Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ trong công nghiệp

Trao đổi về việc giao thoa sóng điện từ EMI của các thiết bị điện, điện tử Giao thoa là một khái niệm trong vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặcnhiều sóng mà tạo ra hình ảnh sóng mới..

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, việc sử dụng các thiết bị điện, điện tử ngày càng nhiều, vấn

đề giao thoa sóng điện từ ngày càng nhiều và phức tạp, để các thiết bị hoạtđộng một cách an toàn việc tìm giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng sóng điện từđến các thiết bị quan trọng

Đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ trong công nghiệp” mong muốn đưa ra các nghiên cứu về nhiễu, các giải pháp chống

nhiễu điện từ cho các thiết bị điện trong công nghiệp là cần thiết

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

- Cơ sở khoa học: Đề tài tìm hiểu các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện,điện tử, các đặc tính nhiễu theo tần số, các phương pháp chống nhiễu Đồngthời, tìm hiểu phần vẽ đồ thị trong excel để vẽ đặc tính hệ số bảo vệ sóng điện

từ cho một cấu trúc định trước Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ vớivật liệu theo tần số cho trước

- Tính thực tiễn: Đưa ra giải pháp chống nhiễu điện từ cho các thiết bịđiện điện tử hoạt động trong môi trường công nghiệp Giải pháp ứng dụnghợp chuẩn về chống nhiễu với hệ số lớn hơn 40dB (cho ứng dụng côngnghiệp) và lớn hơn 80dB (cho ứng dụng trong quốc phòng)

2 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu các nguồn gây nhiễu theo dải tần khác nhau, các phươngpháp bảo vệ nhiễu có sử dụng phần vẽ đồ thị trong excel và vẽ đặc tính bảo vệnhiễu bằng cấu trúc lựa chọn tần số

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Về lý thuyết: Nghiên cứu các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện

tử, các phương pháp bảo vệ nhiễu và tìm hiểu cách vẽ đồ thị trong excel

- Về thực nghiệm: Mô phỏng bảo vệ nhiễu bằng cấu trúc lựa chọn tần số,hoặc các cấu trúc khác

4 Nội dung nghiên cứu:

Chương 1: Tổng quan về nhiễu và các phương pháp chống nhiễu điện từ.Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tính toán hệ số bảo vệ sóng điện từ.Chương 3: Gới thiệu cách vẽ đồ thị trong Excel

Chương 4: Một vài kết quả đạt được và thảo luận

Kết luận chung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIỄU VÀ PHƯƠNG PHÁP

CHỐNG NHIỄU ĐIỆN TỪ1.1 Các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử

1.1.1 Trao đổi về việc giao thoa sóng điện từ (EMI) của các thiết bị điện, điện tử

Giao thoa là một khái niệm trong vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặcnhiều sóng mà tạo ra hình ảnh sóng mới Giao thoa là đặc tính tiêu biểu củatính chất sóng Giao thoa thông thường liên quan đến sự tương tác giữa cácsóng mà có tương quan hoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng đượctạo ra từ một nguồn hoặc do chúng có cùng tần số hoặc tần số rất gần nhau

Hình 1.1 Hiện tượng giao thoa của các sóng đến từ hai điểm

Sự giao thoa của các sóng trên thực chất tuân theo nguyên lý chồngchập sóng mà ở đây chính là sự cộng gộp của các dao động Tại mỗi điểmtrong không gian nơi có sự gặp nhau của các sóng, dao động của môi trường

sẽ chính là dao động tổng hợp của các dao động thành phần từ các sóng tớiriêng biệt, mà nói theo ngôn ngữ của vật lý sóng sẽ là tổng của các véctơsóng Nhờ sự tổng cộng dao động này mà trong không gian có thể tạo ra các

điểm có dao động được tăng cường (khi các sóng thành phần đồng pha) hoặc

bị dập tắt (khi các sóng thành phần có pha ngược nhau) tùy thuộc vào tươngquan pha giữa các sóng Điều này tạo ra một hình ảnh giao thoa khác với hìnhảnh của từng sóng thành phần, được tạo ra bởi chính tập hợp các điểm có sựgiao thoa tăng cường hoặc dập tắt Hình ảnh này sẽ là một hình ảnh ổn địnhkhi các sóng thành phần là các sóng kết hợp Trong trường hợp các sóng kếthợp, hình ảnh giao thoa là ổn định và phụ thuộc vào độ lệch pha giữa cácsóng (phụ thuộc vào sự khác biệt về đường truyền cũng như tính chất môitrường truyền sóng) - được mô tả bởi nguyên lý Huyghen

1.1.2 Hoạt động của các thiết bị điện, điện tử sinh ra sóng điện từ

Thiết bị đóng cắt thường được dùng để bảo vệ hoặc đóng cắt các thiết

bị khác Qúa trình đóng ngắt về cơ bản chỉ gây ra một số tác hại như trên Tuynhiên, nếu nó được sử dụng với các tải có tính chất khác nhau thì ảnh hưởngđến chất lượng điện sẽ khác nhau Nếu sử dụng với thiết bị mang tính trở cao

và công suất lớn, dòng điện sẽ tăng vọt lên rất cao, kết quả là sự méo dạngsóng sin với biên độ lớn Còn nếu sử dụng với các thiết bị mang tính dung,quá trình đóng điện có nhiều nguy hiểm do sự nạp tụ sẽ có dòng qua nó rấtlớn Tác dụng này gây ra sụt áp tức thời tại thời điểm chuyển mạch Bản thâncủa tụ điện tích trữ năng lượng, nên quá trình đóng điện diễn ra vào thời điểmnày, quá điện áp có thể xảy ra Tải cảm cũng là tải phổ biến trong mạng điện

điện áp tức thời lớn Vấn đề này tạo ra quá điện áp trong hệ thống điện vàbiến dạng sóng sin điện áp Các thiết bị sử dụng nguồn xung thường có tínhdung và có hồ quang lớn khi đóng điện Ngược lại, hồ quang điện sẽ ít hơnđối với thiết bị mang tính cảm Tuy nhiên, khi bắt đầu hoạt động ảnh hưởngcủa nó dễ dàng thấy được như: làm nháy đèn, nhiễu máy thu thanh, máy thuhình,… Hồ quang điện phát sinh trong quá trình ngắt điện cũng là vấn đề cầnphải xem xét Thông thường, tải trở và tải dung ít có khả năng duy trì hồquang Trong khi đó, tải cảm làm cho vấn đề hồ quang càng trở nên nghiêmtrọng hơn Sự trả năng lượng về nguồn của nó khi ngắt mạch tạo ra một dòngđiện lớn hơn dòng điện ban đầu, làm tăng cường hồ quang giữa hai tiếp điểm.Đây là trường hợp nguy hiểm nhất cần hạn chế Thông thường, đối với các tảicảm người ta sẽ mắc thêm một điện trở hoặc tụ điện hoặc một van phóng điệnsong song với tải Điều này tạo ra một mạch vòng để xả năng lượng từ trường.Tác hại của hồ quang trong quá trình ngắt mạch đối với chất lượng điện cũnggiống như quá trình đóng mạch Tuy nhiên, quá trình này làm tăng điện áp tứcthời trên lưới.

