Знам, че мнозина се изживяват като "професори", след като са чули за Фарадеева клетка, но тя не е ефективна срещи високочестотните 5G вълни и ето защо.
Екраниращата ефективност на Фарадеевата клетка зависи от няколко ключови фактора, включително честотата и енергията на електромагнитното излъчване, размера и материала на клетката (по-специално големината на мрежестите отвори или дебелината на проводника), както и дали клетката е пасивна или активно захранена. Нека разгледаме как тези фактори влияят на ефективността на Фарадеевата клетка.
1. Честотна ефективност
Ниска до средна честота (няколко херца до мегахерци): Фарадеевата клетка е много ефективна за защита от нискочестотни полета (от радиовълни до мегахерци). Това е така, защото при тези честоти електромагнитните вълни са с по-голяма дължина, която не може лесно да премине през металната решетка или мрежа на клетката.
Висока честота (гигахерци и терахерци): При по-високите честоти екраниращата ефективност на Фарадеевата клетка зависи основно от размера на отворите в мрежата. За да бъде ефективна, диаметърът на отворите трябва да е значително по-малък от дължината на вълната на електромагнитното поле. На терахерцови честоти е предизвикателно да се осигури ефективна екранировка, тъй като дължината на вълната е много малка, което изисква ултрафина мрежа или плътен материал.
2. Размер и структура на клетката
Големина на мрежата или отворите: За честоти с по-малки дължини на вълните (гигахерци и по-високи), размерът на отворите в клетката е критичен. За да бъде клетката ефективна, отворите трябва да бъдат значително по-малки от дължината на вълната на сигналите, които се опитваме да блокираме.
Материал на клетката: Материалите с добра електропроводимост, като мед и алуминий, са предпочитани, защото електромагнитните вълни индуцират токове по повърхността на металите, които неутрализират проникващото поле.
Дебелина на материала: По-дебелите стени на клетката осигуряват по-добра защита срещу проникване на електромагнитни вълни, особено при високи енергии и високочестотни полета.
3. Пасивна срещу активно захранвана клетка
Пасивна Фарадеева клетка: Пасивната клетка разчита изцяло на физическата бариера, която създава металната решетка или плътният метал. За ниско- и средночестотни полета това обикновено е достатъчно, но за много високи честоти и интензивни сигнали екранировката може да бъде частично компрометирана.
Активно захранвана клетка: Активните Фарадееви клетки разполагат със специално оборудване, което усилва екраниращия ефект, като прилага обратни сигнали или полета, които противодействат на проникващите вълни. Такива активни системи са много по-сложни и често се използват при чувствително оборудване, което изисква високо ниво на защита.
4. Практически граници на Фарадеевата клетка
За ефективно блокиране на радиовълни, микровълни и честоти до гигахерци, добре изградена Фарадеева клетка с малки отвори в мрежата ще осигури високо ниво на екранировка. Обикновено е необходимо отворите да са десетина пъти по-малки от дължината на вълната, която се блокира.
В терахерцовата област (с дължина на вълната под 1 мм) екранирането става значително по-трудно, защото дори малки отвори могат да позволят преминаването на тези късовълнови честоти. В такива случаи може да се използва плътен метал, но и това има своите ограничения, особено за пълна екранировка.
Обобщение
Ефективността на Фарадеевата клетка зависи основно от честотата на електромагнитните вълни, които трябва да бъдат блокирани, размера на отворите, дебелината и материала на клетката, както и дали тя е пасивна или активно захранвана. За ниско- и средночестотни полета пасивната клетка с подходяща мрежа е ефективна, но при много високи честоти (гигакерци и особено терахерци) може да е необходима ултрафина или плътна метална бариера и/или активни методи за екранировка.
за екраниране на високочестотни вълни в диапазона 15–60 GHz действително се изисква почти плътен материал или тъкан с изключително фини метални нишки и малки отвори. В този честотен диапазон дължината на вълната е много къса (около 5 мм при 60 GHz), което прави стандартните EMF тъкани, използвани за защита от по-ниски честоти (като тези на рутерите – 2.4 GHz и 5 GHz), по-малко ефективни.
1. Трудности при екраниране на честоти над 10 GHz
Вълни в диапазона 15–60 GHz изискват материална структура с отвори, много по-малки от дължината на вълната, за да осигурят ефективно екраниране. Такава структура би трябвало да е почти плътна, тъй като дори минимални отвори в материала биха позволили преминаването на вълните при тези високи честоти.
Електропроводимост и дебелина: При тези честоти е важно материалът да е достатъчно дебел, за да поглъща вълните, и да има висока проводимост (например мед или сребро), тъй като дори малка загуба на проводимостта на нишките би компрометирала ефективността.
2. Ефективност на стандартните EMF тъкани
Ниско- и средночестотни екрани: Стандартните EMF тъкани с метални нишки са проектирани основно за защита от честоти като 2.4 GHz и в някои случаи – до 5 GHz. Те са ефективни за нискочестотни и средночестотни полета, тъй като техните метални нишки и структура са достатъчни за блокиране на тези вълни.
Намалена ефективност при 5 GHz и по-високи: При честоти над 5 GHz (особено в диапазона 15–60 GHz) стандартните EMF тъкани с метални нишки губят екраниращата си ефективност, защото дължината на вълната е много по-малка и лесно преминава през нишките на тъканта, освен ако те не са ултрафини и плътно разположени.
3. Практически подходи за екраниране на 15–60 GHz
Почти плътен метален материал: За този високочестотен диапазон най-ефективното екраниране би било с плътен метален материал като алуминий, мед или специални екраниращи фолиа.
Специални тъкани с ултрафини нишки: Някои индустрии разработват ултрафини метални мрежи и тъкани с нишки с нанометрични размери, които могат да блокират честоти над 10 GHz. Те обаче са значително по-скъпи и се използват предимно в научно-изследователски и военни приложения.
Многослойни структури: В някои случаи се използват многослойни структури от метални и диелектрични материали за по-добро поглъщане на високочестотните вълни, но това отново изисква много прецизна изработка.
Заключение
EMF тъканите с метални нишки са ефективни предимно за честоти като 2.4 GHz и частично за 5 GHz, но за честоти в диапазона 15–60 GHz екранировката им не е достатъчна. За тези високи честоти би бил необходим почти плътен метален материал или ултрафина мрежа с много малки отвори, които да осигурят адекватна защита.