NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG





TRẦN NGUYÊN ĐỘ





NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN
ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT







Đà Nẵng – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG




TRẦN NGUYÊN ĐỘ



NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN
ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ


Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 60.52.70



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN




Đà Nẵng – Năm 2014
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.


Tác giả luận văn



TRẦN NGUYÊN ĐỘ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2
5. Bố cục đề tài 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ VÀ CÁC
NGUỒN NHIỄU 4
1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 4
1.2 KHÁI NIỆM TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 4
1.3 KIỂM TRA TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 5
1.3.1 Các quy tắc về TTĐT 5
1.3.2 Thiết bị 7
1.3.3 Quy trình kiểm tra 9
1.4 PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN NHIỄU 10
1.4.1 Các nguồn nhiễu tự nhiên 10
1.4.2 Các nguồn nhiễu công nghiệp 11

1.5 SỰ BỨC XẠ 13
1.5.1 Bức xạ phát xạ 13
1.5.2 Bức xạ từ dây dẫn 15
1.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 16
CHƢƠNG 2: HIỆU QUẢ BỌC CHẮN CỦA VẬT LIỆU 17
2.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 17
2.2 TRỞ KHÁNG CỦA VẬT LIỆU 17
2.2.1. Trở kháng của không khí 18
2.2.2. Trở kháng của kim loại 19
2.2.3. Chiều sâu lớp da 19
2.3 HIỆU QUẢ BỌC CHẮN CỦA SUPERALLOY, ALUMINUM VÀ
MUMETAN 20
2.3.1 Giới thiệu chung 20
2.3.2 Tính toán hiệu quả bọc chắn 21
2.3.3 Tổn hao hấp thụ 22
2.3.4 Tổn hao phản xạ 24
2.3.5 Hiệu quả bọc chắn khi tổn hao hấp thụ trên 10 dB 30
2.3.6 Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại 32
2.3.7 Hiệu quả bọc chắn 37
2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 40
CHƢƠNG 3: CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ ĐẢM BẢO
TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 42
3.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 42
3.2 TRƢỜNG GẦN VÀ TRƢỜNG XA 42
3.3 TỔNG HỢP TỔN HAO PHẢN XẠ VÀ HẤP THỤ 44
3.4 PHƢƠNG PHÁP BỌC CHẮN TRONG LĨNH VỰC TTĐT 46
3.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN 47
3.5.1 Phƣơng pháp bọc chắn nhiều lớp 47
3.5.2 Phƣơng pháp bọc chắn đôi 49
3.5.3 Phƣơng pháp bọc chắn chống từ trƣờng ở tần số thấp 50

3.5.4 Phƣơng pháp đặt khe hở và chia nhỏ khe hở 52
3.5.5 Cải thiện hiệu quả bọc chắn tại khớp nối 54
3.5.6 Phƣơng pháp sử dụng các ống dẫn sóng 56
3.6 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN TRONG TRƢỜNG HỢP BỌC
CHẮN KHÔNG KÍN 58
3.6.1 Hiệu quả bọc chắn của tấm chắn có khe hở 59
3.6.2 Hiệu quả bọc chắn của tấm chắn khi khe hở chia nhỏ 61
3.6.3 Hiệu quả bọc chắn của mắt lƣới bằng vật liệu dẫn điện 62
3.6.4 Hiệu quả bọc chắn của khe hở dạng ống dẫn sóng 63
3.7 KIỂM TRA HỘP BỌC CHẮN TRONG THỰC TẾ 67
3.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG 68
CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ
ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 69
4.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 69
4.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ PHẦN MỀM CST (Computer Simulation
Technology) 69
4.3 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH MÔ PHỎNG CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC
CHẮN 71
4.4 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ HỘP BỌC CHẮN 72
4.5 MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HỘP BỌC CHẮN KÍN HOÀN TOÀN. 73
4.6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HỘP BỌC CHẮN CÓ KHE
HỞ 74
4.6.1 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn tồn tại khe hở 4x3cm 74
4.6.2 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3, 12x0.2,
5x0.2, 0.8x0.2cm. 75
4.6.3 Mô phỏng bức xạ điện từ của hộp bọc chắn khi chia khe 4x3cm
thành 15 khe 76
4.6.4 Mô phỏng bức xạ điện từ của hộp bọc chắn khi chia khe 4x3cm
thành 20 khe 78
4.6.5 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn có các khe hở cùng