1.1.2.2 Thiết bị chuyển điện năng thành động năng

Thiết bị này có một đặc điểm riêng là sử dụng động cơ điện Các loạiđộng cơ khá phong phú như: động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ, động

cơ điện một chiều, động cơ vạn năng, … Dẫn đến nguồn điện sử dụng cũngrất đa dạng Thiết bị sử dụng điện ba pha thường có hiệu suất cao hơn thiết bị

sử dụng một pha Đặc tính làm việc của thiết bị ba pha ít bị ảnh hưởng đếnnguồn điện, do thiết bị 3 pha thường thiết kế cân bằng về tải Thiết bị 1 phalại có sự thay đổi về cấu trúc để có thể hoạt động được với điện áp 1 pha Do

đó, thường hiệu suất làm việc không cao và sinh ra sóng hài ảnh hưởng đếnnguồn điện và các thiết bị sử dụng điện khác

Đặc tính chung của thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng là códòng điện khởi động lớn và moment khởi động lớn Động cơ không đồng bộ

có dòng điện khởi động từ 5 đến 7 lần dòng điện làm việc định mức của nó.Điều này thường gây quá tải cho đường dây truyền tải, làm sụt giảm điện áptức thời trong thời gian thiết bị khởi động Thiết bị bị ảnh hưởng đầu tiên đốivới tác động của sụt áp trong quá trình khởi động, trong lúc hoạt động quá tảicủa động cơ là đèn Trong thời gian này, các loại đèn phóng điện thường bịchớp Các thiết bị điện tử sử dụng kỹ thuật số thường cũng bị ảnh hưởng nhưkhởi động lại, treo khi không sử dụng nguồn auto Các động cơ không đồng

bộ có công suất lớn, trong quá trình khởi động người ta sẽ sử dụng các giảipháp khác nhau để hạn chế dòng khởi động như sao tam giác, cuộn kháng,biến áp tự ngẫu Quá trình sụt áp sẽ được hạn chế bằng cách sử dụng tụ bù.Song song đó, tiết diện dây dẫn và công suất nguồn phát cũng được tăng lêncho phù hợp

Đối với loại động cơ vạn năng, do cần đặc tính khởi động lớn nên đượcthiết kế có sử dụng chổi than Trong quá trình hoạt động, sự tiếp xúc của chổithan và cổ góp phát sinh ra tia lửa điện Với tốc độ chuyển mạch lớn và dòngqua chổi than không nhỏ, tại đây, phát sinh ra sóng điện từ Sóng điện từ nàykhông chỉ lan truyền theo đường nguồn mà còn lan truyền qua không khí Do

đó, khi thiết bị này hoạt động, nó gây nhiễu đối với các thiết bị vô tuyến Mặtkhác, do dòng qua thiết bi không được liên tục, dạng sóng sin của dòng điệnthường bị méo dạng so với dạng sóng sin chuẩn

Đối với động cơ sử dụng điện một chiều, về bản chất, điện xoay chiềuqua các thiết bị chỉnh lưu mà chủ yếu là diode để chuyển thành điện mộtchiều Thiết bị bán dẫn thường bị giới hạn ở ngưỡng đóng/ngắt Do đó, trongquá trình chỉnh lưu, dòng điện thường không liên tục khi chuyển từ nửa chukỳ âm sang nửa chu kỳ dương và ngược lại Điều này tạo ra một nhiễu có chukỳ trong sóng hình sin Do sử dụng chổi than và cổ góp, do đó, nó cũng gây ra

sự nhiễu sóng điện từ cho các thiết bị khác Loại không sử dụng chổi than mà

nó phải tạo ra các xung điều khiển Vận tốc của động cơ thường cao nên tần

số xung cũng rất cao Năng lượng cung cấp cho động cơ lớn nên dòng điệncung cấp cho động cơ cũng lớn Điều này tạo ra tần số xung năng lượng lớn,kết quả nhiễu cao tần càng tăng cao, gây biến dạng sóng sin, phát sóng điện từ

ra bên ngoài và dẫn đến nhiễu loạn các thiết bị khác mà đặc biệt ở các thiết bị

vô tuyến viễn thông

1.1.2.3 Biến tần

Điều khiển động cơ có nhiều giải pháp khác nhau Trong đó, biến tầnđược sử dụng khá phổ biến Tuy nhiên, biến tần hoạt động theo nguyên tắcchuyển mạch nhanh của các van điện tử Tốc độ chuyển mạch của nó phụthuộc vào tần số ngõ ra mong muốn và cầu trúc của bộ chuyển mạch Tùytheo mục đích sử dụng khác nhau mà có thể sử dụng biến tần trực tiếp hoặcbiến tần gián tiếp Tuy nhiên, cả hai loại đều tạo ra một sự méo dạng sóng sin

do sự đóng ngắt dòng điện và sự dóng ngắt này không sử dụng tiếp điểm nênkhả năng phát ra nhiễu điện từ cho các thiết bị vô tuyến xung quanh rất thấp.Trong quá trình hoạt động của biến tần vẫn cần phải có xung tần số cao đểđiều khiển Do đó, xung này sẽ xâm nhập vào đường nguồn gây nhiễu cácthiết bị khác Thông thường, để hạn chế những tác hại của biến tần, người ta

sẽ mắc thêm cuộn cảm nối tiếp vào thiết bị để có thể san lấp sự không liên tục

và giảm sự méo dạng của dòng điện Đối với thành phần cao tần, một mạchlọc có tổng trở cao tần lớn được thêm vào để ngăn không cho sóng cao tầnxâm nhập ngược vào đường nguồn

1.1.2.4 Thiết bị điện tử

Ngày nay, thiết bị điện tử chiếm tỷ lệ sử dụng khá cao Do tính phổbiến của nó mà ngành điện lực cũng như các nhà sản xuất phải tìm cách giảiquyết các ảnh hưởng của nó lên mạng điện và các thiết bị xung quanh Thiết

bị điện tử là các thiết bị có sử dụng các linh kiện bán dẫn Nguồn điện cấp chocác thiết bị này là điện xoay chiều Tuy nhiên, do sử dụng linh kiện bán dẫn,

hầu hết các thiết bị này đều sử dụng các mạch chỉnh lưu để chuyển thành điệnmột chiều Loại thiết bị này được sử dụng chủ yếu cho việc điều khiển tựđộng, hỗ trợ con người và giải trí

Đánh giá tác động của thiết bị điện tử đến chất lượng điện năng có thểphân tích ở mặt sóng hài Sóng điện áp hoặc dòng điện có dạng hình sin Tuynhiên, trong quá trình truyền tải từ nguồn đến nơi tiêu thụ thường bị ảnhhưởng của nhiều yếu tố tác động Kết quả là dạng sóng không còn hình sin.Quá trình phân tích dạng sóng này cho thấy, ngoài sóng hình sin ban đầu, còngọi là sóng cơ bản, nó còn có các thành phần sóng sin khác có biên độ và tần

số khác sóng cơ bản Những thành phần này được gọi là sóng hài

* Máy thu thanh: Về nguyên tắc hoạt đông, máy thu thanh nhận sóng

điện từ của máy phát thông qua antenna Tín hiệu này có tần số cao và cường

độ rất nhỏ Nó được chọn lọc, khuếch đại, đổi tần và tách sóng để tạo thànhtín hiệu âm tần Tín hiệu âm tần được khuếch đại đến mức có thể kích thíchdao động ở loa và phát ra âm thanh Máy thu thanh hoạt động trong vùng tần

