Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
II.1: Ảnh hưởng của nhiễu sóng điện từ

II.1: Ảnh hưởng của nhiễu sóng điện từ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



II.1.1.2: Đặc điểm sóng điện từ:





Lan truyền được trong các mơi trường rắn, lỏng, khí và chân khơng. Là sóng duy

nhất lan truyền được trong chân khơng.







Sóng điện từ là sóng ngang nghĩa là nó là sự lan truyền của các dao động liên

quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ

trường) của các phần tử mà hướng dao động vng góc với hướng lan truyền

sóng.







Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân khơng là lớn nhất và bằng

c=3.108 m/s.







Luôn tạo thành một tam diện thuận.







Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm ln ln đồng pha với

nhau.







Sóng điện từ cũng có các tính chất của sóng cơ như: Phản xạ, khúc xạ, giao thoa.

Và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,...







Sóng điện từ mang năng lượng. Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ

là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như

vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.







Phổ sóng rộng.







Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin

liên lạc được gọi là sóng vơ tuyến.



II.1.1.3: Ngun tắc truyền thơng tin bằng sóng điện từ:





Biến điệu âm thanh hay hình ảnh muốn truyền đi thành dao động điện (tín hiệu

âm tần).

AM: Biến điệu biên độ.

FM: Biến điệu tần số.



14



Nghiên cứu khoa học







Dùng sóng ngang (sóng cao tần).







Tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần.







GVHD: ThS. Tơ Anh Dũng



Khuếch đại tín hiệu khi tín hiệu được thu có cường độ nhỏ.

Mạch LC là mạch dao động kín: Điện từ trường hầu như khơng bức xạ ra bên



ngồi vì thế khơng phát sóng điện từ.

Mạch dao động hở: Khi bán cực của tụ bị lệch làm cho vùng khơng gian có điện

từ trường biến thiên mở rộng khiến có sóng điện từ phát ra.

II.1.2: Nhiễu điện từ

II.1.2.1: Nhiễu điện từ là gì?

Nhiễu sóng điện từ hay EMI (ElectroMagnetic Interference) từ là m ột xáo

trộn để một mạch điện do điện từ dẫn hoặc bức xạ phát ra từ ngu ồn bên ngoài.

Biểu hiện dễ nhận thấy nhất của nhiễu sóng điện từ trên cáp mạng là tín hiệu

mạng rất chậm, chập chờn hoặc đôi khi mất kết nối tạm thời .

II.1.3: Nguyên nhân gây ra nhiễu sóng điện từ

Bức xạ - nguyên nhân là do cảm ứng.

Nguồn EMI trải qua các dòng điện thay đổi nhanh chóng và có th ể là tự

nhiên như sét, ánh sáng mặt trời hoặc do con người tạo ra nh ư tắt ho ặc b ật các

tải điện nặng như động cơ, thang máy, v.v. EMI có thể làm gián đoạn, c ản tr ở

hoặc gây ra một thiết bị để thực hiện dưới mức hoặc thậm chí duy trì thiệt hại.

Theo cách nói thiên văn vô tuyến, EMI được gọi là nhiễu tần s ố vơ tuy ến (RFI) và

là tín hiệu trong dải tần quan sát phát ra từ các ngu ồn khác ngoài chính các

nguồn thiên thể. Trong thiên văn vơ tuyến, mức RFI lớn hơn nhiều so v ới tín

hiệu dự định, là một trở ngại lớn.

Ví Dụ:



Các thiết bị kích sóng di động và nhân dạng vơ tuy ến có th ể gay ra nhi ễu

sóng di động.



15



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng







Máy hàn hoặc máy trộn / máy xay nhà bếp tạo ra ti ếng ồn không mong







muốn trên radio.

Trong các chuyến bay, đặc biệt là khi cất cánh hoặc h ạ cánh, chúng ta đ ược

yêu cầu tắt điện thoại di động vì EMI từ điện thoại di động đang hoạt động

gây nhiễu tín hiệu điều hướng.



II.1.4: Tổng quan về tương thích điện từ

Tương thích điện từ (TTĐT) là là thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thi ết

bị điện, điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong mơi trường có s ự

hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhi ễu từ môi trường xung

quanh chúng tác động vào. Để thực hiện được điều này, ta phải dùng những kỹ

thuật để tránh những hiệu ứng không mong muốn mà nhiễu có th ể gây ra.