diện tích 80
4.7 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ CỦA HỘP BỌC CHẮN
BẰNG CÁC VẬT LIỆU KHÁC NHAU 81
4.8 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HỘP BỌC CHẮN CÓ KHE
HỞ DẠNG ỐNG DẪN SÓNG 82
4.8.1 Mô phỏng bức xạ điện từ hộp bọc chắn có khe hở dạng ống dẫn
sóng có chiều dài và rộng lần lƣợc thay đổi 82
4.8.2 Mô phỏng bức xạ điện từ hộp bọc chắn có một ống lục giác và 28
ống dạng tổ ong có cùng thiết diện là 184mm
2
84
4.8.3 Mô phỏng bức xạ điện từ hộp bọc chắn có khe hở dạng tổ ong với
số lƣợng ống khác nhau 85
4.9 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ CỦA HỘP BỌC CHẮN
SỬ DỤNG TẤM CHẮN ĐÔI 87
4.10 SO SÁNH HIỆU QUẢ BỌC CHẮN 88
4.11 KẾT LUẬN CHƢƠNG 92
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 93
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU
A Absorption Loss (dB) Tổn hao hấp thụ
C Re-Reflection Correction Factor Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại
E Electric field strength (V/m) Cƣờng độ điện trƣờng
H Magnetic field strength (A/m) Cƣờng độ từ trƣờng
R Reflection Loss Tổn hao phản xạ
t Thickness (mils, m, or mm) Độ dày

Z
m
Intrinsic impedance of Trở kháng của kim loại
metal (ohms)
Z
b
Intrinsic impedance of Trở kháng của kim loại mỏng
thin metal (ohms)
Z
air
Intrinsic impedance of air (ohms)Trở kháng của không khí
Z
s
Source impedance (ohms) Trở kháng nguồn
Z
w
Wave impedance Trở kháng sóng
δ Skin depth (cm or m) Độ đâm thâu
ε Permittivity (farads/m) Hằng số điện môi
ε
0
Permittivity of air or space Hằng số điện môi của không khí
(8,84.10
-12
farads/m)
µ Permeability (henries/m) Hệ số từ thẩm
µ
0
Permeability of air Hệ số từ thẩm của không khí
(4Π.10

-7
henries/m)
ζ Conductivity (mhos/m) Điện dẫn suất
ζ
cu
Conductivity of copper (mhos/m)Điện dẫn suất của đồng


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CST Computer Simulation Công nghệ mô phỏng
Technology máy tính
DAC Digital to Analog Converter Chuyển đổi số ra tƣơng tự
DFT Discrete Fourier transform Biến đổi Fourier rời rạc
EMC Electromagnetic Compatibility Tƣơng thích điện từ
EME Electromagnetic Emission Phát xạ điện từ
EMI Electromagnetic Interference Giao thoa điện từ
EMS Electromagnetic Susceptibility Độ nhạy điện từ
EUT Equipment Under Test Thiết bị giám sát, kiểm tra
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
RE Radiated Emission Bức xạ phát xạ
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
SE Shielding Effectiveness Hiệu quả bọc chắn
SE
E
Shielding effectiveness Hiệu quả bọc chắn đối với
electric field thành phần điện trƣờng
SE
H
Shielding effectiveness Hiệu quả bọc chắn đối với

magnetic field thành phần từ trƣờng
TLM Transmission Line Matrix Ma trận đƣờng truyền
TE Transverse Electric Điện trƣờng ngang
TM Transverse Magnetic Từ trƣờng ngang





DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu
Tên hình
Trang
1.1
Ba yếu tố trong tiến trình EMC
4
1.2
Các nguyên tắc TTÐT
6
1.3
Sơ đồ mô tả các đƣờng ghép EMI
10
1.4
Bức xạ từ bo mạch in
14
1.5
Bức xạ từ cáp
15
2.1