số cao và trải dài cho đến miền tần số âm tần Do đó nó dễ dàng bị nhiễu đốivới các tín hiệu điện từ phía bên ngoài nằm trong vùng hoạt động của nó Ví

dụ, sét tạo ra một sóng điện từ với cường độ lớn, nó dễ dàng xâm nhập vàomáy thu thanh thông qua quá trình cảm ứng của các linh kiện, đường dây mặc

dù có sự chọn lọc tần số Đối với đường nguồn, nếu hệ thống điện tồn tạinhiều sóng hài bậc cao, những sóng này cũng xâm nhập vào hệ thống máy thuthanh và gây ra nhiễu ở tín hiệu âm thanh phát ra ở loa Tuy nhiên, thiết bịnày cũng có ảnh hưởng ngược lại đối với hệ thống điện và gây ra sụt giảmchất lượng điện năng Đó là các dao động cao tần có trong máy thu thanh.Hiện nay, để nâng cao khả năng chọn lọc, hầu hết các máy thu thanh đều sửdụng phương pháp thu đổi tầng Điều này yêu cầu phải cần có một mạch daođộng nội Mạch dao động nội này hoạt động ở tần số cao Chính dao động này

phát ra môi trường xung quanh và gây nhiễu các thiết bị vô tuyến khác Với

sự phát triển không ngừng của kỹ thuật, các máy thu thanh hiện nay còn đượckỹ thuật số hóa với việc điều khiển bằng nút nhấn, điều khiển từ xa Trongquá trình thực hiện các chức năng điều khiển đó, bản thân nó phải tạo ra mộthoặc nhiều xung điều khiển Để đáp ứng nhanh các tác vụ điều khiển, xungđiều khiển phải hoạt động ở tần số cao Do đó, nó cũng tạo điều kiện cho việcgây nhiễu sóng điện từ đường nguồn và không gian xung quanh nó

Sự cải tiến công nghệ đã cho ra đời nhiều linh kiện điện tử với côngsuất lớn, thiết bị âm thanh nói chung và máy thu thanh nói riêng hiện nay đã

áp dụng công nghệ này Sự phát ra âm thanh với công suất lớn đã yêu cầuphải cần nhiều điện hơn Tuy nhiên, tín hiệu âm thanh không phải có cường

độ không đổi mà tăng giảm liên tục Do đó, dòng điện cũng tăng giảm liêntục Nếu công suất của nguồn không đáp ứng đủ nhu cầu điện năng, sự daođộng điện áp không theo chu kỳ sẽ xảy ra Để có thể giảm được nhiễu loạnphát sinh trong quá trình hoạt động của máy thu thanh thông thường, người ta

sẽ bao phủ toàn bộ phần cao tần của máy thu thanh bằng kim loại Điều này

sẽ ngăn không cho sóng điện từ phát ra môi trường xung quanh Một mạchlọc cao tần LC, RC được đặt nối tiếp với nguồn điện dùng để chặn sóng caotần lan truyền vào lưới Song song đó, các nhiễu loạn bậc cao cũng không thểxâm nhập vào thiết bị

Đối với việc dao động điện áp, thông thường một tụ điện có dung lượnglớn được mắc song song với mạch điện Tụ điện này có vai trò tích điện khiđiện áp dư thừa và bù thêm điện khi nhu cầu điện tăng lên

* Máy thu hình: Về bản chất, máy thu hình là thiết bị nhận và xử lý

thông tin từ máy phát thông qua sóng điện từ Máy thu hình hiện nay khá đadạng và phong phú Sự áp dụng các công nghệ hiện đại đã làm cho máy thuhình có nhiều chức năng hơn Tuy nhiên, cơ chế nhận và xử lý tín hiệu sóngđiện từ thì ít có thay đổi Tín hiệu điện từ được máy thu hình nhận thông qua

antenna Bộ phận turner có tác dụng chọn lựa đài phát trước khi tín hiệu vàomạch khuếch đại Sau đó, tín hiệu được đưa vào mạch tách sóng Tại đây, tínhiệu hình và âm thanh được tách ra khỏi tín hiệu chung Tín hiệu hình đượcđưa vào mạch điều chế trước khi xuất ra màn hình Tín hiệu âm thanh đượcđưa vào mạch khuếch đại âm tần và xuất ra loa Phần lớn các ảnh hưởng củamáy thu hình đối với chất lượng điện là nhiễu cao tần Nguyên tắc cơ bản của

nó vẫn giống như máy thu thanh Tuy nhiên, cần phải chú ý rằng, phần điềuchế và tạo hình của máy thu hình tiêu tốn rất nhiều năng lượng Đối với mànhình CRT, năng lượng để bức phá electron là rất lớn và cần điện thế cao Do

đó, nó cần phải có mạch tăng áp Cơ chế làm việc mạch tăng áp là sử dụngmáy biến áp tăng áp với tần số dao động khá cao Bộ phận lái electron sửdụng từ trường và điện trường Do đó, xung quanh màn hình CRT nói chungđều có từ trường và điện trường lớn Từ trường và điện trường này có cường

độ thay đổi theo tín hiệu hình Do đó, nó dễ dàng xâm nhập vào các thiết bị

vô tuyến khác nhất là thiết bị hoạt động ở tần số thấp và trung Đối với cácmàn hình LCD, điện năng tiêu thụ giảm đáng kể do không cần năng lượng đểbức electron Tuy nhiên, cần phải có xung đóng ngắt liên tục để làm tắt sángtừng điểm ảnh Công nghệ càng phát triển, yêu cầu tốc độ quét phải nhanh, do

đó, tần số xung ngày càng cao và càng gây ra nhiễu điện từ Tần số hoạt độngcủa máy thu hình nói chung cao hơn máy thu thanh Do đó, để tránh cao tầnxâm nhập hoặc truyền vào lưới thông qua đường nguồn, người ta sử dụngcuộn kháng cao tần để chặn

1.1.3 Sóng điện từ trong dải tần rộng

Dải tần số này đã được quốc tế ấn định từ 1GHZ đến 52GHz là khoảng

mà các suy giảm gây ra bởi các hấp thụ trong tầng khí quyển ở mức độ có thểchấp nhận được Trong dải tần này, một số tần số hay được sử dụng lại đượcsắp xếp theo các băng tần con có tên là các băng L, S, C, X, Ku, K, Ka Đây

là tên gọi được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới nhưng khôngphải là các qui định chính thức được quốc tế công nhận.

