Гибкие абсорбирующие магнитные поля материалы от компании Crown Ferrite:
широкие возможности и простота использования

PDF версия
В статье рассматриваются материалы от компании Crown Ferrite Enterprise, которые абсорбируют магнитные поля и предназначены для самых разных областей применения — от защитного экранирования путем поглощения магнитных полей и выполнения требований по электромагнитной совместимости до использования в таких массовых решениях, как системы радиочастотной идентификации RFID.

Компания Crown Ferrite Enterprise (Тайвань) пока не так широко известна на рынке Российской Федерации. Но история ее существования начинается с 1991 года, и на мировом рынке она достаточно успешно позиционирует себя как поставщик самого широкого ассортимента продукции из материалов, поглощающих магнитные поля. Кроме того, компания Crown Ferrite производит поглощающие магнитные плитки диапазонов VHF (30–300 МГц) и UHF (0,3–3 ГГц), двухслойные плитки для диапазона частот 30 МГц – 2 ГГц, широкодиапазонные пирамидальные ферритовые поглотители WPA, пластиковые ячеистые поглотители PGA, широкополосные пирамидальные поглотители BPA, а также гранулы для изготовления продукции данного направления. Более подробная информация представлена на сайте компании [1]. Что касается гибких абсорбирующих магнитные поля материалов, то в одной из предыдущих публикаций [2] уже рассматривался принцип их работы, особенности использования аналогичных материалов и области их применения на примере продукции компании Würth Elektronik. Что же может предложить компания Crown Ferrite и чем именно интересна ее продукция для разработчиков и потребителей?

Во‑первых, продукция компании Crown Ferrite отличается значительно более широким и гибким с точки зрения выбора и применения ассортиментом. Во‑вторых, более широким диапазоном рабочих частот поглощения магнитных полей (до 18 ГГц). Помимо обычных гибких листовых материалов, Crown Ferrite поставляет трубки и шайбы (рис. 1), что значительно облегчает и упрощает применение ее продуктов в конечных изделиях.

Образцы изделий компании Crown Ferrite и примеры их использования

Рис. 1. Образцы изделий компании Crown Ferrite и примеры их использования

Согласно данным, приведенным на сайте компании Crown Ferrite [3], к особенностям гибких абсорбирующих материалов типа FAM (англ. FAM — Flexible Absorbent Material) относятся:

  • возможность обеспечить эффективное подавление электромагнитных помех в широком диапазоне частот от 1 МГц (0,001 МГц) до 18 ГГц (табл. 1);
  • изменение пути магнитного потока, чтобы избежать наложения помех на другие компоненты и исключить влияние внешних помех, к примеру, на критически важный участок схемы;
  • уменьшение образования вихревых токов в случае, когда переменный магнитный поток находится близко к металлу;
  • предлагаемые материалы сверхтонкие и гибкие и могут быть легко расположены в пространстве;
  • материалы доступны на непроводящей клеевой основе в виде самоклеящейся ленты;
  • соответствуют требованиям по пожаростойкости, что подтверждено сертификатом UL;
  • эффективно подавляют паразитные резонансы и нежелательную магнитную связь;
  • высокое поверхностное сопротивление, 106–109Ом;
  • легко поддаются обработке;
  • все предлагаемые материалы можно резать, легко придавая им нужную форму.
Таблица 1. Основные характеристики листовых материалов FAM компании Crown Ferrite

Параметр

FAM1

FAM3

FAM5

FAM7

FAM8

Диапазон рабочих температур, °С

–40…+85

–30…+120

Диапазон рабочих частот для использования, ГГц

1–18

0,001–3

Относительная магнитная проницаемость (m′ на 1 МГц)

25

50

115

140

450

Материал

Резина с ферритовым наполнителем

Спеченный феррит

Толщина, мм

0,12–2,5

0,25/0,5/0,75

0,05–0,5

0,08/0,12

0,12/0,22

Максимальный размер, мм

400×400

400×400

210×297 (A4)

130×130

Поверхностное сопротивление, Ом

106

109

106

109

Удельная плотность, г/см3

3,6

4,8

2,7

3,8

Соответствие RoHS 2.0

2011/65/EU

Безгалогенный

Нет

Да

Экономические показатели

Наилучшие

Хорошие

Удовлетворительные

Средние

Область применения

RFID/NFC

ЭМС, RFID/NFC

ЭМС, RFID/NFC

Беспроводные зарядные устройства

Примечания.

