PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRÊN MÁY BAY

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
oOo

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:
PHƢƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
TRÊN MÁY BAY




Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. TĂNG TẤN CHIẾN
Học viên thực hiện : Bạch Ngọc Vinh
Khóa : K25 KTĐT 2012-2014







Đà Nẵng, tháng 11 / 2013





MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ……………………

1.1 Giới thiệu chương
1.2 Nguyên lý cơ sở của tương thích điện từ
1.2.1 Khái niệm về tương thích điện từ
1.2.2 Mô hình cơ bản của TTĐT
1.2.3 Các hiệu ứng nhiễu điện từ
1.2.4 Trường điện từ và các công cụ thử nghiệm đo TTĐT
1.3 Các vấn đề liên quan đến TTĐT
1.3.1 Xu hướng phát triển
1.3.2 Đường dây truyền dẫn
1.3.3 Lớp vỏ bọc
1.3.4 Kiểm tra tương thích điện từ
1.4 Mô hình tương thích điện từ
1.4.1 Mục đích của mô hình TTĐT
1.4.2 Giá trị của mô hình TTĐT
1.4.3 Các thách thức của mô hình TTĐT
1.5 Kết luận chương
CHƢƠNG 2: TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỆN TỬ HÀNG KHÔNG .
2.1 Giới thiệu chương
2.2 Phân tích các nguồn nhiễu trên máy bay
2.3 Các nguồn nhiễu điển hình
2.3.1 Sự phân bố trường tần số vô tuyến
2.3.2 Nhiễu tạo ra từ các hệ thống
2.3.3 Băng thông liên quan đến độ chọn lọc
2.3.3.1 Nhiễu băng rộng
2.3.3.2 Nhiễu băng hẹp
2.3.4 Sự bức xạ
2.3.4.1 Bức xạ từ bo mạch
2.3.4.2 Bức xạ tạo ra từ các hệ thống
2.3.4.3 Bức xạ từ dây dẫn
2.4 Cơ chế tác động nhiễu lẫn nhau

2.5 Kết luận chương
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
TRÊN MÁY BAY
3.1 Giới thiệu chương
3.2 Sơ đồ thực hiện
3.3 TDFE solver
3.3.1 Kết nối các khối ở trong framework
3.3.2 Mô tả các khối
3.3.3 Phương trình toán học
3.3.4 Xấp xỉ FEM
3.4 Các dây cong
3.4.1 Phương pháp đề xuất
3.4.2 Chiến lược xây dựng
3.5 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng
3.6 Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
TÀI LIỆU THAM KHẢO



CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
1.1 Giới thiệu chƣơng
Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát về khái niệm tương thích điện từ,
mục đích, mô hình cơ bản, các hiệu ứng nhiễu, các kiểu bức xạ cũng như ảnh hưởng của
nó đến các thiết bị điện tử trong lĩnh vực tương thích điện từ. Ngoài ra, chương này cũng
nêu ra một số vấn đề liên quan đến lĩnh vực tương thích điện từ như: các đường dây
truyền dẫn, phối hợp trở kháng, các phương pháp kiểm tra và đưa ra mô hình chung để
giải quyết các bài toán liên quan đến tương thích điện từ.

1.2 Nguyên lý cơ sở của tƣơng thích điện từ
1.2.1 Khái niệm về tƣơng thích điện từ
Tương thích điện từ (TTĐT) là một thuật ngữ chỉ rõ đặc tính của các thiết bị điện,
điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong một môi trường có sự hiện diện của
các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường chung quanh chúng tác động vào.
Để thực hiện được điều này, chúng ta phải dùng một kỹ thuật như là một phương tiện cho
phép tránh được những hiệu ứng không mong muốn mà sự nhiễu loạn trên có thể gây ra.
Lĩnh vực TTĐT cũng chỉ rõ toàn bộ các kỹ thuật dùng để xử lý các đặc tính trên.
Trong lĩnh vực TTĐT có 3 kiểu cơ sở liên quan đến việc tác động qua lại giữa các
hệ thống:
- Hiệu ứng do thiết bị này sinh ra tác động lên các thiết bị khác, hiện tượng giao
thoa bên trong của cùng một hệ thống.
- Hiệu ứng do môi trường chung quanh sinh ra tác động lên các thiết bị (Ví dụ
như các hiệu ứng của sấm sét…).
- Hiệu ứng do thiết bị sinh ra tác động lên môi trường.
Lĩnh vực TTĐT bao gồm các vấn đề sau:
- Sự phân tích các cơ cấu cho ra những hiệu ứng nhiễu.
- Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc do truyền dọc theo các đường
dây kim loại nối với các thiết bị.
- Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ thống điện, điện tử, tin học.
- Xác định các điều kiện đối với các kiểu ghép.
- Đánh giá những hậu quả thực tế của nhiễu khi thiết bị vận hành.
- Dự đoán các tình huống xảy ra nhiễu mà khi đó một số thiết bị sẽ không vận
hành theo đúng tiêu chuẩn.
- Các phương pháp lọc nhiễu tần số hoặc thời gian.
- Những phương tiện cho phép các thiết bị hoạt động không bị ảnh hưởng của
nhiễu.
- Tổng hợp các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
- Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị giới hạn có thể chấp nhận được
đối với các máy phát và máy thu.