Đƣờng sóng bức xạ truyền qua một tấm chắn
22
2.2
Tổn hao hấp thụ cho từ trƣờng, điện trƣờng và sóng
phẳng
24
2.3
Tổn hao phản xạ trong từ trƣờng
27
2.4
Tổn hao phản xạ trong điện trƣờng
28
2.5
Tổn hao phản xạ trong sóng phẳng
29
2.6
Tổng tổn hao trong từ trƣờng
31
2.7
Tổng tổn hao trong điện trƣờng
31
2.8
Tổng tổn hao trong sóng phẳng
32
2.9
Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại trong từ trƣờng
35
2.10
Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại trong điện trƣờng
36

2.11
Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại trong sóng phẳng
36
2.12a
Hiệu quả bọc chắn trong từ trƣờng
37
2.12b
Hiệu quả bọc chắn trong từ trƣờng đến 200dB
38
2.13a
Hiệu quả bọc chắn trong điện trƣờng
38
2.13b
Hiệu quả bọc chắn trong điện trƣờng đến 200dB
39
2.14a
Hiệu quả bọc chắn trong sóng phẳng
39
2.14b
Hiệu quả bọc chắn trong sóng phẳng đến 200dB
40
3.1
Sự chuyển đổi từ trƣờng gần đến trƣờng xa xảy ra tại
λ/2π
43
3.2
Trở kháng sóng phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn
và trƣờng là điện trƣờng hay từ trƣờng
43
3.3

Hiệu quả che chắn của lá chắn đồng dày 0.02inch
(20mil) trong trƣờng xa
45
3.4
Sử dụng vật liệu từ tính nhƣ một lá chắn
46
3.5
Mô tả bọc chắn
47
3.6
Bọc chắn nhiều lớp
48
3.7
Tấm chắn đôi
49
3.8a
Phƣơng pháp dùng vật liệu có độ từ thẩm cao làm
lệch hƣớng từ trƣờng
51
3.8b
Phƣơng pháp tạo ra từ trƣờng đối lập với từ trƣờng
tới
51
3.9
Sử dụng nhiều lớp chắn để chống lại hiện tƣợng
bão hòa từ của vật liệu
52
3.10a
Dòng điện cảm ứng chạy trên tấm chắn kim loại khi
không có các khe hở

53
3.10b
Dòng điện cảm ứng chạy trên tấm chắn kim loại khi
có khe hở
53
3.11
Cải thiện bọc chắn bằng việc đặt khe hở song song
với hƣớng dòng điện cảm ứng
53
3.12
Cải thiện bọc chắn bằng phƣơng pháp chia khe hở
lớn thành nhiều khe hở nhỏ
54
3.13
Kỹ thuật đệm nối
55
3.14
Ảnh hƣởng của các nắp đậy hộp bọc chắn
56
3.15
Sử dụng ống dẫn sóng để cung cấp hệ thống thông
gió và làm giảm bức xạ điện từ qua nó
57
3.16
Ống dẫn sóng dạng tổ ong
57
3.17
Kích thƣớc khe hở
59
3.18

Chia nhỏ khe hở
61
3.19
Màn lƣới
62
3.20
Ống dẫn sóng hình trụ tròn với đƣờng kính d và
chiều dài z
65
3.21
Ống dẫn sóng hình lục giác
66
3.22
Quá trình kiểm tra bức xạ hộp bọc chắn trong thực tế
67
4.1
Giao diện phần mềm mô phỏng CST
70
4.2
Sơ đồ tiến trình mô phỏng
71
4.3
Thông số hộp bọc chắn
72
4.4
Hộp bọc chắn mô phỏng bằng phần mềm CST
72
4.5
Ðồ thị bức xạ điện từ của hộp kín tại vị trí cách hộp
3m

73
4.6
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
74
4.7
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3cm và 12x0.2cm
75
4.8
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 12x0.2cm, 5x0.2,
0.8x0.2
76
4.9
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3cm và 15 khe 0.2x4
77
4.10
Hộp bọc chắn với 15 khe và 20 khe hở có tổng diện
tích 12cm
2

78
4.11
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có 15 khe và 20 khe có tổng diện tích
12cm
2

