Nuestros programadores estrellas han agotado sus depósitos de café, investigando a tiempo completo por la respuesta, hasta que Esmeralda encontró el arreglo en Beanstalk así que en este momento la comparte con nosotros.
Solución:
Una “jaula de RF” se usa comúnmente para mantener las señales ENTRADAS y SALIDAS (ver, por ejemplo, la puerta de malla de un horno de microondas).
La respuesta corta es: la reciprocidad dice “si funciona en una dirección, funciona en la dirección opuesta”. Las cargas inducidas en la esfera (en el caso de una carga dentro de ella) son suficientes para cancelar exactamente el campo exterior, porque así es como funciona la superconductividad. El campo E debe ser normal a la superficie en cada punto. La carga se redistribuye para que así sea. Cualquier campo debido a la carga interior es cancelado exactamente por la carga inducida en la superficie. Nota: esto requiere que la jaula esté conectada a tierra: eso es especialmente importante a bajas frecuencias (donde la longitud de onda de la radiación es larga en comparación con el tamaño de la jaula). La conexión a tierra garantiza que no haya carga neta en la esfera más el contenido y debería eliminar su preocupación.
Entonces sí, una jaula de Faraday bloquea las señales salientes.
Incluso una jaula de Faraday “perfecta” no bloquea la radiación EM. Si una radiación EM golpea una jaula, los fotones entrantes o se disipan en la malla y se retransmiten con una longitud de onda más larga a ambos lados de la malla (en principio, una especie de radiación de cuerpo negro), calentando el interior y los alrededores de la jaula, o cierta cantidad de fotones atraviesan la malla y es posible captar una señal de radiación modulada dentro de la jaula. Lo mismo ocurre con la radiación EM producida dentro de la jaula: o la disipación total en longitudes de onda más largas o pasa cierta cantidad de radiación EM.
Dado que el receptor puede ser diminuto en relación con la longitud de onda de una radiación EM modulada, la malla debe tener pequeños orificios y es mejor si se trata de metales macizos.
Por cierto, la jaula de Faraday se usó para mostrar que la corriente de alto voltaje se desliza en la superficie exterior de una esfera hueca de Faraday hecha de malla, mientras que un humano está sentado dentro. Para bloquear señales EM, es mejor usar láminas de metal.
De Wikipedia:
“Sin embargo, en gran medida, protegen el interior de la radiación electromagnética externa si el conductor es lo suficientemente grueso y los agujeros son significativamente más pequeños que la longitud de onda de la radiación”. (Jaula de Faraday)
No es necesario especificar una esfera superconductora hueca para abordar claramente el uso de una jaula de Faraday para atenuar la emisión de señales electromagnéticas que se originan dentro del recinto. Además, simplemente supondremos una lámina o panel de metal en lugar de un material de pantalla de metal para las paredes (y el piso y el techo) del recinto, ya que las razones para usar la pantalla no están relacionadas, por ejemplo, ventilación simplificada, peso ligero y ventaja de visibilidad. sobre paneles macizos. Me referiré a la jaula como un recinto blindado o una habitación blindada, ya que ahí suele estar la aplicación, es decir, la reducción de las emisiones EMI/RFI para aplicaciones de seguridad (por ejemplo, EMSEC en las especificaciones TEMPEST de la NSA). Creo que este modelo es más aplicable que intentar visualizar típicamente static redistribución de carga.
Hay un excelente tratamiento del problema en Architectural Electromagnetic Shielding Handbook de Leland H. Hemming – 2000.
Supondremos que la fuente de emisión está ubicada a una distancia razonable de la pared del gabinete (interior) de modo que nos preocupa la radiación de campo lejano (radiación que ha escapado de la antena; 1/6 de longitud de onda se usa a menudo como una distancia aproximada para predominio del campo de radiación en aplicaciones de blindaje) que se propaga hacia el exterior, hacia la pared de blindaje envolvente.
La atenuación proporcionada por el escudo resulta de tres mecanismos: (1) reflexión de una onda electromagnética cuando encuentra una discontinuidad de impedancia, por ejemplo, la discontinuidad de impedancia aire-metal cuando la onda encuentra el escudo (2) absorción dentro del material del escudo de porciones de la energía de la onda no reflejada ya que transfiere algo de energía al calentar el escudo y (3) posibles reflejos adicionales dentro del escudo y en la discontinuidad de la impedancia cuando cualquier remanente de la onda encuentra otro límite de aire metálico (material típico del escudo). El siguiente diagrama es para una ola que se acerca desde el exterior; simplemente invierta la etiqueta, es decir, deje que “dentro del recinto” en el diagrama sea “fuera del recinto”.
La radiación electromagnética se protege principalmente mediante la reflexión a través de portadores de carga móviles (electrones u orificios) que interactúan con la radiación. No se requiere una alta conductividad del blindaje, por ejemplo, del orden de 1 ohm suele ser suficiente. Sin embargo, la conductividad eléctrica no es el criterio para el blindaje (aunque la conductividad mejora el blindaje), ya que eso requeriría conectividad en la ruta de conducción, por ejemplo, a tierra.
Los metales, el material de protección EM más común, funcionan principalmente por reflexión a través de sus electrones libres. El mecanismo secundario de blindaje es la absorción a través de dipolos eléctricos y/o magnéticos que interactúan con el campo EM incidente. Materiales para blindaje EMI
La pérdida por reflexión depende de la impedancia del escudo y de la impedancia de la onda. Los metales tienen una impedancia superficial mucho más baja que el campo eléctrico de alta impedancia y, por lo tanto, reflejan bien esa energía. El campo magnético de menor impedancia es comparable en impedancia a la superficie metálica, por lo que la atenuación del campo magnético se produce principalmente a través de la absorción en el escudo. Por lo general, no se requiere una cantidad excesiva de espesor de protección para lograr ese fin. Por ejemplo, una sala blindada de la serie 81 utiliza acero galvanizado de calibre 28 (aproximadamente 0,0187 pulgadas de espesor) para superar la eficacia de protección NSA 65-694-106/CID 09.12. Hoja de datos de la sala blindada de la serie 81 (la suma de reflexión, absorción o reflexiones múltiples dB es la efectividad del blindaje y la pérdida por absorción es proporcional al grosor del blindaje).
Si desea ver un tratamiento más matemático del comportamiento de las ondas electromagnéticas cuando encuentran un límite, el MIT tiene un trabajo útil aquí: Reflexión y transmisión de ondas EM