- Hiệu chỉnh quá trình tiếp theo để thực hiện các biện pháp tiếp theo.
Những vấn đề đã giới thiệu ở trên chưa phải là đã đầy đủ vì TTĐT là một lĩnh vực
rất rộng, yêu cầu đặt ra là phương thức xử lý các hiệu ứng không mong muốn (tức là tìm
ra cách để tránh hoặc hủy bỏ nó).
Như vậy, mục đích của TTĐT là đem lại sự tương thích về hoạt động của một hệ
thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nó, các hiện tượng nhiễu loạn có thể
sinh ra hoặc bởi một phần của hệ thống thiết bị hoặc bởi nhiễu từ môi trường bên ngoài.
Ngày nay khi công nghiệp điện tử, nhất là công nghệ tích hợp vi mạch ngày càng
phát triển thì việc nghiên cứu TTĐT của của trường điện từ ngày càng trở nên bức thiết
và trở thành một lĩnh vực chuyên ngành trong việc nghiên cứu ứng dụng vào các hệ
thống điện, điện tử, tin học. Hiện nay, TTĐT còn được ứng dụng nhiều vào lĩnh vực công
nghệ tự động.
Tóm lại, TTĐT là khả năng của một hệ thống điện tử mà chức năng hoạt động của
nó trong môi trường trường điện từ không ảnh hưởng, không gây nhiễu đến các hệ thống
khác cùng hoạt động trong môi trường đó. Đó là một hệ thống điện tử phải không bị
nhiễu từ các tín hiệu bức xạ của các hệ thống khác, không gây nhiễu làm ảnh hưởng đến
hoạt động của các hệ thống khác cũng như không gây nhiễu với chính hoạt động của bản
thân nó.
1.2.2 Mô hình cơ bản của TTĐT
Mô hình cơ bản của TTĐT được minh họa ở hình 1.1:

Hình 1.1 Mô hình cơ bản của TTĐT
Mô hình cơ bản của TTĐT gồm các thiết bị A và B cùng hoạt động trong cùng
một môi trường. Chúng ta không mong muốn A gây nhiễu cho B và ngược lại, đồng thời
cũng không mong muốn môi trường bên ngoài tác động vào làm cho cả thiết bị A và B
hoạt động không chính xác.
Như vậy, khái niệm TTĐT là mối quan hệ giữa nguồn phát, đường dẫn và máy
thu. Chúng được mô tả như sau:

Hình 1.2 Nguồn phát – Đƣờng dẫn – Máy thu

Có 3 thành phần cơ bản trong TTĐT là nguồn phát, đường dẫn và máy thu. Nguồn
phát chính là nơi sinh ra phát xạ điện từ và sau đó được truyền đi trên đường dẫn đến máy
thu. Tại máy thu nếu mức năng lượng điện từ này đủ lớn nó sẽ làm ảnh hưởng đến hoạt
động của máy thu.
Một số đề xuất để giải quyết vấn đề TTĐT trong mô hình này:
- Khử năng lượng tại nguồn phát, tức là làm giảm tổng năng lượng được phát xạ.
- Xác định đường truyền dẫn cho bản thân thiết bị, đường dẫn này phải được
kiểm soát thông qua các dây dẫn hoặc bức xạ ra không gian.
- Xác định đặc tính của máy thu và làm cho nó có thể tăng khả năng chống nhiễu
được tốt hơn.
1.2.3 Các hiệu ứng nhiễu điện từ
Các hệ thống điện, điện tử thường chịu ảnh hưởng bởi các hiệu ứng nhiễu điện từ,
các hiệu ứng này thể hiện một cách khác nhau tùy theo bản chất của nhiễu, phần tử nhạy
cảm, ngưỡng năng lượng phá hủy, các bộ nối giữa các mạch, các kiểu ghép điện từ ở thiết
bị.
Lĩnh vực TTĐT sẽ xử lý các vấn đề trên bằng cách:
- Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu có thể gây bức xạ.
- Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ thống bị nhiễu.
- Thực hiện mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên, từ đó tìm các giải
pháp kỹ thuật bảo vệ.
Về các loại nguồn gây nhiễu và các ngưỡng năng lượng phá hủy của các linh kiện
trong lĩnh vực TTĐT sẽ được trình bày cụ thể ở chương 2. Cần phải đưa ra các phương
pháp và công cụ thử nghiệm để nghiên cứu các chế độ hoạt động của mạch điện tử, tiến
hành đo các bức xạ khi chúng được đặt trong môi trường trường điện từ. Tuy nhiên, sự
khó khăn của việc phân tích này là do sự phức tạp của mạng kết nối, mạch gồm nhiều
tầng và chứa nhiều các thành phần không tuyến tính. Maxwell chính là một trong những
công cụ toán học hữu ích nhất để thực hiện việc mô phỏng vấn đề này.
1.2.4 Trƣờng điện từ và các công cụ thử nghiệm đo TTĐT
Việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến trường điện từ như bức xạ của anten, sự
truyền sóng, sự nhiễu xạ bởi các chướng ngại vật… là việc tập trung nghiên cứu giải các

phương trình của hệ phương trình Maxwell gồm 4 phương trình sau [1]:
0
d
td
D
rotH J
t
B
rotE
t
divB
divD





