78

4.12
Hộp bọc chắn với 20 khe hở có tổng diện tích 12cm
2

với cách bố trí khe và kích thƣớc khe khác nhau
79
4.13
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn tồn tại 20 khe hở có tổng diện tích 12cm
2

với cách bố trí khe và kích thƣớc khe khác nhau
79
4.14
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở 9x0.2, 3x0.6, 0.6x3, 0.2x9cm
80
4.15
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở 0.2x9cm với các vật liệu khác
nhau
81
4.16
Hộp bọc chắn có khe hở dạng ống lục giác
82
4.17
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng ống lục giác có g = 6.36mm
và chiều dài ống thay đổi
82

4.18
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng ống lục giác có d = 6.35mm
và chiều rộng ống thay đổi
83
4.19
Hộp bọc chắn có khe hở dạng tổ ong
84
4.20
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong
84
4.21
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong với số lƣợng ống
khác nhau
85
4.22
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong với số lƣợng ống
khác nhau
86
4.23
Mặt cắt hộp bọc chắn sử dụng tấm chắn đôi tại vị trí
có khe hở
87
4.24
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn sử dụng tấm chắn đôi
87

4.25
Hiệu quả bọc chắn của hộp kín và hộp có khe hở
88
4.26
Hiệu quả bọc chắn của hộp có khe hở với chiều dài
khác nhau
89
4.27
Hiệu quả bọc chắn của hộp khi khe hở có tỷ lệ thay
đổi nhƣng cùng diện tích
89
4.28
Hiệu quả bọc chắn của hộp khi khe hở dạng ống lục
giác có chiều dài D= 6.35 và chiều rộng thay đổi
90
4.29
Hiệu quả bọc chắn của hộp khi khe hở dạng ống lục
giác có chiều rộng g=6.36 và chiều dài thay đổi
90
4.30
Hiệu quả bọc chắn khi hộp bọc chắn có khe hở dạng
tổ ong với số lƣợng ống khác nhau
91
4.31
Hiệu quả bọc chắn khi hộp bọc chắn sử dụng tấm
chắn đôi
92


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện, điện
tử, tin học ngày càng không thể thiếu trong đời sống. Các thiết bị cần thiết
cho nhu cầu con ngƣời ngày một tăng đáng kể, trong một không gian giới hạn
lại có nhiều thiết bị cùng hoạt động. Vì vậy, sự ảnh hƣởng giữa các thiết bị do
bức xạ điện từ ngày một đáng kể.
Chính vì vậy, tƣơng thích điện từ ngày càng đƣợc quan tâm hơn. Tƣơng
thích điện từ nhằm giải quyết vấn đề khi các thiết bị vận hành trong một môi
trƣờng có sự hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi
trƣờng chung quanh tác động vào mà chúng vẫn hoạt động tốt. Để thực hiện
đƣợc điều này, chúng ta phải dùng một kỹ thuật nhƣ là một phƣơng tiện để
tránh những hiệu ứng không mong muốn mà sự nhiễu loạn trên có thể gây ra.
Một trong những biện pháp hiệu quả làm giảm sự bức xạ gây nhiễu của
thiết bị cũng nhƣ các nguồn gây nhiễu từ các thiết bị, môi trƣờng chung quanh
đó là dùng bọc chắn. Trong thực tế bọc chắn luôn tồn tại các khe hở do nhu
cầu làm mát, giao tiếp, cấp nguồn…. Các khe hở này làm giảm đi hiệu quả
bọc chắn do đó ta phải nghiên cứu tìm cách khắc phục, cải thiện hiệu quả của
bọc chắn. Vì vậy tôi tiến hành thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN
HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ”
nhằm đảm bảo tính tƣơng thích điện từ của các thiết bị.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các nguồn nhiễu trong lĩnh vực tƣơng
thích điện từ.
2