  1. Данные для материалов FAM1, FAM3и FAM5 приведены без учета влияния клейкой ленты и защитного бумажного слоя.
  2. Данные для материалов FAM7, FAM8приведены для варианта: ПЭТ + спеченный ферритовый лист + самоклеящаяся лента (без учета влияния защитного бумажного слоя).
  3. Под выражением «беспроводные зарядные устройства» подразумеваются беспроводные зарядные устройства нетрансформаторного типа.

Материалы компании Crown Ferrite, поглощающие магнитные поля, находят применение в следующих областях:

  • системы радиочастотной идентификации RFID (англ. RFID — Radio Frequency Identification);
  • системы со связью в области ближнего поля NFC (англ. NFC — Near Field Com-munication);
  • беспроводные зарядные устройства (WPC/Qi);
  • компьютеры (ноутбуки, настольные, планшетные) и периферийные устройства;
  • цифровая аппаратура;
  • мобильные телефоны, смартфоны, фаблеты;
  • оборудование на основе беспроводной связи;
  • экранирование корпусов аппаратуры.

Поскольку использование материалов такого типа уже было подробно рассмотрено в недавней публикации [1], остановимся только на основных моментах, которые проиллюстрируем рисунками из описания данных материалов (рис. 2, 3) [3].

Эффект магнитного экранирования с применением магнитопоглощающих материалов

Рис. 2. Эффект магнитного экранирования с применением магнитопоглощающих материалов

Изменение диаграммы электромагнитного поля

Рис. 3. Изменение диаграммы электромагнитного поля

Как видно из рис. 2 и 3, материалы, абсорбирующие магнитные поля, препятствуют образованию вихревых токов, предохраняя от воздействия переменных электромагнитных полей чувствительные к ним части устройств, и повышают эффективность антенн, располагаемых вблизи металлических поверхностей. В публикациях [2] были рассмотрены некоторые решения, предложенные в этой области. Однако сегодня самая массовая область применения таких материалов — системы радиочастотной идентификации RFID (RFID — от Radio Frequency IDentification) [3] и устройства, выполненные на основе стандарта NFC (англ. NFC — Near field communication, «коммуникация ближнего поля», «ближняя бесконтактная связь»). Технология NFC, анонсированная в 2004 году, представляет собой систему беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия, которая позволяет обмениваться данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 см. Она является расширением стандарта бесконтактных карт (ISO 14443) и объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя в единое устройство. В свете возможностей, которые нам предоставляют материалы компании Crown Ferrite, остановимся более подробно именно на этом вопросе.

Для начала отметим, что номенклатура магнитных абсорбционных материалов компании Crown Ferrite несколько шире, чем у компании Würth Elektronik, и более современная, нежели у компании t‑Global Technology. Это касается и конструктивного исполнения (рис. 4), основных технических характеристик и доступных толщин (табл. 1) [3]. Материалы типа FAM выпускаются как в варианте из резины с наполнителем из ферритового порошка, так и из спеченного ферромагнитного материала на пленке ПЭТ с нарезкой для придания ему необходимой гибкости.

Структура магнитных абсорбционных материалов компании Crown Ferrite

Рис. 4. Структура магнитных абсорбционных материалов компании Crown Ferrite

Как уже отмечалось, кроме листов доступны и трубки, предназначенные для использования на кабелях (табл. 2).

Таблица 2. Типы трубок на базе материала FAM компании Crown Ferrite

Тип

FT0302

FT0504

FT0705

FT0906

FT1107

FT1309

FT1510

Внешний диаметр, мм

3

5

7

9

11

13

15

Внутренний диаметр, мм

2

4

5

6

7

9

10

Одна из самых важных областей применения магнитных абсорбционных материалов — радиочастотная идентификация. Здесь проблема заключается в том, что на токопроводящих поверхностях эффективность считывания метки резко падает практически до полной ее блокировки (рис. 5).