1.1.4 Phổ tần số của các thiết bị sử dụng tần số

 Phổ tần số radio hay vô tuyến truyền thanh: là thiết bị kỹ thuật

ứng dụng sự chuyển giao thông tin không dây dùng cách biến điệu sóng điện

từ có tần số thấp hơn tần số của ánh sáng, đó là sóng radio

Hình 1.2 Biểu đồ chiếu radio và sóng điện từ

Sóng dùng trong radio có tần số trong khoảng 3Hz (dải tần ELF) đến300GHz (dải tần EHF) Tuy nhiên, từ dải tần SHF đến EHF, tức là từ tần số3GHz đến 300GHz, bức xạ điện từ này thường được gọi là sóng vi ba

3MHz

30MHz

300MHz

3GHz

30GHz

3MHz

30MHz

300MHz

3GHz

30GHz

300GHz

 Phổ tần số vi ba: là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại,

nhưng ngắn hơn sóng radio

Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng

từ 30 cm (tần số 1GHz) đến 1 cm (tần số 30GHz) Tuy vậy, ranh giới giữa tiahồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là tùy ý và thay đổitrong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó

vi ba là một phần của phổ tần số cao

Phổ vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng1GHz đến 1000GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả những tần số thấphơn Những ứng dụng vi ba phổ biến nhất ở khoảng 1GHz đến 40GHz

Bảng 1.2 Phổ tần số vi ba Phổ tần số vi ba

Ký hiệu Dải tần

Băng L 1 đến 2 GHzBăng S 2 đến 4 GHzBăng C 4 đến 8 GHzBăng X 8 đến 12 GHzBăng Ku 12 đến 18 GHzBăng K 18 đến 26 GHzBăng Ka 26 đến 40 GHzBăng Q 30 đến 50 GHzBăng U 40 đến 60 GHzBăng V 50 đến 75 GHzBăng E 60 đến 90 GHzBăng W 75 đến 110 GHzBăng F 90 đến 140 GHzBăng D 110 đến 170 GHz

C D E F

6-8 GHz 8-10 GHz 10-12.4 GHz

12.4-18 GHz

18-20 GHz 20-26.5 GHz

26.5-40 GHz

C X X Ku K K Ka

H I J J J K K Phổ tần số dùng cho các ứng dụng chung:

Bảng 1.4 Phổ tần số dùng cho các ứng dụng chung

3-30 kHz 100-10 km Tần số rất thấp (VLF) Sóng siêu âm, tầu ngầm

30-300 kHz 10-1 km Tần số thấp (LF) Phát thanh cảnh báo, dẫn lái.300-3000

kHz

1000-100 m Tần số trung bình (MF) Phát sóng AM, đài phát thanh

bảo vệ biển/bờ biển

3-30 MHz 100-10 m Cao tần (HF) Điện thoại, điện báo, fax, đài

phát thanh không chuyên, tàucập bờ, truyền thông từ tàubiển tới máy bay

30-300 MHz 10-1 m Tần số rất cao (VHF) Truyền hình, phát sóng FM, kiểm

soát giao thông hàng không, cảnhsát, phát thanh di động

300-3000

MHz

100-10 cm Tần số siêu cao (UHF) Truyền hình, vệ tinh, radar,

bluetooth, mạng LAN không dây.3-30 GHz 10-1 cm Tần số siêu siêu cao

(SHF)

Radar trên không, liên kết vi

ba, truyền hình vệ tinh, thôngtin di động, wireless, …

30-300 GHz 10-1 mm Tần số vô cùng cao EHF) Radar, thử nghiệm

1.2 Phương pháp chống nhiễu

1.2.1 Bọc kim loại

 Lồng Faraday:

Với các vật dẫn điện, khi bị nhiễm điện, các điện tích lan truyền trên

toàn bộ vật thể Vì các điện tích cùng dấu đẩy nhau nên phân bố bề ngoài vật thể Bên trong không có điện tích Có thể thí nghiệm đơn giản bằng một quả

cầu rỗng Khi chạm điện kế vào bên ngoài, điện kế báo có nhiễm điện, nhưng khi chạm vào bên trong quả cầu thì không có hiện tượng gì

Hình 1.3 Lồng Faraday

Với một lồng thép, khi có sóng điện từ gây cảm ứng trên lòng thép mộtdòng điện, dòng điện này chỉ phân bố bên ngoài lồng, và bên trong không cóđiện tích Chính vì thế lồng kim loại có khả năng ngăn cản được các sóng điện

từ Điều này được áp dụng cho các dây tín hiệu, để chống nhiễu người ta bọckim loại Các thiết bị điện tử để chống nhiễu người ta làm một lồng kim loạibọc lại Đặc biệt các thiết bị nhạy cảm càng cần phải bọc kín

Vì vậy, thông thường các dây tín hiệu từ các cảm biến gửi về hộp tathường thấy có dây thứ ba không có vỏ bọc bên ngoài hai dây còn lại: dây này

là dây chống nhiễu ngăn không cho các sóng điện từ khác có thể gây nhiễulên dây tín hiệu làm sai lệch tín hiệu gửi về hộp

 Cáp đồng trục:

Cáp đồng trục là một kiểu đường truyền được sử dụng để truyền côngsuất điện tần số cao Chúng ta đã biết, công suất điện tần số cao có thể truyềntrong không gian tự do Công nghệ radio và truyền hình đặt thông tin củachúng lên công suất truyền đi, nó được gọi là điều chế Do đó, công suấttruyền đi mang thông tin hình ảnh và âm thanh

Hình 1.4 Cấu tạo của cáp đồng trục.

Cáp đồng trục được chế tạo gồm một dây đồng ở trung tâm được baobọc bởi một vật liệu cách ly là chất điện môi không dẫn điện, xung quanh chấtđiện môi được bọc bằng dây bện kim loại vừa làm dây dẫn vừa bảo vệ khỏi sựphát xạ điện từ Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc làm bằng chất không dẫn điện(thường là PVC, PE)

Cáp đồng trục có hai loại: loại nhỏ và loại to Cáp đồng trục được thiết

kế để truyền tin cho băng tần cơ bản hoặc băng tần rộng Cáp đồng trục loại todùng cho truyền tin xa, cáp đồng trục loại nhỏ dùng cho đường gần Tốc độtruyền tin qua cáp đồng trục có thể đạt tới 35Mbit/s

Ngoài ra cáp đồng trục còn chia làm hai loại: cứng và dẻo Loại cứng

có một lớp bảo vệ dày đặc, còn loại dẻo là một viền bảo vệ thường là dâyđồng Sự suy giảm và trở kháng của dung môi có ảnh hưởng quan trọng đếntính năng của cáp Dung môi có thể đặc hoặc rỗng Tận cùng của cáp là mộtđầu kết nối RF

Đặc tính của cáp đồng trục là độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồngkhác Do ít chịu ảnh hưởng của môi trường, các mạng cục bộ sử dụng cápđồng trục có thể có kích thước trong phạm vi vài ngàn mét Cáp đồng trụcthường sử dụng trong các mạng dạng đường thẳng Hai loại cáp thường được

sử dụng là cáp đồng trục mỏng và cáp đồng trục dày Cả hai loại cáp đều làmviệc ở cùng tốc độ nhưng cáp đồng trục mỏng có độ suy hao tín hiệu lớn hơn

1.2.2 Sử dụng polymer dẫn

Tiến hành tổng hợp polyaniline có thể sử dụng làm nguyên liệu lá chắncho sự kiểm soát của nhiễu điện từ (EMI) trong dải tần số vô tuyến điện và tại101GHz Các vật liệu tổng hợp tiến hành cho thấy một hiệu quả che chắntrong khoảng 20dB đến 60dB tùy thuộc vào mức nạp của các polymer dẫntrong ma trận nhiệt dẻo Các đặc tính của polymer dẫn được thực hiện bằngcách phân tích trọng lượng nhiệt bằng kỹ thuật quang phổ

Các yếu tố thúc đẩy rất nhiều công việc trên polymer dẫn là để tìmphương pháp thực hiện chế polymer trong mẫu thích hợp cho các ứng dụngcông nghệ chẳng hạn như che chắn nhiễu điện từ Những polymer hữu cơ có