- Nghiên cứu cải thiện tính tƣơng thích điện từ bằng kỹ thuật bọc chắn.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các nguồn nhiễu của những thiết bị điện, điện tử, tin học
- Nghiên cứu các vật liệu bọc chắn cải thiện tính tƣơng thích điện từ
- Ứng dụng phần mềm CST thiết lập mô phỏng cải thiện hiệu quả bọc
chắn trong lĩnh vực tƣơng thích điện từ.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài
- Phân tích các nguồn nhiễu trong lĩnh vực tƣơng thích điện từ
- Nghiên cứu mô phỏng cải thiện tính tƣơng thích điện từ bằng kỹ thuật
bọc chắn.
5. Bố cục đề tài
Luận văn đƣợc chia làm 4 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng Quan về tƣơng thích điện từ và các nguồn nhiễu
Chƣơng này sẽ trình bày các khái niệm tƣơng thích điện từ, kiểm tra
tƣơng thích điện từ, phân tích các nguồn nhiễu, các loại nhiễu, sự bức xạ
phát xạ, hiệu ứng nhiễu cũng nhƣ mức ảnh hƣởng của nó đến các thiết bị
điện tử.
Chƣơng 2: Hiệu quả bọc chắn của vật liệu
Chƣơng này trình bày tập trung về đặc tính của vật liệu và hiệu quả bọc
chắn của các loại vật liệu đặc trƣng trong việc giải quyết vấn đề TTĐT .
Chƣơng 3: Cải thiện hiệu quả bọc chắn để đảm bảo tính tƣơng
thích điện từ
Chƣơng này trình bày tập trung về các cơ sở trong việc giải quyết vấn
đề TTĐT cũng nhƣ nghiên cứu các phƣơng pháp để cải thiện hiệu quả bọc
chắn nhằm đảm bảo TTĐT.
3

Chƣơng 4: Mô phỏng cải thiện hiệu quả bọc chắn để đảm bảo tính
tƣơng thích điện từ
Chƣơng này sử dụng phần mềm CST (Computer Simulation

Technology) để mô phỏng kiểm chứng sự cải thiện hiệu quả bọc chắn, so sánh
hiệu quả bọc chắn trong các trƣờng hợp cụ thể.
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu đƣợc sử dụng trong quá trình làm luận văn là các
sách chuyên ngành, bài báo trên các tạp chí chuyên ngành, báo cáo của các
hội thảo chuyên ngành.
















4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
VÀ CÁC NGUỒN NHIỄU

1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG
Chƣơng này đề cập về khái niệm tƣơng thích điện từ, các quy tắc, quy

trình và thiếc bị để kiểm tra tính tƣơng thích điện từ. Trong chƣơng này cũng
phân tích các nguồn nhiễu bao gồm nguồn nhiễu tự nhiên và nhiễu công
nghiệp, các vấn đề tác động qua lại giữa các hệ thống điện tử thông qua các
kiểu ghép nối, vấn đề bức xạ, phát xạ…
1.2 KHÁI NIỆM TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
Nhiễu giao thoa điện từ (EMI: Electromagnetic Interference) đƣợc
định nghĩa nhƣ một tín hiệu điện không mong muốn, nó đem lại những
kết quả không mong đợi trong hệ thống. Chẳng hạn, EMI gây ra nhiễu mà
chúng ta có thể nghe đƣợc từ các thiết bị thu sóng radio, gây ra sự trục
trặc cho hệ thống thậm chí có thể dẫn đến những thảm họa nghiêm trọng.
Thuật ngữ EMC (Electromagnetic Compatibility) liên quan đến một hệ
thống điện tử có khả năng thực hiện chức năng tƣơng thích với các hệ
thống điện tử khác và không tạo ra, không nhạy với nhiễu.
Nếu một hệ thống là EMC thì phải thỏa mãn ba tiêu chuẩn sau:
Không gây ra nhiễu với các hệ thống khác.
Không nhạy với sự phát xạ từ các hệ thống khác.
Không gây ra nhiễu cho chính nó.