Nghiên cứu về tương thích điện từ là tìm các bi ện pháp kỹ thu ật dùng đ ể x ử lý

các đặc tính trên.

Tương thích điện từ được hiểu là:





Khơng được gây ra nhiễu vượt quá mức độ cho phép đối v ới s ự ho ạt đ ộng

bình thường của thiết bị vơ tuyến điện tử khác.







Bản thân thiết bị đó phải làm việc bình thường khi các ngu ồn tín hi ệu

khác đã làm việc.



Có thể định nghĩa 3 kiểu tác động qua lại giữa các hệ thống:





Hiệu ứng do thiết bị này sinh ra tác động lên thiết bị khác, hi ện tượng giao

thoa bên trong cùng một hệ thống.







Hiệu ứng do môi trường xung quanh sinh ra tác động lên thiết bị.







Hiệu ứng do thiết bị sinh ra tác động lên môi trường.



Lĩnh vực TTĐT bao gồm những vấn đề sau:





Phân tích cơ học cho ra những hiệu ứng nhiễu.



16



Nghiên cứu khoa học







GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc truyền dọc theo các

đường dây kim loại nối với các thiết bị.







Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ th ống đi ện, đi ện 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 những tình huống xảy ra nhiễu, trong đó một số thiết bị sẽ không

vận hành đúng theo chuẩn.







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 những thiết bị dễ bị ảnh hưởng của nhiễu.







Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị gi ới hạn có th ể ch ấp nh ận

được đối với máy phát và máy thu.

Như vậy mục đích của TTĐT là mang lại sự tương thích v ề ho ạt đ ộng của



một hệ thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nó cũng như các

hiện tượng nhiễu loạn có thể sinh ra từ hệ thống, một phần của h ệ th ống ho ặc

bởi từ các nguồn bên ngồi.

Từ đó đưa ra cách xử lý vấn đề:





Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu có thể gây ra bức

xạ.







Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ th ống bị nhiễu.







Mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên và tìm các giải pháp kỹ thu ật

bảo vệ.



17



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



II.1.5: Các thành phần cơ bản của nhiễu điện từ

Thành phần cơ bản của nhiễu điện từ chính là dòng chuy ển dời của các

hạt electron. Khi thiết bị hoạt động tại vùng tần s ố thấp, đi ện trường và từ

trường ít tương tác với nhau, gần như hoạt động độc lập. Tuy nhiên, với đi ều

kiện hoạt động tần số cao, trường tương tác điện từ lại gây ra nhi ều v ấn đ ề

quan trọng.

Điện trường tỉ lệ thuận với điện áp trong hệ thống điện, vì vậy đi ện

trường sẽ gây ra EMI tại những khu vực lân cận vùng điện áp cao. Thông th ường

nhiễu EMI cao nhất gây ra bởi điện trường xuất hiện tại vùng ngu ồn c ấp, cable

và các connector đấu nối.

Từ trường tỉ lệ thuận với dòng điện trong mạch, có khả năng gây ra nhi ễu

EMI thường xuyên hơn so với ảnh hưởng của từ trường. Ảnh hưởng của từ

trường càng rõ ràng hơn khi dòng điện qua các dây dẫn lớn.

Với các mạch tần số cao, điện trường kết hợp với từ trường tạo thành

trường điện từ, bức xạ ra không gian với vân tốc ánh sáng. Các ngu ồn ph ổ bi ến

có thể liệt kê như radar, đài phát thanh, đài truyền hình, sóng di đ ộng, WLAN,

Bluetooth. Các anten trong các ứng dụng này là ngu ồn gây ra cũng đ ồng th ời là

nguồn thu nhiễu điện từ. Đặc biệt, các dây dẫn trong mạch đi ện tử cũng đóng

vai trò tương từ góp phần gia tăng trường nhiễu.

II.1.6: Mơ hình hóa nhiễu điện từ

Mơ hình sau đây trình bày mơ hình nhiễu EMI đơn giản nhất:

Nguồn gây

nhiễu





Thiết bị

kết nối



Đối tượng

bị nhiễu



thành

EMIồn phát, ngu ồn nguy

Nguồn gây nhiễu ( hay Hình

đối II-2:

tượngCác

sinh

nhiphần

ễu, ngu

hiểm) : như tên gọi của nó đây chính là ngu ồn phát sinh ra đi ện t ừ tr ường ,

có khả năng tác động lên các đối tượng khác, gây ra nhi ễu cho các đ ối tượng

khác khi hoạt động.