độ dẫn điện tương đương với kim loại và chất bán dẫn Việc thực hiện tổnghợp polymer lần đầu tiên phát hiện bởi Shiakawa năm 1977 có độ dẫn điện

105 S/cm, trong khi đồng có độ dẫn 106 S/cm Similarty khác thực hiệnpolymer như poly-p-phenylene, poly pyrrole, poly thiophene, poly aniline vànhư vậy độ dẫn điện từ 10 S/cm đến 1000 S/cm Đã có cuộc cách mạng tronglĩnh vực nghiên cứu với ý tưởng là dẫn điện có thể được thay đổi với nhữngpha tạp Chúng có được tầm quan trọng hơn vật liệu bán dẫn vô cơ trong cácứng dụng vì lượng phát thanh cường độ cao, độ bền, chi phí thấp, và dễ chếbiến chuyển thể thành phim Triển vọng của chất dẻo kim loại được quan tâmnhiều đối với các ứng dụng trong công nghệ như sơn tĩnh điện, vật liệu chechắn tần số vô tuyến tại các lĩnh vực khác nhau, nơi mà trọng lượng nhẹ, linhhoạt và ổn định môi trường là cần thiết Vấn đề này đã được đề cập tới bằngcách phát triển các hợp chất polymer, tiến hành bằng cách pha trộn polymerdẫn với các polymer truyền thống như PVC, PMMA, PS, … Mà trong hỗnhợp thực hiện, cường độ cơ học được cung cấp bởi các polymer cách điện vàcác polymer dẫn điện Các không phù hợp trong polymer dẫn cũng được giảiquyết bằng cách ghép các polymer dẫn vào cách điện bề mặt như vải Sự tổnghợp polymer polyaniline dẫn được thực hiện bởi polymer oxy hóa là 0,1M

lò phản ứng ở 2-50C Những chất điện giải sử dụng là p-toluene sulphonicaxít, dodecylbenzene sulphonic axít hoặc hydrochloric axít Những vật liệutổng hợp của polymer dẫn với polymer truyền thống như polystyrene vàpolymethyl methacrylate, thực hiện bằng kỹ thuật pha trộn tan chảy trongkhoảng nhiệt độ từ 180-2200C, trong một máy trộn, pha trộn trong 5 phút, ởmức độ 100 vòng/phút với mức nạp polyaniline khác nhau từ 1% đến 50%pha trộn với PS, PMMA và vật liệu tổng hợp được nén đúc thành các tấm cókích thước cụ thể sau đó được sử dụng để che chắn EMI Các phép đo EMI tại101GHz được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ dao động ghi giai đoạncủa máy phát điện 101GHz, Model No 956 W4-010-101, S/N 033 sử dụngantenna sừng hình nón, Model No 458264-1031 S/N 012 và mm sóng nhậnđược thiết lập bao gồm các antenna sừng hình kim tự tháp, Model No 861,W/387, S/N 483 Hiệu quả che chắn được đo bằng cách ghi nhận các nănglượng có và không có các mẫu bằng cách đặt gần với bề mặt của antenna.Mức thu tĩnh điện của cách điện polymer và sử dụng phí đo tĩnh (SCM1)được gắn trên một đĩa năng lượng với một khoảng cách là 2,5cm đi từ nănglượng đĩa có điện dung là 25pF ở khoảng cách này Tĩnh thời gian phân rã củacác vật liệu tổng hợp thực hiện được đo bằng cách sử dụng hệ thống côngnghệ điện 406D Static Decay Meter.

Sự ổn định nhiệt của polymer dẫn được xác định bởi phân tích nhiệttrọng bằng cách ghi các nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng đến 8000C trongkhí nitơ ở tốc độ quét 100C/min

Hình 1.5 Các hình ảnh nhiệt kế cho thấy một hợp chất cơ sở cho thấytối đa trọng lượng mất không đáng kể ở 4340C, từ 4340C đến 5840C, trọnglượng mất là 30% mà có thể là do sự phân hủy của xương sống cao phân tử

Hình 1.5 TGA đường cong của hợp chất cơ sở.

Hình 1.6 Hiển thị các đường cong TGA của polyaniline pha tạp với cácion hữu cơ tosylate tạp chất Các đường cong phân tích thử nghiệm củapolyaniline polymer cho thấy là ổn định nhiệt lên tới 2280C và mất trọng lượng

từ 2280C đến 3200C khoảng 40% tương ứng với tạp chất thuộc xương sống caophân tử Điều này có nghĩa là polyaniline dẫn có thể được sử dụng cho hoạtđộng pha trộn với nhựa nhiệt dẻo có điểm nhiệt độ nóng chảy tối đa 2200C

Hình 1.6 TGA đường cong của polyaniline pha tạp.

Hiệu quả che chắn nhiễu điện từ (EMI) được định nghĩa là sự suy giảmcủa một sóng điện từ do lối đi của nó qua một lá chắn Nó được đo bằng tỷ sốcủa cường độ trường mà trên các rào cản đối với các độ lớn của trường đượctruyền tải qua rào chắn và được biểu diễn bằng decibel (dB), tính theo:

SE=10 log P i

P t

Trong đó P i là công suất của sóng tới, P t là công suất của sóngtruyền qua Những thiết lập cho việc đo lường hiệu quả che chắn EMI Cáckết quả cho thấy hiệu quả che chắn chỉ ra rằng nạp 2% và 5% polymer dẫncho thấy một hiệu quả che chắn tại 4,23dB và 8,24dB, trong khi nạp 10%polymer dẫn điện trong polystyrene cho một hiệu quả che chắn tại 11,32dB.Nạp 30% polymer dẫn điện trong một máy chủ lưu trữ ma trận cho một hiệuquả che chắn tại 32,46dB Nạp cao hơn của polymer dẫn cho thấy một hiệuquả che chắn tại 42,8dB (nạp 40%) và 58,6dB (nạp 50%) Tải trọng thấp củapolymer dẫn điện trong máy chủ lưu trữ ma trận có thể sử dụng cho hệ thốngđòi hỏi các tham số chống tĩnh điện trong khi nạp polymer cao có thể đượcdùng để che chắn các nhiễu điện từ (EMI) ở 101GHz hay 110GHz.

số với sự suy hao có đơn vị là dB được vẽ trên mức chia độ tuyến tính và tần

số được vẽ trên mức chia độ theo logarit Ví dụ, biểu đồ lý tưởng cho bốndạng của bộ lọc được biểu diễn trên hình 1.7

Hình 1.7 Các kiểu bộ lọc

Những bộ lọc có cùng trở kháng ngõ ra hoặc ngõ vào có thể được ghépvới nhau để kiểm soát toàn bộ các đặc tính của dải thông/loại bỏ Ví dụ, bộlọc thông thấp có thể được ghép với bộ lọc thông cao để tạo thành bộ lọcthông dải (hình 1.8) Chú ý tần số cutoff của bộ lọc thông cao nằm ở bên dướitần số cutoff của bộ lọc thông thấp

Hình 1.8 Ghép bộ lọc thông cao và thông thấp để tạo thành bộ lọc thông dải.

Bằng cách ghép khác nhau có thể tạo ra bộ lọc loại bỏ băng (hình 1.9)

Dĩ nhiên bộ lọc thông thấp và thông cao với tần số cutoff trùng nhau có thểđược kết nối để tạo nên bộ lọc thông dải ngoại trừ ghép cuối tới cuối

Hình 1.9 Ghép bộ lọc thông cao – thông thấp để tạo thành bộ lọc thông chắn.

