MISURA DELLE PRESTAZIONI DI VETRI MULTIFUNZIONALI

(1)

MISURA DELLE PRESTAZIONI MISURA DELLE PRESTAZIONI

DI VETRI MULTIFUNZIONALI DI VETRI MULTIFUNZIONALI

M. M. D D ’ ’ Amore Amore , S. Greco, , S. Greco, D. A. D. A. Lampasi Lampasi , M. S. Sarto, A. Tamburrano , M. S. Sarto, A. Tamburrano alessandro.lampasi@uniroma1.it

alessandro.lampasi@uniroma1.it

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (IS

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) PRA) Roma, 1 luglio 2009

Roma, 1 luglio 2009

(2)

• È possibile utilizzare pellicole a controllo solare commerciali anche come schermi a RF trasparenti?

• Tecniche di caratterizzazione sperimentale

• Analisi teorica e simulazioni

• Strutture per incrementare le prestazioni

Sommario Sommario

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (IS

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) PRA) –– Roma, 1 luglio 2009Roma, 1 luglio 2009

(3)

Schermi EM multifunzionali Schermi EM multifunzionali

Il CNIS ha una lunga esperienza sulla schermatura dei CEM, ma negli ultimi anni ci vengono richiesti

Materiali multifunzionali

=

Schermi EM +

Qualcos’altro

(4)

Trasparenza ottica Trasparenza ottica

Funzionalità molto “gettonata”: trasparenza ottica

• nel visibile

• in altre regioni, soprattutto infrarosso (IR)

• selettiva (filtri ottici) per elettronica, sensori,

stealth, …

(5)

• Supportato: Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA, ex APAT)

• Obiettivo: schermi trasparenti per mitigare l’esposizione umana (elettrosmog) alla

penetrazione dei campi EM a RF attraverso le finestre di edifici

Il progetto di ricerca Il progetto di ricerca

(6)

• Leggi e standard internazionali

• Anche al di sotto dei limiti qualcuno potrebbe

desiderare livelli più bassi nella propria abitazione

Perch

Perch é é schermare i CEM? schermare i CEM?

(7)

• Mezzi di trasporto

• Torri di controllo

• Problemi EMC: alcuni strumenti o dispositivi

possono operare impropriamente in presenza di interferenze EM (dispositivi medici)

• Impulso EM (terrorist attack)

• Sicurezza, privacy: ogni segnale EM deve rimanere confinato perché può essere

intercettato

Non solo esposizione umana ed

Non solo esposizione umana ed edifici edifici … …

(8)

• A costi contenuti

• Applicabile alle strutture esistenti

… … ma ma noi cercavamo una soluzione noi cercavamo una soluzione

(9)

Pellicole a controllo solare (controllo del calore, risparmio energetico,

low-E, …)

Idea Idea

(10)

CAMPIONE 1:

Film di ITO su substrato di policarbonato

CAMPIONE 3:

Film OE22

CAMPIONE 2:

Film CN70

CAMPIONE 4:

Film CN 35

Alcuni campioni misurati

(11)

• Permettetemi di fare un passo indietro…

Come funzionano le pellicole?

(12)

Propagazione del campo EM: onda Propagazione del campo EM: onda

(13)

E →

B ^→

λ

B _o E

^→

_o

→

λ = c / f

Velocità della luce ~ 3×10

⁸

m/s (costante)

Spettro

Spettro elettromagnetico elettromagnetico

(14)

Visibile Visibile

Spettro

Spettro elettromagnetico elettromagnetico

(15)

VIS: 380-780 nm

Calore (ΔT)

UV

NIR: 780-2500 nm

Spettro solare

λ

Energia solare verso la Terra

(16)

Vetro Pellicola applicata (da interno)

Funzionamento di una pellicola a CS

(17)

Pellicola applicata

VIS: 380-780 nm

Nuove pellicole selettive (

Nuove pellicole selettive ( sputtered sputtered ) )

(18)

Selettivit

Selettivit à à dell dell ’ ’ atmosfera atmosfera

(19)

780 nm

380 nm 780 nm

380 nm

( ) ( ) ( )

v

D T V T

D V

λ λ

λ λ λ λ λ

=

Δ

=

Δ

∑

Prestazioni ottiche di vetri e pellicole Prestazioni ottiche di vetri e pellicole

T

_v

= Fattore di trasmissione luminosa

D

_λ

= Distribuzione spettrale illuminante D65

0 20 40 60 80 100

300 400 500 600 700 800

Wavelength [nm]

Responsivity [%]

V = Sensibilità dell’occhio umano

(20)

Vetro Pellicola MIR / FIR

Riflessione

Fattore solare

Fattore solare g g (SHGC) (SHGC)