(1.1)
Trong đó:
.BH


,
.DE


,
.
d
JE


(1.2)
Để giải các phương trình mô tả những vấn đề phức tạp nêu trên, chúng ta có thể áp
dụng một trong các phương pháp phân tích như: Phần tử hữu hạn (FE: Finite Element),
sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD: Finite Difference Time Domain), ma trận
đường truyền (TLM: Transmission Line Matrix)… Việc áp dụng các phương pháp này để
tính toán tác động qua lại của trường điện từ với những đối tượng có hình thể bất kỳ đã
trở thành một trong những đề tài rất được quan tâm trong những năm gần đây.
Trong giai đoạn hiện nay trên thế giới đã xuất hiện một số công cụ hoặc các
phương tiện để đo nhiễu điện từ phát ra bởi các linh kiện điện tử. Ứng với mỗi công cụ sẽ
có một phương pháp đo riêng. Các phương pháp đo TTĐT bao gồm:
- Đo bức xạ điện từ bằng tế bào TEM.
- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ trường.
- Đo dòng cao tần trên masse (GND) và đo nhiễu điện từ dẫn trên ngõ vào/ra của

IC bằng đầu dò.
- Đo nhiễu điện từ dẫn bằng lồng Faraday.
- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ tính mạch in ba lớp.
1.3 Các vấn đề liên quan đến TTĐT
1.3.1 Xu hƣớng phát triển
Để đáp ứng các nhu cầu về phát triển công nghệ thì trong những năm gần đây, các
mạch tích hợp cũng như các hệ thống tự động đã phát triển một cách nhanh chóng. Các
loại mạch tích hợp Si lần lượt ra đời: MSI, LSI, VLSI, ULSI. Tuy nhiên, so với các mạch
tích hợp Si trên thì các mạch tích hợp GaAs loại VHSI còn phức tạp hơn nhiều bởi mật
độ tích hợp và tốc độ chuyển mạch ngày càng tăng. Các hệ thống điện tử ngày nay được
tích hợp bằng những vi mạch với tốc độ rất cao, nhiều chức năng, nhiều module và các
thiết bị chuyển mạch. Những thiết bị điện tử này làm tăng thêm nhiều hơn nữa các chức
năng điều khiển hệ thống. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng là việc lắp ráp và tích hợp các
thành phần sao cho việc bức xạ năng lượng không ảnh hưởng đến các nguồn năng lượng
bên ngoài. Đây là kết quả không dự đoán trước được trong các hệ thống này.
Để giải quyết TTĐT trong các hệ thống tự động thì người ta phải đưa ra các tiêu
chuẩn để đánh giá hệ thống đó. Ví dụ, ở Châu Âu và Canada thì yêu cầu về độ bức xạ
năng lượng; ở Mỹ thì người ta lại đưa ra bức xạ năng lượng phải theo nguyên tắc của
FCC. Tuy nhiên, chung quy lại đòi hỏi các thiết bị đó phải có khả năng miễn nhiễm từ
các bức xạ khác. Đồng thời, nếu bản thân thiết bị đó sinh ra bức xạ thì năng lượng bức xạ
đó phải nhỏ hơn ngưỡng cho phép được đề cập trong các tiêu chuẩn đánh giá về TTĐT.
1.3.2 Đƣờng dây truyền dẫn
Đường dây truyền dẫn được sử dụng để truyền năng lượng từ máy phát đến anten.
Có rất nhiều loại dây truyền dẫn và chúng ta chỉ thảo luận về những loại dây đặc trưng
nhất. Tất cả chúng đều có những chức năng và đặc tính tương tự nhau. Tuy nhiên, cấu
trúc và yêu cầu của mỗi loại là khác nhau.

Hình 1.3 Đƣờng dây truyền dẫn kết nối từ máy phát đến anten
Có 2 loại đường dây truyền dẫn chính là dây trần và dây đồng trục:
- Dây trần có dạng giống hình cái thang với phần dây dẫn có vị trí đối diện với

dây khác và bộ phận cách điện nằm giữa chúng. Ưu điểm của loại này là việc
kết nối được thực hiện dễ dàng, không cần phải có các kết nối đặc biệt nào, giá
thành rẻ và độ suy hao thấp. Tuy nhiên, nó có hạn chế là khả năng chống nhiễu
thấp, không ngăn chặn được năng lượng bức xạ từ các đường dây truyền dẫn
khác.
- Cáp đồng trục thì khắc phục được một số nhược điểm trên, tuy nhiên giá thành
lại cao và yêu cầu cần phải có các kết nối đặc biệt bao gồm các kết nối hình trụ
được bó chặt vào cáp đồng trục để nó có thể kết hợp được với các kết nối khác.
Một hạn chế nữa đó là suy hao cao nên làm giảm công suất từ máy phát đến
anten cũng như từ anten đến máy thu. Cáp đồng trục có một lớp vỏ cách điện
với các nguồn bên ngoài để tránh các bức xạ từ bản thân nó ra bên ngoài, trong
khi dây trần có cấu trúc đơn giản gồm 2 dây dẫn nằm hai bên của lớp cách
điện. Điều này cho thấy tại sao dây trần lại không cho hiệu quả chống nhiễu tốt
như cáp đồng trục.