Повышение эффективности считывания меток RFID при использовании магнитных абсорбционных материалов типа FAM от компании Crown Ferrite

Рис. 5. Повышение эффективности считывания меток RFID при использовании магнитных абсорбционных материалов типа FAM от компании Crown Ferrite

Компания Crown Ferrite провела исследование использования своих материалов разных марок с целью повышения эффективности меток RFID, работающих на металлических поверхностях (табл. 3). Для этого испытывались три варианта меток. Метки имели стандартный размер ISO-карты с различными чипами. По итогам тестирования выяснилось, что, хотя считыватели разных типов показали различные расстояния надежного считывания информации, использование магнитных абсорбирующих материалов оказалось весьма эффективным решением.

Таблица 3. Результаты испытаний материалов типа FAM для проверки эффективности их использования с метками радиочастотной идентификации

Тип
метки

Только
метка,
мм

Метка
на металле, мм

FAM1, мм

FAM3, мм

FAM5, мм

FAM7, мм

FAM8, мм

0,2

0,25

0,33

0,6

1

1,5

2

2,5

0,25

0,5

0,75

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

0,08

0,12

0,12

0,22

Icode2

110

0

55

65

65

80

75

70

70

70

60

65

70

45

80

70

65

60

65

60

55

60

TI 2048

140

0

40

50

55

90

70

70

60

60

45

85

90

55

70

70

55

50

70

55

50

55

EM4100

190

45

80

90

95

120

75

50

40

40

95

120

90

110

120

40

40

30

60

45

35

30

Как видно из приведенной таблицы 3, подобрать подходящий материал достаточно просто, и выбор вариантов весьма широк. Однако может возникнуть ряд закономерных вопросов — например, почему материал FAM, предназначенный для частот гигагерцевого диапазона, может быть использован для меток низкочастотного и среднечастотного диапазонов 125/134,2 кГц и 13,56 МГц? Ответ прост. Материал FAM обладает высоким электрическим сопротивлением и низкими магнитными потерями. Он хорошо работает для подавления электромагнитных эффектов в области ближнего поля применительно к системам RFID, NFC и беспроводным зарядным устройствам, поскольку материал типа FAM обеспечивает низкие потери мощности на частотах ниже 10 МГц. Однако подобные материалы подходят только для нескольких типов меток, работающих в области ультравысоких частот (UHF). Это вызвано тем, что такие UHF-метки имеют весьма разнообразный дизайн и конструктивное исполнение антенн, а их характеристики варьируются в очень широком диапазоне.

Особый интерес для разработчиков и изготовителей может представлять материал FAM8, обладающий уникальными характеристиками. В частности, это касается такого параметра, как магнитная проницаемость μ = μ′–jμ″. График зависимости данного параметра от частоты представлен на рис. 6.

График зависимости составляющих магнитной проницаемости μ′ и μ″ материалов FAM5, FAM7 и FAM8

Рис. 6. График зависимости составляющих магнитной проницаемости μ′ и μ″ материалов FAM5, FAM7 и FAM8

Дополнительная информация по рассмотренным в данной статье материалам доступна на сайте компании Crown Ferrite [1]. При самостоятельном поиске информации и принятии решения о приобретении описываемых материалов необходимо иметь в виду, что материалы под маркой FAM выпускаются еще одной компанией — t‑Global Technology (тоже Тайвань). Но ее ассортимент в области магнитных абсорбционных материалов ограничен всего тремя марками: FAM1, FAM2 и FAM3. Материалы FAM1 и FAM3 практически полностью идентичны рассмотренным выше материалам в номенклатуре компании Crown Ferrite. Однако они выпускаются по устаревшей технологии и имеют меньший диапазон рабочих температур (до +80 °С), а материал FAM2, хотя и близок по показателям к материалу FAM3 от компании Crown Ferrite, полного аналога не имеет и поставляется компанией только под заказ оптовыми партиями. Кроме того, отличие материалов t‑Global Technology заключается и в их магнитной проницаемости, впрочем, сама компания почему-то не приводит в своих спецификациях таких данных. Подробности смотрите на сайте компании www.tglobaltechnology.com

Литература
  1. cfe.com.tw/2‑absorber/menu-absorbers.htm/ссылка утрачена/
  2. Рентюк В. Решение проблемы магнитного экранирования на примере материалов компании Würth Elektronik // Компоненты и технологии. № 8.
  3. Flexible Absorbent Material (FAM), cfe.com.tw/2‑absorber/crown-ferrite-absorber-flexible-absorbent-material-fam.pdf /ссылка утрачена/

Добавить комментарий

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