I = T + R + A

(21)

Vetro

MIR/FIR (8-25 μm)

Effetto serra Effetto serra

NIR (λ<2.5 μm)

Low-E (basso emissivo)

(22)

Abbiamo testato alcune pellicole commerciali…

??? Stop-band Stop-band

Spettro elettromagnetico Spettro elettromagnetico

(23)

Misure Misure

(24)

Cella coassiale (30

Cella coassiale (30 MHz MHz – – 8 8 GHz GHz ) )

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) PRA) –– Roma, 1 luglio 2009Roma, 1 luglio 2009 A. Tamburrano, M.S. Sarto, “An innovative test method for the shielding effectiveness

measurement of conductive thin films in a wide frequency range ", IEEE Trans. on EMC, May 2006

ASTM D-4935

(25)

Cella coassiale (30

Cella coassiale (30 MHz MHz – – 8 8 GHz GHz ) )

(26)

D-U-T Transmit Antenna

Receive Antenna Probe(s)

Signal Generator Amplifier

Directional coupler Power Meter(s) etc.

Motor Control

Control and Monitoring Instrumentation for Device-under-test

Receive Instrumentation:

Spectrum Analyzer Receiver, Scopes Probe System etc.

Camera riverberante (RC)

(27)

RC annidate RC annidate

Box (70 cm × 70 cm × 70 cm) di alluminio 3 mm

Il materiale da testare viene montato su una apertura 24 cm × 15.5 cm Il box è all’interno di una camera riverberante (3.5 m × 3 m × 2.5 m)

Pellicola schermante

(28)

1 2 3 4 5 6 0

5 10 15 20 25 30

Frequency (GHz)

SE ( d B )

Reverberation chamber Waveguide

Confronto misure guida

Confronto misure guida - - camera camera

(29)

1 2 3 4 5 6 0

5 10 15 20 25 30 35

Type A Type B

Type C

Type D

Type E Type F

Frequency (GHz)

SE ( d B )

SE sperimentale pellicole in guida

(30)

151.7662 1.9

Nome commerciale

140.7894 2.5

Nome commerciale

125.3762 3.5

Nome commerciale

91.66953 6.3

Nome commerciale

86.50874 6.8

Nome commerciale

26.6379 17.0

Nome commerciale

25.44222 17.4

Nome commerciale

18.7191 20.1

Nome commerciale

16.80738 21.0

Nome commerciale

15.18501 21.9

Nome commerciale

11.89871 24.0

Nome commerciale

11.89871 24.0

Nome commerciale

10.90611 24.8

Nome commerciale

9.58705 25.9

Nome commerciale

6.72241 29.0

Nome commerciale

6.200547 29.7

Nome commerciale

R

_sheet

(Ω/□) SE (dB)

Film name

SE sperimentale pellicole

(31)

CEM attenuato (%) CEM attenuato (%) CEM trasmesso (%)

CEM trasmesso (%) SE (dB)

19.5 80.5

1.9

25.3 74.7

2.5

33.5 66.5

3.5

51.4 48.6

6.3

54.1 45.9

6.8

85.9 14.1

17.0

86.5 13.5

17.4

90.1 9.9

20.1

91.1 8.9

21.0

91.9 8.1

21.9

93.7 6.3

24.0

93.7 6.3

24.0

94.2 5.8

24.8

94.9 5.1

25.9

96.4 3.6

29.0

96.7 3.3

29.7

SE in termini percentuali

(32)

0.4 58

29.5 16.1

F17 H

0.5 65

23.5 18.1

F16 H

0.6 77

19.1 19.9

F15 H

0.6 48.3

151.2 1.92

F14 G

0.5 38.5

136.6 2.8

F12 G

0.4 33.3

124.9 3.58

F11 F

0.3 17.9

90.6 6.37

F10 F

0.5 33.9

139.8 2.6

F13 E

0.4 24.3

86.5 6.77

F9 E

0.3 22

25.9 17.24

F8 D

0.5 66

15.2 21.85

F6 C

0.5 68.1

18.9 19.97

F7 B

0.4 50.1

9.9 25.62

F3 B

0.3 32.1

7.0 28.59

F2 B

0.4 48.2

15.2 21.85

F5 A

0.3 37

11.3 24.47

F4 A

0.2 17.5

6.3 29.56

F1 A

g T_v (%)

R_sheet (Ω/□) SE (dB)

Film Type

Famiglie di pellicole

(33)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

5 10 15 20 25 30 35

1 2

4 3 6 5

8 7

10 9

11 12

14 13

15 16 17 18

T

v

(%)

SE ( d B )