Đồ thị vẽ đặc tính đáp ứng tần số của bốn loại bộ lọc đã được lý tưởnghóa, đó là các cạnh vuông ở tần số cutoff Chúng ta thấy rằng, không có gì là

lý tưởng và giảm suy hao tại tần số cutoff là độ dốc tương ứng theo sơ đồ(hình 1.10) Tần số cutoff bây giờ được định nghĩa như là sự xuất hiện của nókhi suy hao đi 3dB

Hình 1.10 Các đặc tuyến bộ lọc.

Nhược điểm:

Hầu hết các loại bộ lọc không cắt chính xác đến tần số mong muốn Bấtlợi ở chỗ đối với tần số thấp hơn bẫy có thể trở lên rất dài và các bước trêncáp có thể méo và làm lệch điều hưởng Lệch điều hưởng có thể làm cho mộtvài tần số mong muốn bị suy hao

1.2.4 Phương pháp FSS

Bề mặt lựa chọn tần số (FSS) là một mảng tuần hoàn gồm các miếngkim loại gắn lên một chất nền hoặc một tấm kim loại dẫn điện được đục các lỗthủng tuần hoàn

Lý thuyết của góc pha mạng antenna cung cấp điểm khởi đầu cho việcnghiên cứu FSS Amitay, Galindo and Wu4 đã nghiên cứu một cách kỹ lưỡngvấn đề này Nhiều lý thuyết cho FSS dựa trên cơ sở lý thuyết của góc phamạng antenna, phương pháp thích hợp nhất cho cấu trúc FSS được nghiên cứu

bởi Wu Mặc dù các lý thuyết FSS được mô tả đã khẳng định, vẫn còn nhiềuviệc phải làm trong phạm vi phân tích định lượng lý thuyết các cấu trúc đó.

Cùng với sự phát triển của máy tính trong nửa thập niên qua, cho phépphân tích số học toàn diện dựa vào các đặc điểm quang phổ của FSS, như tínhchu kỳ, kích thước hình học của các lỗ hở/miếng đắp Mô hình của Chen dựatrên cơ sở phân tích số học cho một mẫu bề mặt lựa chọn tần số phẳng, mỏng

và dẫn điện hoàn toàn

Thiết kế phẳng nhiều phần tử tuần hoàn còn có lợi ích là nó cho phépnhững phần tử hình chữ nhật đơn giản được sắp xếp trong một nhóm để tạo rađược những thiết kế bộ lọc phụ thuộc vào độ phân cực thấp hơn trong khi vẫnduy trì được đặc tính cộng hưởng

Như đã nói ở trên, một tấm vật liệu dẫn điện được đục lỗ hở một cáchtuần hoàn hoặc một mảng những miếng đắp tuần hoàn bằng kim loại cấuthành nên một bề mặt lựa chọn tần số (FSS) Đối với những sóng điện từ, haihình dạng cùng loại đã được bàn đến trong các tài liệu Hình dạng thứ nhất,thường được gọi là một FSS cảm ứng, hoạt động tương tự như một bộ lọc dảicao Trường hợp thứ hai, hay FSS điện dung, tương tự như bộ lọc dải thất.Nếu những thành tố tuần hoàn trong số những đặc tính cộng hưởng FSS, FSScảm ứng sẽ nhận tất cả sự truyền tại những bước sóng gần với bước sóngcộng hưởng trong khi FSS điện dung sẽ nhận tất cả sự phản xạ

Những FSS cảm ứng và điện dung lấy tên của chúng theo lý thuyếtmạch Hình 1.11 biểu diễn một FSS cảm ứng và điện dung đặc trưng tươngứng được xây dựng từ những lỗ hở và miếng đắp hình chữ nhật tuần hoàn.Hình vẽ cũng bao gồm cả những mô hình mạch tương đương cho từng FSScùng với những đặc tính truyền tương ứng Những miếng ghép hình chữ nhậtbằng kim loại trong FSS điện dung hoạt động tương tự như một mạch điệndung Tương tự như vậy, những lỗ hở hình chữ nhật trong FSS cảm ứng hoạt

động giống như một mạch cảm ứng Miller17 cung cấp một cuộc bàn luận thấuđáo về kỹ thuật lý thuyết mạch trong mối quan hệ với các FSS.

FSS cảm ứng và điện dung cùng với những mạch tương đương tương ứng

và những đặc tính truyền của chúng Chú ý rằng trên hình vẽ chỉ có 4 phần tửtuần hoàn được thể hiện Những FSS đặc trưng cho vùng gần hồng ngoại sẽ

có hàng trăm hay hàng nghìn phần tử tuần hoàn

Gỉa sử những lỗ hở và miếng đắp hình chữ nhật trong hình 1.11 có kíchthước và tính chu kỳ giống nhau thì hai bộ lọc sẽ chính là sự bổ sung lẫnnhau Nếu cấu trúc kim loại của bộ lọc được coi là dẫn điện tuyệt đối thìnhững ứng dụng của nguyên lý Babinet sẽ chỉ ra rằng đặc tính phản xạ củaFSS điện dung sẽ giống sự phản xạ của đặc tính truyền FSS cảm ứng Tínhtruyền của FSS điện dung, Tcapacitive, sẽ bằng với số lượng (1-Tinductive), trong đó

Tinductive là tính truyền của FSS cảm ứng Chú ý rằng, ứng dụng của nguyên lýBabinet cho cấu trúc FSS yêu cầu không có sự hiện diện của chất nền, và điệntrường là của “sự phân cực bổ sung” như mô tả trong hình 1.11

Bề mặt tuần hoàn FSS có thể là phẳng, hoặc có thể là một mặt nghiêng.

Ở đây, ta chỉ xét những FSS phẳng Những kỹ thuật in thạch bản đặc trưng sẽtạo ra một bề mặt bộ lọc kim loại phẳng đọng trên chất nền Đối với bộ lọcloại cảm ứng, một tấm kim loại (thường đọng trên một chất nền) được đụcthủng để có các lỗ hở

Độ dày của FSS liên quan đến bước sóng mà nó được sử dụng sẽ quyếtđịnh liệu FSS đó được phân loại là dày hay mỏng Nếu độ dày vật lý của FSS

là một phân số của bước sóng nhỏ nhất trong chế độ bước sóng mà nó sẽ được

sử dụng, thì FSS đó có thể được mô hình là một bộ lọc mỏng Đối với những

bộ lọc mỏng, có thể mô hình hóa chúng giống như trường hợp hữu hạn “mỏng

vô hạn” Một mô hình như vậy, giả sử rằng những vùng tới và vùng truyềngặp nhau tại mặt phẳng bộ lọc, với những điều kiện ranh giới bộ lọc sau đóđược lên khuôn tại mặt phẳng bộ lọc này Trong mô hình bộ lọc này, ranh giớivùng tới vừa khít với mặt tới của bộ lọc (đỉnh của bộ lọc) Mô hình này có haivùng ranh giới khác biệt nhau cần được nối khít lại như được lên khuôn thànhmột vùng duy nhất trong mô hình mỏng