Hình 1.4 Dây truyền dẫn loại dây trần


Hình 1.5 Dây truyền dẫn loại cáp đồng trục
Việc sử dụng các đường dây truyền dẫn là phương pháp cơ bản để truyền năng
lượng từ máy phát đến anten, bộ chuyển đổi hay các loại tải khác. Một trong những vấn
đề quan tâm là phối hợp trở kháng từ các đường dây dẫn đến tải. Khi thực hiện được phối
hợp trở kháng giữa điện trở tải và điện trở nguồn thì công suất truyền đi sẽ đạt giá trị cực
đại.

Hình 1.6 Truyền năng lƣợng từ máy phát đến anten thông qua dây dẫn
Năng lượng truyền đạt cực đại khi Z
a
= Z
c

và khi đó công suất phản xạ bằng 0.
Nhưng trong thực tế, luôn luôn có một lượng năng lượng sẽ bị phản xạ lại. Công thức
tính hệ số phản xạ

như sau [3]:
ac
ac
ZZ
ZZ



(1.3)
Khi hệ số phản xạ quá lớn có thể phá hủy các thiết bị kiểm tra thực tế hoặc ít ra
cũng làm cho các kết quả bị sai lệch.
Trở kháng đặc tính của đường dây truyền dẫn không đơn thuần chỉ là một điện trở
mà là một quan hệ phức tạp giữa điện kháng của các thành phần và tần số của tín hiệu
RF. Một thành phần khác là tốc độ truyền của tín hiệu dọc theo đường dây. Trong không
khí tốc độ truyền bằng tốc độ ánh sáng trong chân không, nhưng trong dây thì tốc độ
truyền chỉ là một phần của tốc độ ánh sáng. Tốc độ truyền thông thường chiếm khoảng
60% đến 80% tốc độ ánh sáng. Trở kháng đặc tính của các đường dây thông thường cũng
khoảng từ 50Ω đến 100Ω đối với cáp đồng trục và khoảng 300Ω đối với loại dây trần hay
dây xoắn đôi.
Việc chọn loại cáp nào cũng rất quan trọng, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như
hệ số suy hao, kích thước vật lý, trở kháng… của mỗi loại cáp. Thông thường khi làm
việc theo chuẩn TTĐT thì trở kháng của cáp từ 50Ω đến 75Ω.
1.3.3 Lớp vỏ bọc
Lớp vỏ bọc trong lĩnh vực TTĐT có hai chức năng chính:
- Giữ phát xạ ở bên trong lớp vỏ.
- Giữ các nguồn năng lượng bên ngoài ở ngoài lớp vỏ.

Vai trò của lớp vỏ bọc là cách ly trường điện từ khỏi các thành phần đang hoạt
động. Lớp vỏ bọc được dùng để chống lại cả điện trường lẫn từ trường. Thông số đặc
trưng cho hiệu quả của lớp vỏ bọc là SE (Shielding Effectiveness). SE được tính bằng tỷ
số giữa cường độ trường ở bên này của lớp vỏ và cường độ trường ở bên kia lớp vỏ bọc.
Các loại vỏ tốt thông thường phải có SE 100dB.
Tuy nhiên khó khăn trong việc để đạt được SE cao, nhất là về tần số cao, lớp vỏ
bọc phải không có bất kỳ một khuyết tật nào (như không có lỗ trống, khe hở…). Nếu lớp
vỏ bọc xuất hiện các khe hở thì hiệu quả bọc chắn sẽ giảm đi rất đáng kể.
1.3.4 Kiểm tra tƣơng thích điện từ
1.3.4.1 Các quy tắc về TTĐT
Các vấn đề TTĐT thông thường có thể gồm sự kết hợp giữa các quy tắc như sự kết
hợp của các tần số, kích thước của các thành phần, việc lắp ráp các bộ phận lại với
nhau…
TTĐT được chia thành 3 nguyên tắc dựa trên kỹ thuật kết nối:
- Đường dẫn bức xạ
- Đường dẫn thiết bị dẫn
- Sự kết hợp của 2 kỹ thuật trên
Trong mỗi kỹ thuật bức xạ hay thiết bị dẫn thì được chia thành 2 quy tắc nhỏ nữa
là sự phát xạ và sự miễn nhiễm. Ta có sơ đồ sau:

Hình 1.7 Các nguyên tắc TTĐT
Như vậy hiện tượng bức xạ chia làm hai loại:
- Bức xạ phát xạ (RE): liên quan đến cơ chế sinh ra các năng lượng bức xạ điện
từ không mong muốn vào môi trường chung quanh gây ảnh hưởng 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 tượng dẫn cũng được chia làm hai loại:
- Dẫn phát xạ (CE): liên quan đến cơ chế các năng lượng điện từ được tạo ra từ
các mạch điện tử ảnh hưởng 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.
- 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 tượng bức xạ và hiện tượng dẫn. Hình 1.8
cho ta hình dung một cách cụ thể các quy tắc trên:

Hình 1.8 Các nguyên tắc TTĐT: (a) bức xạ phát xạ, (b) bức xạ miễn nhiễm, (c) dẫn
phát xạ, (d) dẫn miễn nhiễm
1.3.4.2 Các thiết bị đo TTĐT
Đa số các tín hiệu RF được tạo ra từ các thiết bị có trở kháng nguồn khoảng 50Ω.
Và hầu hết các thiết bị đo TTĐT đều có trở kháng đầu vào là 50Ω. Cũng có một vài
trường hợp ngoại lệ: các máy đo điện áp và máy hiển thị dạng sóng có thể có trở kháng
cao hơn. Sở dĩ trở kháng bằng 50Ω chung cho các thiết bị kiểm tra là do có sự phối hợp
trở kháng của phần lớn các cáp đồng trục được sử dụng hầu hết trong các phòng thí
nghiệm. Có thể sử dụng trở kháng cao hơn 50Ω khi gặp trường hợp phức tạp. Việc đo sẽ
phụ thuộc vào tần số, dựa trên việc phối hợp không đối xứng của cáp, nguồn và trở kháng
tải.
1.3.4.3 Bộ khuếch đại công suất
Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống
kiểm tra sự miễn nhiễm RF. Bộ khuếch đại này được dùng trong kiểm tra bức xạ sử dụng
anten hay các tế bào TEM và kiểm tra dây dẫn sử dụng máy dò phun dòng điện hoặc các
mạng nhân tạo.
Yêu cầu về khuếch đại công suất phụ thuộc vào:
- Độ lợi anten và khoảng cách kiểm tra dự định trong phòng kiểm tra.
- Đối với việc kiểm tra dây dẫn, sử dụng các hệ số của các bộ chuyển đổi khác.
1.3.4.4 Thiết bị kiểm tra và thiết bị giám sát
Thiết bị kiểm tra được thiết kế cơ bản để định lượng các hệ thống anten và có
những đặc điểm sau:
- Máy phát tín hiệu RF phải ở dải tần từ LF đến VHF và cả UHF.

- Bộ đếm tần số.
- Máy đo điện cảm.
- Máy đo điện dung.
EUT giám sát có thể là loại số, tương tự hoặc giám sát bus thông tin, chẳng hạn
như các đường link audio hoặc video. Chúng thường được kết nối đến cổng điều khiển
hoạt động thông qua cáp sợi quang mà không làm ảnh hưởng đến trường gần EUT. Cáp
sợi quang có thể xuyên qua hàng rào bảo vệ thông qua các ống dẫn có đường kính được
xác định bởi tần số cao nhất được sử dụng trong các hốc kiểm tra và có chiều dài được
lựa chọn để cung cấp mức suy hao tối thiểu có thể.
1.3.4.5 Quy trình kiểm tra
Các bước chính trong quá trình kiểm tra như sau:
- Mô tả kỹ lưỡng 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 hưởng 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.
1.4 Mô hình tƣơng thích điện từ
1.4.1 Mục đích của mô hình TTĐT
Hai vấn đề quan trọng khi thiết kế một thiết bị điện tử là độ nhạy cảm điện từ hoặc
tính miễn nhiễm điện từ (tức là tính ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ) và mức độ gây
nhiễu của nó. Do số lượng lớn và tính phức tạp của các thông số trong hệ thống điện tử
đã gây nên các hiện tượng nhiễu điện từ bức xạ và nhiễu điện từ dẫn. Việc nghiên cứu,
phân tích, đánh giá các hiện tượng trên là vấn đề vô cùng phức tạp. Chính vì vậy, cũng
như các lĩnh vực kỹ thuật khác, người ta cũng đưa ra mô hình trong TTĐT nhằm triển
khai được các bước chính trong quá trình sản xuất. Đồng thời, từ việc định nghĩa một mô
hình dựa trên các thành phần nhỏ thì có thể nâng cấp các thành phần này thành những hệ