Diagramma

Diagramma T T _v _v - - SE SE

(34)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

F 1 F 2 F 4 F 3

F 5 F 6

F 7 F 8

F10 F 9

F11 F12 F13 F14

F16 F15 F17

Ws-F3|G3|F3

T

v

(%)

SE ( d B )

Nuove strutture

(35)

Comportamento risonante e selettivo Comportamento risonante e selettivo

10

^-2

10

^-1

10

⁰

10

¹

10

²

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Frequenza (GHz)

SE ( d B )

Sandwich 2 mm glass

ε

r

=4 and film F7 sheet18.72 e18.72

(36)

Strutture

Strutture analizzate analizzate : pile : pile

Glass 2 applied films

(37)

Strutture

Strutture analizzate analizzate : sandwich : sandwich

Films applied on both sides

Resonant behavior: glass

thickness is important

(38)

Glass Film Glass Film Vuoto o gas

Strutture analizzate: doppi vetri

(39)

Parametri da stimare Parametri da stimare

Frequenze ottiche n, k

Radio frequenza (RF) ε, σ

(40)

Signatone S301 four-point probe stand Keitley 2400 source meter

4 collinear equally spaced tungsten carbide tips

Misura di

Misura di sheet sheet resistance resistance a 4 punte a 4 punte

(41)

45.51 10 20

measured

SE sheet

R

−

=

Struttura tipica di una pellicola

(42)

Vetro Pellicola

T, R _f R _b T, R _f R _b

International Glazing Database (IGDB). Version 16.3. http://windows.lbl.gov/materials/igdb

Parametri ottici e termici equivalenti

(43)

0.4 33.2

48.4 41.53

32.38 Wd-G3|F7|V4|G3|F7

0.4 29.8

50.1 40.54

32.35 Ws-F7|G6|F7

0.4 30.2

51.1 36.66

32.28 Ws-F7|G3|F7

0.4 30.4

51.5 34.98

32.27 Ws-F7|G2|F7

0.4 21.5

46.5 31.78

32.26 Wp-G6|F7|F7

F7+F7

0.4 34.5

49.0 46.48

35.17 Wd-G3|F6|V4|G3|F6

0.4 31.6

50.7 45.40

35.12 Ws-F6|G6|F6

0.4 32.0

51.7 41.02

34.99 Ws-F6|G3|F6

0.4 32.1

52.1 38.96

34.97 Ws-F6|G2|F6

0.4 22.9

46.7 34.47

34.95 Wp-G6|F6|F6

F6+F6

0.3 20.6

24.7 39.07

30.97 Wd-G3|F5|V4|G3|F5

0.3 19.3

25.7 38.13

30.95 Ws-F5|G6|F5

0.3 19.5

26.3 34.55

30.90 Ws-F5|G3|F5

0.3 19.6

26.5 33.07

30.89 Ws-F5|G2|F5

0.3 17.9

24.2 30.41

30.88 Wp-G6|F5|F5

F5+F5

g R_v(%)

T_v(%) SE_m(dB)

SE₀(dB) Description

Rislultati

Rislultati simulazioni EM ed ottiche simulazioni EM ed ottiche

(44)

Glass Film Glass Film Vuoto o gas

Criteri di progetto

(45)

Buona trasparenza e risoluzione

cromatica

Trasmittanza ottica misurata con uno spettrofotometro

Prototipi realizzati Prototipi realizzati

(46)

400 0 600 800 1000 1200 1400 5

10 15 20 25 30

Frequency (MHz)

SE ( d B )

Measured Simulated

Sperimentali pellicola su vetro 3 mm

(47)

Sandwich F5 / vetro 3 mm / F5 Sandwich F5 / vetro 3 mm / F5

2 3 4 5 6 7

0 10 20 30 40 50 60

Frequency (GHz)

SE ( d B )

Measured

Trend curve

Simulated

(48)

400 0 600 800 1000 1200 1400 5

10 15 20 25 30

Frequency (MHz)

SE ( d B )

Measured Simulated

Sperimentali SE pellicola su vetro 3 mm

(49)

0.5 1 1.5 2 2.5 0

10 20 30 40 50 60

λ ( μ m)

T ran sm itt a n ce ( % )

Sandwich F7 measured

Sandwich F7 predicted by simulation

Risultati sperimentali ottici e termici

(50)

• EM shielding

• Energy saving

• Glare reduction

• UV protection

• Safe glass and plastic (bomb tests)

• Privacy and aesthetics

Strutture multifunzionali Strutture multifunzionali

(51)

• Stiamo cercando di “convincere” i produttori di pellicole ad accettare i nostri suggerimenti per ottimizzarle dal punto di vista EM

• Istruzioni per gli installatori (bonding)

Sviluppi futuri Sviluppi futuri

(52)