Hình 1.1: Ba yếu tố trong tiến trình EMC
5

Các vấn đề của EMC liên quan đến sự phát sinh, sự truyền và sự thu
nhận năng lƣợng điện từ. Hình 1.1 minh họa ba yếu tố của một vấn đề
EMC: nguồn tạo ra sự phát xạ và đƣờng ghép nối mang năng lƣợng phát xạ
chuyển từ nguồn đến bộ thu và vì vậy năng lƣợng điện từ không mong
muốn đƣợc chuyển đổi thành một số tác động không mong đợi. Bằng cách
chia đƣờng ghép nối thành hai loại, có hai nhóm nhỏ cho vấn đề EMC, đó
là: bức xạ và dẫn.
Từ quan điểm của bộ thu và bộ phát, các vấn đề EMC có thể đƣợc chia
thành phát xạ điện từ (EME: Electromagnetic Emission) và độ nhạy điện từ

(EMS: Electromagnetic Susceptibility).
Có ba cách đƣợc áp dụng để làm giảm nhiễu bức xạ và nhiễu dẫn.
Triệt sự phát xạ tại nguồn phát.
Làm vô hiệu hóa đƣờng ghép nối càng nhiều càng tốt.
Làm cho bộ thu miễn dịch với nguồn phát.
Tóm lại, thiết bị điện tử tƣơng thích điện từ (ElectroMagnetic
Compatibility – EMC) là hệ thống, thiết bị có khả năng hoạt động “tƣơng
thích” với những hệ thống, thiết bị khác và không gây nhiễu cho môi trƣờng,
không chịu ảnh hƣởng của nhiễu từ môi trƣờng và không gây ra nhiễu cho
chính nó.
1.3 KIỂM TRA TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
1.3.1 Các quy tắc về TTĐT
Các vấn đề TTĐT thông thƣờng có thể gồm sự kết hợp giữa các quy tắc
nhƣ sự kết hợp của các tần số, kích thƣớc của các thành phần, việc lắp ráp các
bộ phận lại với nhau…
TTĐT đƣợc chia thành 3 nguyên tắc dựa trên kỹ thuật kết nối:
- Đƣờng dẫn bức xạ
6

- Đƣờng dẫn thiết bị dẫn
- Sự kết hợp của 2 kỹ thuật trên
Trong mỗi kỹ thuật bức xạ hay thiết bị dẫn thì đƣợc chia thành 2 quy
tắc nhỏ nữa là sự phát xạ và sự miễn nhiễm. Ta có sơ đồ sau:

Hình 1.2 Các nguyên tắc TTĐT
Nhƣ vậy hiện tƣợng bức xạ chia làm hai loại:
- Bức xạ phát xạ (RE): liên quan đến cơ chế sinh ra các năng lƣợng bức
xạ điện từ không mong muốn vào môi trƣờng chung quanh gây ảnh hƣởng
đến các thiết bị điện tử khác.
- Bức xạ miễn nhiễm (RI): liên quan đến cơ chế chống lại các bức xạ

điện từ từ các thiết bị khác vào các bộ phận đang hoạt động của hệ thống.
Và hiện tƣợng dẫn cũng đƣợc chia làm hai loại:
- Dẫn phát xạ (CE): liên quan đến cơ chế các năng lƣợng điện từ đƣợc
tạo ra từ các mạch điện tử ảnh hƣởng đến các bộ phận khác trong mạch (đặc
biệt là nguồn cung cấp AC) thông qua các dây cáp truyền dẫn tín hiệu giữa
các thiết bị.
7

- Dẫn miễn nhiễm (CI): liên quan đến khả năng chống lại các nhiễu
điện từ sinh ra từ bộ nguồn AC, các mạch điện tử đến thiết bị hoạt động của
hệ thống.
Còn ESD bao gồm sự kết hợp giữa hiện tƣợng bức xạ và hiện tƣợng
dẫn.
1.3.2 Thiết bị
+ Máy phân tích phổ
+ Bộ phận thăm dò
+ Anten phát / anten thu
+ Khuếch đại điện tử
+ Bộ phận khuấy
Mô tả một số các thiết bị nhƣ sau:
a. Máy phân tích phổ
Máy phân tích phổ chủ yếu đƣợc sử dụng để sao chép thành phần phổ
hoặc phổ công suất của một số tín hiệu kết nối.
Máy phân tích phổ tƣơng tự sử dụng một bộ lọc thông dải đƣợc tự
động điều chỉnh trên một phạm vi tần số tƣơng ứng với phổ đo. Một máy
thu đổi tần cũng có thể đƣợc sử dụng. Tín hiệu dao động nội đƣợc trộn lẫn
với tín hiệu đầu vào, để chuyển đổi các tín hiệu điều chế nhiều tần số đƣợc
thuận tiện.
Máy phân tích phổ kỹ thuật số, xử lý dạng sóng lấy mẫu, phân tích
phổ tần số của nó với phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT). Thậm chí một