thống phức tạp hơn.
Mục đích của mô hình TTĐT là lấy dữ liệu mức thành phần và sử dụng dữ liệu
này để làm tăng độ chính xác của việc phân tích mức hệ thống, cụ thể là:
- Sử dụng mô hình để tạo nên một chức năng chuyển đổi từ các thông tin mức
thành phần, sau đó dùng chức năng chuyển đổi này ở mức hệ thống.
- Sử dụng mô hình để triển khai kiến thức về trở kháng của hệ thống.
- Mô hình hóa các đường dẫn của dòng điện (kiểu vi sai hay chung).
1.4.2 Giá trị của mô hình TTĐT
Thực hiện kiểm tra TTĐT là vấn đề tốn kém rất nhiều thời gian và chi phí. Phương
pháp số học và phân tích hợp lý sẽ trở thành một phương pháp quan trọng để xác định
ảnh hưởng của các trường bên ngoài đến các hệ thống điện tử bên trong hệ thống hoặc có
thể dự đoán được các bức xạ đó tăng lên như thế nào. Chính vì vậy, mô hình TTĐT thích
hợp có thể làm giảm thời gian sản xuất và độ chính xác của mô hình có thể cho phép thực
hiện kế hoạch bố trí các thành phần và cáp. Nếu quá trình phân tích được đưa ra sớm ở
phần thiết kế thì khi bố trí sẽ thuận tiện hơn, thay đổi để cải thiện khả năng miễn nhiễm
được tốt hơn mà không làm tăng chi phí. Đồng thời, quá trình mô phỏng và kiểm tra sớm
hơn cũng làm giảm đáng kể thời gian để kiểm tra sản phẩm cuối cùng. Mô hình cũng
được sử dụng để nghiên cứu sự mắc nối giữa các nguồn bên ngoài và bên trong. Ảnh
hưởng của các máy phát vô tuyến xách tay, điện thoại di động, GPS… có thể là những
nguồn đáng kể ở bên ngoài hệ thống.
1.4.3 Các thách thức của mô hình TTĐT
Về bố trí mạch in, việc nhận dạng các thiết kế mạch và bố trí mạch rất quan trọng
vì:
- Phải hiểu được các đặc tính can nhiễu của các đường mạch in và việc ghép nối
phù hợp.
- Cần phải định nghĩa các cấu trúc thành phần cũng như hệ thống khác mà hoạt
động của nó có thể bị ảnh hưởng bởi các nguồn năng lượng bên ngoài.
Bên cạnh đó, để hiểu được chính xác tính chất vật lý của mạch điện và các hệ
thống thì cần phải triển khai các công cụ số học chính xác nhằm định nghĩa các đường
kết nối năng lượng sao cho:

- Hiểu được các đường dẫn.
- Xác định số lượng đường dẫn.
- Nhận dạng các hoạt động một cách chính xác để tối thiểu hóa sự can nhiễu.
Ngoài ra, một thách thức nữa đối với mô hình TTĐT là các loại dây dẫn và cáp
được sử dụng, chúng phải được bọc như thế nào và cấu trúc của chúng ra sao…Những
vấn đề về cấu trúc thành phần hay cấu trúc hệ thống cũng được xem xét trong mô hình
TTĐT và nó thật sự là một nhiệm vụ phức tạp.
1.5 Kết luận chƣơng
Qua chương này chúng ta hiểu được một cách tổng quát khái niệm về TTĐT cũng
như các vấn đề liên quan đến TTĐT. Do cùng hoạt động chung trong một môi trường với
sự có mặt của rất nhiều hệ thống, thiết bị điện tử nên chúng sinh ra các bức xạ gây ảnh
hưởng lẫn nhau. Sự tác động này nếu vượt quá ngưỡng cho phép thì sẽ khiến các hệ
thống, thiết bị điện tử hoạt động không đúng như yêu cầu cũng như rất dễ bị hỏng hóc.
Chính vì vậy nhiệm vụ của ngành TTĐT là đưa ra các biện pháp để giải quyết vấn đề
trên.
Làm thế nào để các hệ thống trên đạt được hiệu suất cao nhất nhưng mức độ ảnh
hưởng của nó đến các thiết bị, hệ thống khác là thấp nhất. Rõ ràng vấn đề này là hết sức
phức tạp và khó khăn do các tác động giữa các thiết bị, hệ thống này ta không thể lường
trước được. Cụ thể về các nguồn nhiễu trong lĩnh vực TTĐT sẽ được trình bày ở chương
sau.




CHƢƠNG 2
TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỆN TỬ
HÀNG KHÔNG
2.1 Giới thiệu chƣơng
Ở chương này, ta sẽ tiến hành phân tích các nguồn nhiễu trong lĩnh vực TTĐT
trong ngành điện tử hàng không; các loại nhiễu, đặc tính, hiệu ứng nhiễu cũng như mức

ảnh hưởng của nó đến các thiết bị điện tử trên máy bay. Đồng thời nêu ra một số nguồn
gây nhiễu điển hình trong trong lĩnh vực này. Bên cạnh đó, chương này cũng trình bày về
các tác động qua lại giữa các hệ thống điện tử hàng không thông qua các kiểu ghép nối
giữa chúng, nguồn gốc và bản chất của các loại nhiễu… để từ đó có những phương pháp
nghiên cứu đưa ra các cách thức bảo vệ .
2.2 Phân tích các nguồn nhiễu trên máy bay:
Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử nên các loại nguồn giao thoa điện
từ (EMI) cũng tăng lên, ảnh hưởng của EMI ngày càng đa dạng và phức tạp. Những hiệu
ứng này đe dọa đến sức khỏe và sự an toàn của con người, 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 được minh họa như
hình vẽ:

