학문
전자파 차폐 성능은 재료의 어떤 특성에 좌우되나요?
전자기기가 주변 장치에 영향을 주거나 외부 전자파에 노출되는 상황을 줄이기 위해 차폐재료를 사용하는데, 재료의 전기전도도와 두께, 전자파의 주파수가 차폐 성능에 어떻게 작용하는지 의견 부탁드립니다.
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
전자파 차폐는 들어오는 전자파를 반사하거나 재료 내부에서 흡수해 약하게 만드는 방식으로 작동합니다. 구리나 알루미늄처럼 전기전도도가 높은 재료는 전자파를 잘 반사해서 차폐 성능이 좋은 편입니다.
재료가 두꺼워지면서 전자파가 내부를 통과하면서 더 많이 약해지므로 보통 차폐 효과 또한 커집니다. 다만 주파수가 높을수록 전류가 재료 표면에 몰리는 성질이 강해지기 때문에 얇은 금속막도 효과적으로 차폐할 수 있습니다.
반대로 낮은 주파수의 자기장은 일반 금속만으로는 막기가 어려워 처링나 고투자율 합금처럼 자기장을 끌어들이는 재료가 훨씬 더 유리할 수 있습니다.
차폐 성능은 전기전도도, 두께, 자기적 성질, 전자파 주파수를 함께 고려해 재료를 선택해야 한다고 보면 되겠습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
전자파 차폐 성능은 재료의 전기전도도 두께 그리고 입사되는 전자파의 주파수 특성에 의해 좌우됩니다. 전기전도도가 높을수록 이동 가능한 자유전자가 많아져 전자파를 효과적으로 반사하고 흡수할 수 있습니다. 또한 재료의 두께가 두꺼워질수록 내부를 통과하는 전자파가 에너지를 잃게 되는 흡수 손실이 커져 차폐 효과가 높아집니다 한편 전자파의 주파수가 높을수록 표피 깊이가 얕아져 고주파 영역에서는 상대적으로 얇은 두께로도 뛰어난 차폐 성능을 발휘할 수 있습니다. 따라서 효과적인 차폐를 위해서는 높은 전도성을 가진 소재를 대상 주파수 대역과 요구되는 두께 조건에 맞춰 최적화해야 합니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
전자파의 차폐 성능은 재료의 전기 전도도와 두께 그리고 주파수에 좌우됩니다. 우선은 전도도가 높은 금속은 전자파를 반사시켜서 튕겨냅니다. 그리고 재료가 두꺼울수록 내부를 지나는 전자파를 흡수해서 차폐 효과도 커지죠. 하지만 주파수가 높아지면 표피 효과로 전류가 표면에만 흐릅니다. 그래서 차폐 특성이 변하게 되죠.
그래서 현장에서는 노이즈의 주파수 대역을 먼저 파악해야 됩니다. 그리고 저주파 영역은 투자율이 높은 자성 소재를 함께 써야 합니다. 반면에 고주파 영역은 전도성이 뛰어난 구리나 알루미늄에 유리하죠. 결국에는 틈새를 줄이고 두께를 적절히 맞춰서 마감해 주시는 게 완벽히 차폐가 가능하겠습니다.
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
차폐 성능은 전도도,투자율,두께,주파수에 따라 달라집니다.
고주파는 얇은 전도성 금속, 저주파 자기장은 고투자율 합금이 유리하고 틈새 마감이 실효 성능을 크게 좌우한답니다.
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 전자기 차폐 성능은 주로 재료의 전기전도도, 자기투과율, 두께에 의해 결정됩니다. 여기에 차단하려는 전자기파의 주파수와 재료의 구조도 영향을 줍니다. 전자기 차폐란 외부의 전기장이나 자기장, 전자기파가 내부로 들어오는 것을 줄이는 기술입니다.
첫째, 전기전도도입니다. 전기가 잘 통하는 구리나 알루미늄 같은 금속은 전자기파가 들어올 때 표면에 전류를 유도해 일부 에너지를 반사합니다. 전자기파가 재료 내부로 들어오더라도 에너지가 열로 소모되면서 약해질 수 있습니다. 일반적으로 전기전도도가 높은 금속은 전자기 차폐에 유리합니다.
둘째, 자기투과율입니다. 자기투과율은 재료가 자기장을 얼마나 잘 받아들이는지를 나타내는 성질입니다. 철이나 특수한 니켈 합금처럼 자기투과율이 높은 재료는 저주파 자기장을 차폐하는 데 유리할 수 있습니다. 반면 구리나 알루미늄은 전기전도도가 높지만 자기투과율은 일반적으로 낮기 때문에, 저주파 자기장을 차단하는 성능은 조건에 따라 제한적입니다.
셋째, 재료의 두께입니다. 전자기파가 금속 내부로 들어오면 깊이 들어갈수록 세기가 약해집니다. 이 현상을 표피 효과라고 합니다. 차폐 재료가 두꺼울수록 전자기파가 통과하는 동안 더 많이 약해질 수 있습니다. 다만 두께만으로 차폐 성능이 결정되는 것은 아니며, 주파수와 재료의 전기적·자기적 특성도 함께 고려해야 합니다.
결국 모든 전자기파를 가장 잘 차단하는 단일 재료가 있는 것은 아닙니다. 휴대전화나 전자회로에서 발생하는 고주파 전자기파를 차단할 때는 구리나 알루미늄 같은 전도성 재료가 효과적이고, 변압기나 전력 설비 주변의 저주파 자기장을 줄일 때는 자기투과율이 높은 특수 합금이 더 적합할 수 있습니다. 차폐 재료는 차단 대상의 주파수와 자기장의 종류에 맞춰 선택해야 합니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
차폐 성능(SE)은 반사 손실, 흡수 손실, 내부 다중 반사를 더해 계산해요. 반사는 공기와 재료의 임피던스 차이에서 생기는데, 전도도가 높은 금속일수록 내부 임피던스가 공기의 377Ω보다 훨씬 작아져 입사파 대부분이 표면에서 튕겨 나가요. 구리와 은이 반사에 유리하고, 반사 손실은 주파수가 높을수록 조금씩 줄어요.
흡수는 재료 안으로 들어간 전자파가 유도 전류를 만들며 열로 사라지는 몫이에요. 세기가 1/e로 줄어드는 깊이를 표피 깊이 δ = 1/√(πfμσ)라고 하는데, 구리 기준으로 60Hz에서 약 8.5mm, 1MHz에서 66μm, 1GHz에서는 2μm밖에 안 돼요. 흡수 손실은 두께를 표피 깊이로 나눈 값에 약 8.7dB를 곱한 만큼이라, 1GHz에서는 0.1mm 구리박만으로도 흡수가 400dB를 넘어요. 고주파는 얇은 금속박이나 도금으로 충분하고, 두께가 표피 깊이보다 크면 다중 반사는 무시해도 돼요.
저주파 자기장은 표피 깊이가 mm 단위로 깊어지고 근거리에서는 반사도 잘 안 돼서, 전도도보다 투자율 μ가 높은 뮤메탈이나 규소강으로 자속이 차폐재를 따라 돌아가게 해야 해요.
실제로는 재료보다 틈새가 성능을 좌우하는 경우가 많아요. 이음매나 환기구가 파장의 1/20을 넘으면 그리로 전자파가 새는데, 1GHz면 1.5cm가 기준이라 개스킷이나 도전성 테이프로 틈을 막아요 :)