số có thể kết hợp các kỹ thuật đƣợc mô tả ở trên, ví dụ là phân tích phổ
thời gian thực. Các tín hiệu xử lý đƣợc rẽ xuống chuyển đổi sử dụng tần
số phách và sau đó đƣợc phân tích với bộ phân tích biến đổi Fourier
nhanh (FFT).
8

b. Máy phát tín hiệu
Máy phát tín hiệu sản xuất tín hiệu có dạng sóng điện tử có chu kỳ hoặc
không có chu kỳ trong cả hai hình thức kỹ thuật số hoặc tƣơng tự. Máy phát
sản xuất dạng sóng với bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số và sử dụng kỹ thuật số để
chuyển đổi ra tƣơng tự (DAC) để tạo ra một đầu ra tƣơng tự. Máy phát tín
hiệu có khả năng sản xuất tín hiệu sóng sin trong khoảng từ tần số thấp lên
đến nhiều GHz.
c. Bộ khuếch đại điện tử
Bộ khuếch đại điện tử lấy tín hiệu từ nguồn cung cấp và tạo ra một tín
hiệu mới có công suất cao cùng với nhiệt thải ra. Các nhà sản xuất bộ khuếch
đại luôn luôn phấn đấu để giảm trở kháng của các phần tử mạch khuếch đại.
Điều này làm tăng hiệu quả và giảm thiểu công suất tiêu tán, làm cho các bộ
phận khuếch đại hoạt động với độ tin cậy cao.
d. Anten phát / anten thu
Anten đƣợc sử dụng để truyền hoặc nhận sóng điện từ trong buồng.
Các đặc tính quan trọng nhất đối với anten phát, anten thu trong buồng triệt
nhiễu là băng thông. Băng thông là phạm vi tần số anten có thể thu hoặc nhận
năng lƣợng đúng. Các đặc tính khác đạt đƣợc nhƣ định hƣớng, độ lợi và sự
phân cực bị mất trong buồng do hiện tƣợng cộng hƣởng.
e. Bộ phận thăm dò
Bộ phận thăm dò bao gồm ba anten băng thông rộng độc lập định
hƣớng trực giao mà mỗi máy đo một thành phần của điện trƣờng. Các tín hiệu
từ đầu dò đƣợc truyền kỹ thuật số thông qua một liên kết sợi quang đến đơn vị
đọc hoặc máy tính. RMS (root có nghĩa là vuông, giá trị hiệu dụng) giá trị cho

ba thành phần của trƣờng biểu diễn cho trƣờng tổng hợp.
9

So với các anten kết nối với một máy phân tích phổ phân tích sự khác
biệt giữa những tần số, đầu dò trƣờng đáp ứng cho tất cả các thành phần tần
số hoạt động. Do đó tín hiệu sạch trong một thiết lập thử nghiệm miễn nhiễm
là rất quan trọng, đặc biệt là trƣờng sóng điều hòa đƣợc phát ra bởi một bộ
khuếch đại công suất.
f. Hệ thống khuấy
Hệ thống khuấy là kim loại phản xạ tốt mục đích chính là để thay đổi
điều kiện biên trong buồng triệt nhiễu. Việc thiết kế bộ cộng hƣởng cũng có
thể làm thay đổi tần số thấp nhất có thể sử dụng cho buồng. Trong vòng quay
của mô hình hệ thống khuấy, sóng đứng trong buồng sẽ đƣợc thay đổi và tất
cả các điểm trong khối phải làm việc sẽ chịu cùng một mức tối thiểu, tối đa và
trƣờng điện từ trung bình. Buồng hoàn thành điều kiện này đƣợc gọi là khuấy
tốt, do đó cấp một trƣờng thống kê đẳng hƣớng cho thử nghiệm EMC / EMI.
1.3.3 Quy trình kiểm tra
Các bƣớc chính trong quá trình kiểm tra nhƣ sau:
- Mô tả kỹ lƣỡng các hoạt động của EUT với sơ đồ, biểu đồ và sơ
đồ bố trí.
- EUT, dụng cụ dây dẫn với các kết nối và mô phỏng nếu cần thiết.
- Thiết bị giám sát, cáp sợi quang…, chúng phải không ảnh hƣởng đến
sự miễn nhiễm của EUT khi thêm vào.
- Kiểm tra các tần số (các mức miễn nhiễm) dựa trên các nguyên nhân
làm cho EUT sai số từ các thiết bị gây nhiễu hoặc các dịch vụ vô tuyến…
- Các chế độ hoạt động trong phòng kiểm tra EUT dựa trên việc phân
tích các chế độ.
- Phần mềm kiểm tra sản phẩm, chế độ hoạt động.