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả các đƣờng ghép EMI
Nguồn sinh ra nhiễu điện từ trên máy bay có thể ở các dạng như sau:
1) Các bộ phát tần số vô tuyến ở trên máy bay như các đường truyền kết nối cao tần
(HF) hoặc siêu cao tần (VHF) hoặc nguồn năng lượng cao đặt trên mặt đất như
máy radio hay các trạm quảng bá HF-VHF-UHF.
2) Đường công suất máy bay 400Hhz, điện trường và từ trường.
3) Máy tính và các bộ vi xử lý trên máy bay dùng để định thời và điều khiển xung
đồng hồ của tín hiệu sẽ sinh ra các tần số vô tuyến 1Mhz hoặc cao hơn.
4) Các bộ chuyển mạch công suất trên máy bay được dùng để chuyển năng lượng từ
mức này sang mức khác.
5) Các chuyển mạch điện dùng để bật, tắt đèn, quạt và động cơ của máy bay hoặc
điều khiển bề mặt, cửa nhỏ, cửa chớp và nắp của máy bay.
6) Sự phóng tĩnh điện kể cả đèn.
7) Các yếu tố liên quan đến thời tiết
2.3.1. Nhiễu do môi trƣờng phát xạ:
Phổ của dãy tần số vô tuyến có thể đi xuyên qua máy bay và đi vào trong tấn công
các thiết bị mạch tích hợp có thể phân chia thành 3 loại cơ bản:

- Tần số thấp dưới 1 MHz với nhiễu tần số thường nhỏ hơn mức quan tâm
- Vùng tần số cao và rất cao, 1 tới 300 MHz với trường tần số vô tuyến cần có sự
quan tâm cao và bọc chắn máy bay hoạt động như một anten hiệu quả.
- Dãy tần số cao hơn 300MHz nơi mà điện áp trên dây dẫn giảm nhanh vì sự tăng
tần số và dễ dàng điều khiển.

2.3.1 Bức xạ tạo ra từ các hệ thống
Các hệ thống tự động có thể là nguồn của nhiễu bức xạ làm ảnh hưởng đến các
linh kiện điện tử trong cùng một thiết bị, gây nhiễu với các hệ thống điện tử gần đó hoặc
với các thiết bị khác như tivi, radio… Các thiết bị điện tử chủ động tạo ra các nhiễu bức
xạ trong suốt quá trình hoạt động của nó như: các phần tử chuyển mạch, các cổng logic,
các tín hiệu điều khiển… Thậm chí ngay cả các thành phần không phải là linh kiện bán
dẫn như các chuyển mạch cơ khí, anten, rơle, các thiết bị cảm ứng điện khác cũng có thể
tạo ra nhiễu.
Công nghiệp tự động hóa phân loại nhiễu bức xạ từ các hệ thống điện và điện tử
theo 2 hướng: băng rộng (broadband) và băng hẹp (narrowband). Nhiễu băng rộng chiếm
giữ phổ tần số rộng hơn so với băng thông của các máy thu được sử dụng. Với nhiễu
băng hẹp thì có các tần số bị chiếm giữ bởi các nguồn phát xạ và các tần số khác sẽ
không bị chiếm giữ bởi nhiễu.

Hình 2.2 Nhiễu băng hẹp và nhiễu băng rộng
2.3.2 Băng thông liên quan đến độ chọn lọc
Băng thông có liên quan đến việc lựa chọn máy thu. Ví dụ về các băng thông
audio khác được sử dụng ngày nay:
- Băng thông của mạch điện audio điện thoại từ 3kHz đến 6kHz.
- Băng thông của máy thu AM thông thường từ 7kHz đến 8kHz.
- Các trạm quảng bá FM truyền âm thanh Hi-Fi (độ tin cậy cao) có băng thông lớn
từ 100kHz đến 150kHz.

Hình 2.3 Máy thu radio AM có thể chọn tín hiệu muốn thu

Hình 2.3 chỉ ra băng thông của các máy thu AM đang nhận một trong số các tín
hiệu radio AM. Có thể thấy rằng chỉ có một tín hiệu được nhận ở một thời điểm cho mỗi
tần số AM.

