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Jul 02, 2023

Cose che potresti non aver sentito parlare della schermatura

Cosa determina l'efficacia della schermatura del cavo? E in che modo la decisione di mettere a terra o meno uno scudo influisce sulla sua efficacia? Fortunatamente, esiste una teoria ben sviluppata di

Cosa determina l'efficacia della schermatura del cavo? E in che modo la decisione di mettere a terra o meno uno scudo influisce sulla sua efficacia? Fortunatamente, esiste una teoria della schermatura ben sviluppata, che verrà discussa come un modo per ottenere una comprensione generale di cosa ci si può aspettare dalle prestazioni dello scudo. Ma c'è di più. Il modo in cui lo scudo viene terminato può incidere notevolmente sulla sua efficacia, come vedremo.

La teoria della schermatura inizia con un modello dell'ambiente fisico dello scudo. Il modello presuppone che il cavo sia rivestito, in modo che la schermatura non sia in contatto con un piano di terra in nessun punto tranne che alle estremità. Stando così le cose, una linea di trasmissione è formata da qualunque piano di massa esistente e dall'esterno dello schermo. Allo stesso modo anche l'interno dello schermo ed i conduttori racchiusi formano una linea di trasmissione. Quindi ciò che abbiamo sono due linee di trasmissione accoppiate dalla perdita attraverso lo schermo (vedi Figura 1).

Figura 1: Il modello di base dell'ambiente fisico

L'accoppiamento delle linee di trasmissione interna ed esterna è caratterizzato da un meccanismo chiamato impedenza di trasferimento superficiale, Zt. Nella maggior parte delle installazioni, lo schermo, e quindi la linea di trasmissione esterna, è cortocircuitato a terra su entrambe le estremità o su un'estremità, mostrato schematicamente nella Figura 2, mediante l'interruttore SW che è rispettivamente chiuso o aperto.

Figura 2: Il modello dell'ambiente fisico comprese le terminazioni

I conduttori interni terminano a ciascuna estremità con una certa impedenza, che quando vengono eseguite le misurazioni è generalmente un carico aperto, corto o adattato.

Se lo schermo è terminato su entrambe le estremità, la corrente può fluire lungo l'esterno dello schermo. Questa corrente può essere dovuta a circuiti di terra causati dal fatto che le masse alle estremità del cavo si trovano a potenziali diversi (Vd), oppure può essere dovuta all'induzione da campi esterni, o entrambi. In entrambi i casi la corrente dello schermo esterno è accoppiata ai circuiti interni tramite l'impedenza di trasferimento superficiale, Zt.

Se la schermatura termina solo a un'estremità, il circuito di terra è interrotto. La corrente è limitata a quella indotta a fluire attraverso la capacità distribuita tra l'esterno dello schermo e il piano di terra (vedere Figura 3).

Figura 3: Modello di cavo terminato ad una sola estremità

La corrente indotta può essere piccola, nel qual caso la grandezza importante è la distribuzione della tensione lungo il cavo. La tensione è zero dove il cavo è terminato ma può essere elevata all'estremità aperta per frequenze dove il cavo supera un decimo di lunghezza d'onda, perché, a quel punto, diventa un'antenna molto efficiente.

All'estremità aperta si verifica un accoppiamento capacitivo tra lo schermo e i conduttori del cavo a causa della capacità di frangitura Cf (vedere Figura 4). Poiché la tensione ai capi di questa capacità può essere elevata, una corrente significativa può essere accoppiata nei conduttori del cavo attraverso la capacità a frangia.

Figura 4: Lo schema di base per l'accoppiamento quando un'estremità della schermatura è a circuito aperto

Finora abbiamo considerato un modello dell'ambiente fisico ed elettrico di uno scudo. Ora dobbiamo considerare le caratteristiche della costruzione di uno scudo e il modo in cui ciò influisce sulle prestazioni dello scudo.

Per cominciare, consideriamo un cavo collegato a terra su entrambe le estremità. Per vedere come funziona un cavo messo a terra in questo modo, dobbiamo discutere l'impedenza di trasferimento superficiale. In parole povere, l'impedenza di trasferimento superficiale mette in relazione la tensione sviluppata attraverso i circuiti all'interno di un cavo schermato con le correnti che fluiscono all'esterno del cavo. Quindi in Figura 2 con l'interruttore chiuso, la corrente Ishield all'esterno dello schermo dà origine a V1 e V2 sui conduttori interni allo schermo, tramite Zt.

Allora come determiniamo cos'è Zt? Bene, possiamo misurarlo o calcolarlo. Il percorso di misurazione è stato descritto in [3] e un esempio verrà mostrato più avanti. Vale la pena discutere il percorso di calcolo perché fornisce un'idea della fisica coinvolta.