Gỉa sử rằng bề mặt là dẫn điện tuyệt đối, người ta có thể làm đơn giảnquá trình mô hình hóa, đặc biệt là đối với mô hình bộ lọc mỏng Một số kỹthuật, ví dụ như công trình của Chen 1, 2, 3, kết hợp những trường hợp hi hữukhi chất liệu dẫn điện tuyệt đối với giả định mô hình mỏng vô hạn, để giúpnới lỏng những yêu cầu tính toán của vấn đề này Vì hầu hết những kỹ thuật

in bàn thạch sử dụng trong việc xây dựng FSS trong vùng hồng ngoại đều sửdụng những kim loại như nhôm hoặc vàng – những chất liệu có tính dẫn điệncao trong chế độ bước sóng này, nên một mô hình giả sử rằng một chất liệudẫn điện tuyệt đối sẽ cung cấp một xấp xỉ hợp lý cho bộ lọc thực tế

Vì những lý do được nói ở phần này, người ta đã quyết định mô hìnhhóa FSS sử dụng trong nghiên cứu này là một cấu trúc phẳng, mỏng vô hạn,

loại FSS, nhưng một mô hình như thế này sẽ giải thích thỏa đáng cho phầnlớn những FSS được xây dựng để sử dụng trong vùng bước sóng hồng ngoại.

Những phần tử tuần hoàn trong một FSS thường đều được sắp xếptrong một mảng hình chữ nhật như trong hình 1.12 Tuy nhiên, sự sắp xếphình học tổng quát hơn là một mảng hình tam giác này nằm dọc theo trục x vànghiêng về phía trục y Nếu góc nghiêng a = 900 thì mảng hình tam giác sẽbiến thành mảng hình chữ nhật

Cần phải chỉ ra rằng trường tới được coi là sóng phẳng Góc tới và phâncực không hạn chế trong mô hình FSS Các trạng thái phân cực được chiathành trạng thái trực giao TE (trường điện vuông góc với mặt phẳng tới) vàsong song TM (trường điện song song với mặt phẳng tới)

Tính chu kỳ FSS đã được mô tả trong mối quan hệ với hình 1.12 Vìnhững lỗ hở/miếng đắp của FSS được sắp xếp theo kiểu tuần hoàn nên có thể

mô tả trường tại mặt phẳng bộ lọc dưới dạng một ngăn tuần hoàn bộ phận duynhất Định lý của Floquet phát biểu rằng nếu một biểu thức vi phân tuyến tính

có những hệ số tuần hoàn và điều kiện biên, khi đó những giải pháp ổn định

sẽ là một hàm tuần hoàn nhân với một hàm giảm theo mũ18 Trong suốt ứngdụng định lý này, trường trong bất cứ ngăn tuần hoàn nào khác cũng sẽ liênquan đến ngăn tham khảo dưới dạng một hàm mũ Tại những bước sóng nhỏhơn bước sóng sườn nhiễu xạ, những thứ tự nhiễu cao hơn sẽ sinh ra trongvùng trường xa Với những bước sóng lớn hơn bước sóng sườn nhiễu xạ, chỉthứ tự 0 sinh ra

Tại một bước sóng ngắn hơn một chút khi một thứ tự nhiễu cao hơn bắtđầu sinh ra, những sự bất bình thường của Wood (Wood’s anomalies19, 20, 21)

có thể xuất hiện Đây là những vùng bước sóng của phản hồi quang phổ bấtthường – nơi có những thay đổi nhanh chóng trong đặc tính truyền/phản xạcủa FSS (và những lưới nhiễu xạ nói chung) Trong một mảng hình tam giácđặc trưng (a = 450), vị trí của sườn nhiễu xạ liên quan đến khoảng cách của

những mảng kề cận nó Khoảng cách kề cận gần nhất trong trường hợp này làkhoảng cách vật lý giữa tâm của hai phần tử tuần hoàn được đo dọc theo trục

y nghiêng

Hình 1.12 Một mảng hình chữ nhật và mảng hình tam giác tổng quát của các lỗ hở (hoặc miếng đắp) cấu thành một FSS Chú ý rằng khi góc nghiêng a = 900, mảng hình tam giác trở thành một mảng hình chữ nhật.

Trong vùng bước sóng hồng ngoại, những bề mặt lựa chọn tần số trướctiên được dùng trong những ứng dụng lọc Một số ứng dụng bao gồm những

bộ lọc thông dải, bộ phân cực và bộ tách tia Như đã nói ở trên, nếu nhữngphần tử tuần hoàn trong một FSS tạo ra những đặc điểm cộng hưởng, thì FSScảm ứng sẽ chứa tất cả sự truyền tại những bước sóng gần bước sóng cộnghưởng, trong khi đó, FSS điện dung sẽ chứa tất cả sự phản xạ Đặc điểm nàycho phép FSS với những phần tử thích hợp hoạt động giống như bộ lọc thôngdải hẹp Tương tự như vậy, một thiết kế bổ sung có thể được tạo ra để phản xạ

có lựa chọn những vùng thông dải hẹp Những ứng dụng chi tiết của nhữngloại bộ lọc FSS này bao gồm những bộ lọc dải hẹp dùng trong thiên văn học

và những bộ lọc dùng cho thiết bị tàu vũ trụ

Nếu những phần tử tuần hoàn trong một FSS tạo ra một đặc điểm cộnghưởng phụ thuộc vào sự phân cực, thì một đặc tính như vậy có thể được khaithác để tạo ra bộ phân cực Nếu sự phụ thuộc vào sự phân cực này được sửdụng sao cho sự phân cực được phản xạ hoàn toàn trong khi sự phân cực trựcgiao được truyền hoàn toàn thì khi đó FSS có thể được sử dụng làm bộ táchtia Sử dụng những FSS cho phép xây dựng những bộ phân cực và bộ tách tiacho tất cả bước sóng – nơi những vật liệu truyền thống dùng để làm nhữngthiết bị như vậy là bất khả thi

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1 đã trình bày tổng quan về nhiễu và các phương pháp chốngnhiễu Hiện tượng giao thoa sóng điện từ xảy ra nhiều do các thiết bị sử dụngcùng nguồn và cùng tần số hoặc tần số gần giống nhau Đồng thời, quá trình

tự động hóa trong công nghiệp diễn ra ngày càng mạnh mẽ là nguyên nhânsinh ra nhiễu điện từ: như quá trình đóng cắt tốc độ cao, tin học hóa trong

điều khiển, … Qua đó, thấy được các phổ tần số dùng trong công nghiệp,quốc phòng hết sức đa dạng dẫn đến sinh ra các dải nhiễu điện từ khác nhau.Việc nghiên cứu các phương pháp chống nhiễu cho thấy nhiều dải tần số chưađược quan tâm đến cần phải đưa ra giải pháp chống nhiễu.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ BẢO VỆ

SÓNG ĐIỆN TỪ (SE)2.1 Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ với vật liệu theo tần số cho trước

2.1.1 Phương trình giao thoa sóng điện từ với vật liệu

Hiệu quả che chắn (SE) của một chất được định nghĩa là tỷ số công suất tới vàcông suất truyền qua Do đó, cho SE đo bằng decibel (dB) nó được cho bởi:

SE=10 log(P i

P0) (2.1.1.1)

Trong đó, P i công suất tới, và P0 là công suất truyền qua Bởi vì,thời gian trung bình là năng lượng thực hiện bởi một sóng điện từ tỉ lệ vớibình phương cường độ điện trường trung bình, SE cũng có thể viết là:

Trở kháng của không khí được tính bằng: Z0=[μ0

Sóng tới Vật liệu

Hấp thụ giảm (A)

Phản xạ nhiều (M)

Sóng truyền qua (T) Phản xạ sóng (R)

hằng số điện môi của không khí (mà c=2,998.108m/s là vận tốc của ánh

Trong đó: P i công suất tới; P0 là công suất truyền qua.