Hình 2.4 Việc lựa chọn không thích hợp sẽ làm cho các
tín hiệu liền kề gây nhiễu với tín hiệu muốn thu
Hình 2.4 cho thấy rằng nếu băng thông của các máy thu rộng thì các tín hiệu sẽ
dày đặc ở các tần số muốn thu, các tín hiệu liền kề cũng sẽ đi vào máy thu.
2.3.3 Nhiễu băng rộng
Nhiễu băng rộng thường xuất hiện ở các động cơ điện, nhất là các động cơ công
suất lớn. Một số vấn đề khác đối với nhiễu động cơ là năng lượng bị bức xạ từ chính bản
thân động cơ, các nhiễu dẫn điện dọc theo các dây nguồn từ nguồn đến động cơ cũng tạo
ra nhiễu phát xạ. Đây là vấn đề thường gặp trong các hệ thống tự động bởi vì các dây dẫn
thường nối với tất cả các tải đến chung một nguồn điện. Nhiễu băng rộng gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến các thiết bị điện tử khác do tính chất phổ rộng của nó.
2.3.4 Nhiễu băng hẹp
Một trong những nguồn chính bức xạ nhiễu băng hẹp trong các hệ thống tự động
là các bộ vi xử lý. Để một vi xử lý hoạt động, chúng ta cần phải có xung clock và các tín
hiệu logic, các bộ vi xử lý ngày càng được thêm vào các module tự động với số lượng
lớn. Bộ vi xử lý không chỉ là nguồn của nhiễu băng hẹp mà các mạch hoặc linh kiện khác
như transistor công suất và các transistor chuyển mạch cũng tạo ra nhiễu băng hẹp.
Các đặc tính của các nguồn nhiễu băng hẹp:
- Nhiễu băng hẹp không chỉ ảnh hưởng ở các tần số đặc biệt mà còn xuất hiện trong
các hoạt động thông thường của máy thu.
- Các máy thu có thể thực hiện được hầu hết các chức năng thông thường trong sự
có mặt của nhiễu băng hẹp.
- Nhiễu băng hẹp có thể xác định được trong quá trình thiết kế các thành phần.
2.4 Sự bức xạ
Khi thiết kế một sản phẩm theo các đặc điểm kỹ thuật thì cần phải biết được hệ
thống hay môi trường mà nó được lắp đặt, bình thường chúng ta sẽ phải tách riêng hai

mặt của sự bức xạ và tính nhạy cảm của thiết bị, thiết kế để đáp ứng với các yêu cầu tối
thiểu của mỗi mặt. Sự bức xạ được chia nhỏ thành các bức xạ phát xạ (tần số cao) từ hệ
thống và các bức xạ dây dẫn (tần số thấp) hiện diện trên các dây cáp giao tiếp và cáp
nguồn. Theo quy ước thì điểm ngăn cách giữa hai dạng bức xạ là tại tần số 30MHz. Bức
xạ phát xạ có thể chia ra thành các bức xạ mà bắt nguồn từ các dòng điện sai lệch trên các
bo mạch và các dây dẫn khác và các bức xạ từ các dòng điện kiểu chung (common-mode)
trên các bo mạch hoặc cấu trúc dây dẫn, hoặc trên các dây cáp nối các thiết bị.
2.4.1 Bức xạ phát xạ
2.4.1.1 Bức xạ từ bo mạch
Trong hầu hết các thiết bị, các nguồn gây nhiễu chủ yếu là các dòng điện chạy
trong mạch (như tín hiệu clock, video, điều khiển và các dao động khác), tất cả hầu như
đều nằm trên các bo mạch. Một lượng năng lượng nào đó sẽ bức xạ trực tiếp từ bo mạch
mang theo dòng điện gây nhiễu (hình 2.5). Cường độ điện trường ở khoảng cách 10m
(theo tiêu chuẩn Châu Âu) được xác định theo công thức [3]:
E = 263.10
-12
. f
2
. A. I
s
(V/m) (2.2)
Trong đó:
f : tần số (MHz)
A: diện tích vòng dòng điện (cm
2
)
I
s
: cường độ dòng điện trong vòng (mA)

Hình 2.5 Bức xạ từ bo mạch in
2.4.1.2 Bức xạ từ cáp
Đối với cáp, khi có dòng điện chạy qua với một tần số nào đó thì cũng bức xạ một
điện trường tương ứng. Cường độ điện trường bức xạ của cáp ở khoảng cách 10m được
xác định [3]:
E = 1.26.10
-4
. f. L. I (V/m) (2.3)
Trong đó:
f: tần số dòng điện chạy trong cáp (MHz)
L: chiều dài dây cáp (m)
I
CM
: cường độ dòng điện chạy trong cáp (mA)

Hình 2.6 Bức xạ từ cáp
2.4.2 Bức xạ từ dây dẫn
Các nguồn gây nhiễu từ bên trong các mạch điện hoặc từ nguồn cung cấp của thiết
bị được móc vòng sang cáp nguồn và dẫn đến thiết bị khác. Nguồn nhiễu này cũng có thể
móc vòng ở dạng điện cảm hoặc điện dung từ thiết bị khác sang cáp nguồn. Kết quả là
nhiễu có thể xuất hiện như chế độ sai lệch (giữa masse nguồn và masse máy hoặc giữa
các dây dẫn tín hiệu) hoặc chế độ chung (giữa masse nguồn, masse máy, tín hiệu và đất)
hoặc sự kết hợp cả hai chế độ trên. Bức xạ chế độ sai lệch có thể kết hợp với nhiễu
chuyển mạch tần số thấp từ nguồn cung cấp, trong khi bức xạ chế độ chung lại kết hợp
với các thành phần nhiễu tần số cao.