10

1.4 PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN NHIỄU
Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử nên các loại nguồn
giao thoa điện từ (EMI) cũng tăng lên, ảnh hƣởng của EMI ngày càng đa dạng
và phức tạp. Những hiệu ứng này đe dọa đến sức khỏe và sự an toàn của con
ngƣời, hoặc gây ra sự trục trặc hệ thống điện – điện tử khác, làm cho các thiết
bị hoạt động không đúng theo yêu cầu và dễ bị hỏng hóc. Nhiễu EMI có thể
lan truyền theo kiểu dẫn hoặc bức xạ đƣợc minh họa nhƣ hình vẽ:

Hình 1.3 Sơ đồ mô tả các đường ghép EMI
Các nguồn nhiễu EMI trong lĩnh vực TTĐT đƣợc chia làm 2 phần
chính: Các nguồn nhiễu tự nhiên và các nguồn nhiễu công nghiệp.
1.4.1 Các nguồn nhiễu tự nhiên
Các nguồn nhiễu tự nhiên có thể là :
- Từ trƣờng mặt đất và các cơn dông từ.
- Điện trƣờng trong điều kiện thời tiết tốt.
- Hoạt động của các cơn dông và nhiễu khí quyển.
- Dòng và trƣờng đất.
- Nhiễu vũ trụ.
11

Trƣờng điện từ có nguồn gốc tự nhiên xuất hiện ở khắp nơi giữa mặt
đất và tầng điện ly (từ 0 đến 100km), trong đó phần lớn là hoạt động của các
cơn dông và chúng đƣợc xem nhƣ một nguồn bức xạ.
1.4.2 Các nguồn nhiễu công nghiệp
a. Các nguồn nhiễu vô tuyến điện
Tất cả các thiết bị điện hoặc điện tử tồn tại các cấp nguồn nhiễu vô
tuyến điện khác nhau. Các thiết bị này có thể đƣợc phân loại tùy theo bản chất
của các tín hiệu vô tuyến điện mà thiết bị tạo ra và tùy theo kiểu nhiễu mà nó
sinh ra.

Các kiểu nhiễu này có thể sinh ra bởi:
- Các thông tin phát đi của máy phát vô tuyến điện.
- Các sự bức xạ hài của các thông tin phát này.
- Các tín hiệu nhiễu dẫn hoặc bức xạ của thiết bị điện hoặc điện tử.
a1. Máy phát vô tuyến điện
Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu máy phát vô tuyến điện đã
đƣợc thống kê. Đôi khi các máy phát này gây nhiễu loạn các máy thu của các
dịch vụ vô tuyến điện khác hoặc ngay cả việc làm nhiễu loạn sự vận hành của
các thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc các thiết bị bảo vệ kém đối với bức xạ
trƣờng điện từ mức cao.
a2. Các nguồn bức xạ không cố ý
- Các máy móc công nghiệp, khoa học và y tế.
- Thiết bị xử lý thông tin.
- Các hệ thống đánh lửa của các xe động cơ nổ.
- Các thiết bị điện gia dụng, các thiết bị xách tay có động cơ điện.
- Mạng điện cao áp và hạ áp.
- Hiệu ứng vòng trên các đƣờng truyền năng lƣợng.