E0(H0) là cường độ điện trường (từ trường) truyền qua;

E i(H i) là cường độ điện trường (từ trường) của sóng tới

Sự tương tác của một sóng điện từ với vật liệu có thể được chia làm baphần: hấp thụ, phản xạ và phản xạ nhiều bên trong vật liệu Những phần khácnhau có thể có được một sự đóng góp ít hoặc nhiều đối với SE tổng tùy thuộcvào quan hệ vật lý của vật liệu Do đó, tính hiệu quả che chắn (SER), hấp thụ(SEA), phản xạ nhiều (SEM) trong decibel:

SE=SE R+SE A+SE M (2.1.2.1.2)

Hình 2.1 Đường dẫn của một làn sóng bức xạ thông qua lá chắn.

Và hiệu quả che chắn cũng được thể hiện theo hệ số truyền qua:

SE=20log|T| (2.1.2.1.3)

Thực nghiệm theo biểu thức (2.1.2.1.3) chủ yếu được sử dụng để đolường, mô phỏng, … hiệu quả che chắn của lá chắn

TE

Hình 2.2 Sự phản xạ và truyền sóng EMI bình thường về cấu trúc N lớp

Hãy xem mỗi lớp là đồng nhất và đẳng hướng, các thông số điện tử củalớp thứ i được ghi nhận: khả năng thẩm thấu μ i , độ dẫn σ i , điện môi ε i ,

độ dày d i Trở kháng nội tại của lớp i là Z i phụ thuộc vào tần số của sóngtới, được cho bởi:

Z i=

ε i+σ i jωω]12

jωω) ]12

ω là tần số góc (rad/s)

2.2 Cơ sở lý thuyết giao thoa sóng điện từ với cấu trúc lựa chọn tần số FSS

Hai phương pháp để phân tích bề mặt lựa chọn tần số (FSS) Đầu tiên

là dựa vào phương pháp về lực cảm ứng điều hành và phép phân tích bề mặtcủa cả hai mức độ giới hạn, một trong những mức độ giới hạn (trong hầu hếttrường hợp, phương pháp này được áp dụng cho các cấu trúc vô hạn) Phântích theo phương pháp cảm ứng điều hành không được mô tả ở đây

Phương pháp quang phổ miền thời điểm là cách thứ hai phân tích bềmặt lựa chọn tần số (FSS) Chúng ta chỉ tập trung vào phương pháp này

Phối hợp hệ thống cho các phân tích của một bề mặt chọn lọc tần số

(FSS) và của một tế bào cơ bản có kích thước a,b :

Mặt phẳng tỷ lệ

Hình 2.3 Phối hợp hệ thống cho các phân tích về một bề mặt lựa chọn tần

số (trái) Một tế bào cơ bản có kích thước a,b (phải).

Chúng ta giả định một bề mặt chu kỳ như hình 2.2.1 Bề mặt được chiếusáng bởi một sóng phẳng Véc tơ sóng k chiếu tới mặt phẳng, ký hiệu là

kxy Điện tử lưu cường độ các sóng tới được thể hiện như sau:

E I=E0exp[+ jω(α0x+ β0 y) ] (2.2.1)

Ở đây α0, β0 được dự đoán tiêu cực các véc tơ sóng của các sóng tới

các hướng của các trục tọa độ x và y (kinh nghiệm các mũ hạn+jω(α0x +β0y) được giả thuyết cho giai đoạn tăng theo hướng lan truyền Dựđoán các véc tơ sóng trong hệ thống tọa độ được mô tả như sau:

α0=k sin(ϑ)cos(ϕ)

β0=k sin(ϑ)sin(ϕ)Các ký hiệu biểu thị véc tơ cường độ điện trường E0 trong nguồn gốc của

hệ thống tọa độ k là không gian tự do sóng số

Nhìn chung các sóng là sự phân cực của cả hai song song và một vuônggóc Nếu cường độ trường của sóng tới được thể hiện phối hợp trong hệ thốnghình cầu (hình 2.2.1) sau đó các thành phần E ϕ

Do chu kỳ của bề mặt, tất cả số lượng cần thiết (cường độ điện trường,mật độ hiện tại) trong mặt phẳng xy có thể được thể hiện bằng chuỗiFourier Sử dụng biến đổi Fourier mở rộng, mật độ dòng điện J [A/m] trênnguyên tố kim loại được thể hiện:

J ( αm, βn) = 1

ab ∬ J ( x, y) exp [ − jω(αmx+βny ) ]

(2.2.5)Tương tự với mật độ hiện tại, chuỗi Fourier có thể thể hiện bất kỳ sốlượng chu kỳ Chúng ta thực hiện điều đó trong phần tiếp theo, nơi mà mộtsóng phẳng kích thích của một bề mặt chọn lọc được thể hiện trong lĩnh vựcquang phổ (tức là, trong lĩnh vực tần số không gian) Xác định tính chất phản

xạ của bề mặt chọn lọc là mục tiêu của tính toán

Gỉa sử một làn sóng phẳng rơi xuống bề mặt chọn lọc tần số (FSS) dướigóc độ (J,j) Làn sóng này kích thích dòng điện trong các thành phần kim loại,hình thành một trường E S phân tán.

Bề mặt lựa chọn tần số (FSS):

Hình 2.4 Bề mặt lựa chọn tần số (FSS) (phản xạ và truyền sóng)

Trong khi đó độ lớn (không phải là giai đoạn) của cường độ sóng E I

là không đổi trong toàn bộ tế bào, độ lớn của cường độ sóng E S là khácnhau phân tán ở các điểm khác nhau của tế bào Mối quan hệ giữa E I và

E S thay đổi theo trở kháng bề mặt trong một điểm cho trước Đối với các bềmặt của thành phần dẫn điện, chúng ta có:

EI+ ES= J /γ (2.2.6)

Ở đây γ [S.m-1] là điện dẫn thành phần Gỉa sử tính dẫn điện củathành phần kim loại là hoàn hảo, phía bên phải của biểu thức (2.2.6) phươngpháp tiếp cận zero, và chúng ta nhận được:

EI+ ES=0 (2.2.7)

Cường độ của E S lĩnh vực phân tán điện tại một điểm xác định bởivéc tơ vị trí r có thể được đánh giá từ tiềm năng véc tơ A

E S(r)=−jω ωμ{A + 12∇[∇ A(r) ] }

Là một nguồn của véc tơ tiềm năng A , dòng J gây ra bởi sóng tớicác yếu tố kim loại của bề mặt chọn lọc có thể được xem xét Những đónggóp hiện tại của r ' đến tiềm năng trong r được mô tả bởi chức năngGreen ( G ) Đối với tiềm năng véc tơ chúng ta nhận được:

A ( r ) =− ∬ G ( r/r' ) J ( r ' ) dS'

(2.2.9)Trong không gian tự do chức năng Green (G) có dạng:

Trong bước thứ hai, quan hệ ánh xạ tới các lĩnh vực tần số không giantheo biểu thức (2.2.9)