Esperienza acquisita su film di ITO Esperienza acquisita su film di ITO

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) PRA) –– Roma, 1 luglio 2009Roma, 1 luglio 2009 conducting

tape

175 μm-thick policarbonate foil

0.5 μm-thick ITO film

aluminum conducting

tape

175 μm-thick policarbonate foil

0.5 μm-thick ITO film

aluminum

1 mm-thick policarbonate foil 0.5

μ

m-thick ITO film

aluminum

1 mm-thick policarbonate foil 0.5

μ

m-thick ITO film

A massa

Flottante

(53)

Sandwich 2 mm glass + film F7 Sandwich 2 mm glass + film F7

10

^-3

10

^-2

10

^-1

10

⁰

10

¹

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Frequency (GHz)

SE ( d B )

Matrici complete Metodo circuitale Aperture a=50 cm Aperture a=10 cm Aperture a=1 cm Resonances (L

a

L

G

F1

G

F2

)

^-0.5

(54)

GRAZIE GRAZIE PER L

PER L ’ ’ ATTENZIONE! ATTENZIONE!

M. M. D D ’ ’ Amore Amore , S. Greco, , S. Greco, D. A. D. A. Lampasi Lampasi , M. S. Sarto, A. Tamburrano , M. S. Sarto, A. Tamburrano alessandro.lampasi@uniroma1.it

MISURA DELLE PRESTAZIONI DI VETRI MULTIFUNZIONALI

MISURA DELLE PRESTAZIONI MISURA DELLE PRESTAZIONI

DI VETRI MULTIFUNZIONALI DI VETRI MULTIFUNZIONALI

M. M. D D ’ ’ Amore Amore , S. Greco, , S. Greco, D. A. D. A. Lampasi Lampasi , M. S. Sarto, A. Tamburrano , M. S. Sarto, A. Tamburrano alessandro.lampasi@uniroma1.it

alessandro.lampasi@uniroma1.it

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (IS

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) PRA) Roma, 1 luglio 2009

Roma, 1 luglio 2009

• È possibile utilizzare pellicole a controllo solare commerciali anche come schermi a RF trasparenti?

• Tecniche di caratterizzazione sperimentale

• Analisi teorica e simulazioni

• Strutture per incrementare le prestazioni

Sommario Sommario

Schermi EM multifunzionali Schermi EM multifunzionali

Il CNIS ha una lunga esperienza sulla schermatura dei CEM, ma negli ultimi anni ci vengono richiesti

Materiali multifunzionali

=

Schermi EM +

Qualcos’altro

Trasparenza ottica Trasparenza ottica

Funzionalità molto “gettonata”: trasparenza ottica

• nel visibile

• in altre regioni, soprattutto infrarosso (IR)

• selettiva (filtri ottici) per elettronica, sensori,

stealth, …

• Supportato: Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA, ex APAT)

• Obiettivo: schermi trasparenti per mitigare l’esposizione umana (elettrosmog) alla

penetrazione dei campi EM a RF attraverso le finestre di edifici

Il progetto di ricerca Il progetto di ricerca

• Leggi e standard internazionali

• Anche al di sotto dei limiti qualcuno potrebbe

desiderare livelli più bassi nella propria abitazione

Perch

Perch é é schermare i CEM? schermare i CEM?

• Mezzi di trasporto

• Torri di controllo

• Problemi EMC: alcuni strumenti o dispositivi

possono operare impropriamente in presenza di interferenze EM (dispositivi medici)

• Impulso EM (terrorist attack)

• Sicurezza, privacy: ogni segnale EM deve rimanere confinato perché può essere

intercettato

Non solo esposizione umana ed

Non solo esposizione umana ed edifici edifici … …

• A costi contenuti

• Applicabile alle strutture esistenti

… … ma ma noi cercavamo una soluzione noi cercavamo una soluzione

Pellicole a controllo solare (controllo del calore, risparmio energetico,

low-E, …)

Idea Idea

CAMPIONE 1:

Film di ITO su substrato di policarbonato

CAMPIONE 3:

Film OE22

CAMPIONE 2:

Film CN70

CAMPIONE 4:

Film CN 35

Alcuni campioni misurati

Alcuni campioni misurati

• Permettetemi di fare un passo indietro…

Come funzionano le pellicole?

Come funzionano le pellicole?

Propagazione del campo EM: onda Propagazione del campo EM: onda

E →

B →

λ

B o E

o

λ = c / f

Velocità della luce ~ 3×10

m/s (costante)

Spettro

Spettro elettromagnetico elettromagnetico

Visibile Visibile

Spettro

Spettro elettromagnetico elettromagnetico

VIS: 380-780 nm

Calore (ΔT)

UV

NIR: 780-2500 nm

B ^→

B _o E

_o