18



Nghiên cứu khoa học







GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



Đối tượng bị nhiễu (hay đối tượng thu nhiễu, nguồn thu, nạn nhân bị tác

động): đây là đối tượng, thành phần thu nhận hay có ch ịu s ự tác đ ộng, giao

thoa với điện từ trường phát ra từ nguồn gây nhiễu.







Thiết bị kết nối ( phương thức liên kết, truyền dẫn ): đây là đ ường truy ền

tín hiệu điện từ trường từ nguồn gây nhiễu sang đối tượng bị nhiễu.







Từ mơ hình này thấy rằng để ngăn chặn các ảnh hưởng, giao thoa đi ện từ

trường không mong muốn chúng ta có thể hiện theo những cách sau:



-



Loại trừ sự phát sinh điện từ trường gây ảnh hưởng từ nguồn gây

nhiễu.



-



Cắt đứt hoặc làm giảm tính hiệu quả trong việc truy ền dẫn tín hi ệu

của đường liên kết.



-



Làm cho đối tượng bị nhiễu không ảnh hưởng bởi tín hiệu nhiễu truyền

tới.



Ví dụ về nguồn nhiễu có thể liệt kê là đường dây trên hệ thống điện, dây

dẫn trong các mạch điện tử, anten của hệ th ống truy ền thông không dây...Thi ết

bị kết nối là các terminal, connector hay các đo ạn dây d ẫn, ống d ẫn có tác d ụng

kết nối các mạch điệnvới nhau, hay thiết bị chia s ẻ dòng đi ện, đi ện áp v ới các

mạch điện khác. Cơ cấu chịu tác động có thể là bất kì thi ết b ị đi ện, đi ện t ử n ằm

trong vùng ảnh hưởng của trường nhiễu.

Các loại mơ hình nhiễu EMI được liệt kê như sau:



19

Hình II-3: Mô hình nhiễu điện từ trong mạch in



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng







EMI ghép nối trở kháng







EMI ghép nối điện dung







EMI ghép nối cảm kháng







EMI ghép nối bức xạ



Nguồn



Tần số



Ghép nối



Dải tác

động



Đích



Điện

trường



Thấp



Điện dung



Ngắn



Cable



Từ trường



Thấp



Cảm kháng



Ngắn



Cable



Điện từ

trường



Cao



Dài



Cable



Bức xạ



20



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tơ Anh Dũng



Bảng 1: Đặc tính của các loại nhiễu

Các tác động và ảnh hưởng giảm dần theo thứ tự EMI cảm kháng. EMI điện

dung và EMI trở kháng. Nhìn chung, EMI bức xạ không gây ra nhiều ảnh hưởng vù

các nhà sản xuất thiết bị không dây phải đảm bảo tuân thủ các quy định về EMC. Tuy

nhiên, trong bối cảnh có q nhiều thiết bị khơng dây được sử dụng, vấn đề EMI bức

xạ sẽ ngày càng được quan tâm đúng mức.

II.1.6.1: EMI ghép nối trở kháng



Hình II-4: Ghép nối trở kháng

Vòng 1 là mạng lưới cấp nguồn cho hệ thống, vòng 2 là đường truyền dữ

liệu của hệ thống. Tín hiệu dữ liệu của hệ th ống là u 2. Thành phần điện áp

chồng đến điện áp u2 là uc, thành phần này phụ thuộc vào trở kháng Zc = Rc + jLc.

Thông thường thành phần trở kháng này bé hơn rất nhiều so v ới tr ở kháng

nguồn Zi + ZL nên ta có:



Nếu thành phần đủ lớn thì phần điện áp chồng này sẽ ảnh hưởng tr ực ti ếp

đến tín hiệu dữ liệu u2, cụ thể thành phần ảnh hưởng sẽ tỉ lệ thuận với và đạo

hàm bậc 1 của . Ta có mơ hình đơn giản của ghép nối trở kháng như sau:

Thành phần điện trở đóng vai trò ảnh hưởng tới hệ thống không đổi, tuy

nhiên ảnh hưởng của thành phần điện cảm lại gia tăng theo tần số.



