Gabbia di Faraday: scoperta, principi e applicazioni nella schermatura RF

Gabbia di Faraday

La Gabbia di Faraday, scoperta e testata nel 1836 dall'omonimo chimico e fisico Micheal Faraday è un involucro metallico percorso da corrente che scherma elettricamente l'ambiente interno.

Lo scienziato osservò, che se si carica elettricamente un conduttore cavo, le cariche si dispongono sulla superficie esterna senza influenzare l'ambiente interno del conduttore. Per dimostrare la sua tesi costruì un ambiente rivestito con un foglio metallico a cui applicò una tensione dimostrando tramite la misura con elettroscopio che all'interno della camera non era presente carica elettrica.

Utilizzando i principi della fisica il teorema di Gauss ci permette di descrivere la distribuzione di carica sul conduttore. Le cariche uguali si respingono ossia sono concentrate all'esterno del conduttore quindi immaginando la camera schermata come un conduttore ideale su questo si crea una superficie equipotenziale mentre al suo interno il campo sarà nullo.

Se la superficie è uniforme la distribuzione di carica esterna sarà costante altrimenti ci saranno diverse densità di carica secondo la geometria dell'involucro.

Una caratteristica fondamentale della gabbia di Faraday è la continuità elettrica della sua superficie; questa deve essere garantita per evitare il passaggio di cariche. E' molto importante quindi in fase di costruzione garantire bene il contatto tra i vari pannelli della camera utilizzando guarnizioni EMI, finger ecc altrimenti si lascia un buco nella schermatura (spiffero).

Il principio della gabbia di Faraday viene utilizzato negli aerei, nelle auto, nei sistemi di parafulmini o ad esempio nei forni a microonde.

Le principali applicazioni nel settore della radiofrequenza sono:

Magnetic Resonance Imaging (per evitare che segnali esterni possano inficiare sulla misura e quindi sul risultato dell'esame)
Camere anecoiche (per evitare che segnali esterni possano modificare la quiet zone e quindi variare il segnale noto generato)
Shelter militari (per evitare che appartati di comunicazione sensibili possano subire interferenze da segnali esterni)

Per testare la gabbia di Faraday, e quindi il suo corretto funzionamento per applicazioni RF, si testa l'efficienza di schermatura ovvero come un segnale al variare delle frequenza viene attenuato dallo schermo.