой величине µ в широком диапазоне частот пластины WE-FSFS применяются для поглощения помех. При увеличении толщины пластины растет ее теплоемкость и, соответственно, способность преобразовывать энергию в тепло.

Испытательная установка с микрополосковой линией

Рис. 7. Испытательная установка с микрополосковой линией

Чтобы доказать это утверждение, инженеры компании установили пластины WE-FSFS размером 60×60 мм на микрополосковую линию передачи и измерили потери на поглощение (рис. 7–8).

Вносимое затухание (S21) в микрополосковую линию

Рис. 8. Вносимое затухание (S21) в микрополосковую линию

 

Размеры

Размер и форма пластин WE-FSFS оптимизируются в зависимости от конкретных требований приложения. По запросу компания поставляет пластины специфической конфигурации (рис. 9). Необходимо учитывать структуру ферритовой пластины квадратной формы размером 2×2 мм и по возможности избегать возникновения острых углов и тонких перемычек.

Примеры заказных пластин WE-FSFS

Рис. 9. Примеры заказных пластин WE-FSFS

Заметим, что пластины WE-FSFS, размеры которых превышают 120×120 мм, компания не производит. При необходимости обеспечить большую площадь покрытия рекомендуется использовать несколько листов, что практически не ухудшает характеристики приложения.

В таблице 2 приведены параметры пластин WE-FSFS.

Таблица 2. Параметры пластин WE-FSFS

Пластина

Код заказа

Д, мм

Ш, мм

В, мм

Rповерх, ГОм

μ‘ при 1 МГц

μ“ при 13,56 МГц

µ‘ при 1 МГц

µ“ при 13,56 МГц

WE-FSFS 354 (WPC-Qi, PMA)

354001

120

120

0,1

> 1

230

150

< 2

90

354002

120

120

0,2

> 1

230

150

< 2

90

354003

120

120

0,3

> 1

230

150

< 2

90

354004

60

60

0,1

> 1

230

150

< 2

90

354005

60

60

0,2

> 1

230

150

< 2

90

354006

60

60

0,3

> 1

230

150

< 2

90

WE-FSFS 364 (RFID, NFC, A4WP, WCT)

364001

120

120

0,1

> 1

110

120

< 2

2

364002

120

120

0,2

> 1

110

120

< 2

2

364003

120

120

0,3

> 1

110

120

< 2

2

364004

60

60

0,1

> 1

110

120

< 2

2

364005

60

60

0,2

> 1

110

120

< 2

2

364006

60

60

0,3

> 1

110

120

< 2

2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Дополнительный материал