21



Hình II-5: Mô hình ghép nối trở kháng đơn giản



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



Nếu lựa chọn các thông số thực tế gồm: chiều dài đoạn dây dẫn l = 2m, tr ở



kháng Lc = 1uH/m, Rc = 1Ω, I = 1A và độ biến thiên dòng điện di/dt = 1/100

A/ns. Khi đó ta có:

Rõ ràng với tần số cao, thành phần điện áp do cảm kháng gây ra đóng vai

trò chi phối. Theo định luật Kirchhoff, thành phần này sẽ gây ảnh hưởng lên

toàn bộ mạch điện. Để giảm thiểu hiệu ứng này, hệ th ống ph ải đảm b ảo đ ộ tự

cảm càng thấp càng tốt.[ CITATION Ale04 \l 1033 ]



II.1.6.2: EMI ghép nối cảm kháng

Các dòng điện biến đổi i(t) đều gây ra từ trường B(t) gây ảnh hưởng đ ến

các vùng mạch lân cận. Sơ đồ mạch tương đương có thể được mơ tả là mạch

điện ghép nối với nhau thông qua cặp điện cảm.



Hình II-6: Ghép nối cảm kháng và mạch tương đương



22



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tơ Anh Dũng



Điện áp gây ra bởi dòng cảm ứng này sinh ra trường ảnh hưởng làm suy

yếu các trường thơng tin hữu ích khác, hoặc chồng chập làm xáo tr ộn h ệ th ống.

Độ ảnh hưởng của tín hiệu này phụ thuộc vào 3 yếu tố:

-



Cường độ dòng i2(t)



-



Khoảng cách giữa nguồn nhiễu và trường bị ảnh hưởng nhiễu



-



Tần số hoạt động của trường bị ảnh hưởng nhiễu



Tín hiệu này sẽ tác động lớn đến hệ thống khi các yếu tố sau xảy ra:

-



Dòng điện mạch ngồi quá lớn so với mức cần thiết



-



Đường đi tín hiệu khơng đồng đều trong q trình đi – về



-



Mạch điện tích hợp q gần và bao phủ trên 1 khơng gian quá rộng



-



Hoạt động trên tần số cao và thay đổi liên tục



Ghép nối cảm kháng đôi khi lại hữu ích trong trường hợp ghép các cáp

đồng trục chính xác. Các ghép nối với trở kháng thấp hoạt động trong tần s ố

cao giúp sinh ra trường chống lại ảnh hưởng của các trường nhiễu bên ngoài.

Xét mạch điện 1 line và mạch điện 2 line cho đường đi và đường về. Các từ

trường gây ra bởi chúng lần lượt là:



Với

Rõ ràng với cơng thức này thì ảnh hưởng của trường 1 line suy gi ảm theo r

và trường 2 line đi – về suy giảm nhanh theo r 2. Các trường 2 line đi – về luôn

ưu thế hơn trong lĩnh vực tương thích điện từ. Trong các mạch điện tử, người ta

thường cố gắng tạo ra sự cân bằng này.



23

Hình II-7: Suy hao trường theo khoảng cách của mạch điện 1 line và mạch điện 2

line đi – về



Nghiên cứu khoa học



GVHD: ThS. Tô Anh Dũng



II.1.6.3:



EMI ghép nối điện dung

Các điện trường thay đổi cũng sinh ra trường ảnh hưởng đến mạch điện khác.



Hình II-8: Ghép nối điện dung và mạch tương đương

Trường này sẽ lớn và tác động mạnh khi:

-



2 mạch điện quá sát nhau.



-



Chênh lệch điện áp quá lớn trong mạch.



-



Điện áp trong mạch thường xuyên thay đổi quá nhanh.



Ví dụ, khi xem xét tương tác của nguồn cấp điện và mạch đi ện m ạng LAN

chạy song song và cách nhau 10m. Nguồn cấp thuần sin 50Hz - 220V gây nhi ễu

với điện áp 10V cho hệ thống thơng tin vẫn có th ể ch ấp nhận được. Tuy nhiên



24



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

II.1: Ảnh hưởng của nhiễu sóng điện từ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×