Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ trong công nghiệp

DANH MỤC HÌNHHình 1.1 Hiện tượng giao thoa của các sóng đến từ hai điểm Hình 1.2 Biểu đồ chiếu radio và sóng điện từ Hình 1.3 Lồng Faraday Hình 1.4 Cấu tạo của cáp đồng trục Hình 1.5 TGA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI

HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -*** -

ðẶNG GIA DŨNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG NHIỄU ðIỆN TỪ

TRONG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số:

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Ngọc Nhân

HÀ NỘI – 2011

LỜI CAM ðOAN

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

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõnguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

ðặng Gia Dũng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoahọc TS Hoàng Ngọc Nhân đã tận tình hướng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốtquá trình làm luận văn, đã định hướng giải quyết các vấn đề khoa học cho luận văn.ðồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn

Tác giả xin cảm ơn trường ðH Nông Nghiệp Hà Nội, Viện Sau ðại Học, khoa

Cơ ðiện đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình làm luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đã góp ý kiến xây dựng để luậnvăn có chất lượng tốt

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

ðặng Gia Dũng

DANH MỤC HÌNH

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

Hình 1.2 Biểu đồ chiếu radio và sóng điện từ

Hình 1.3 Lồng Faraday

Hình 1.4 Cấu tạo của cáp đồng trục

Hình 1.5 TGA đường cong của hợp chất cơ sở

Hình 1.6 TGA đường cong của polyaniline pha tạp

Hình 1.7 Các kiểu bộ lọc

Hình 1.8 Ghép bộ lọc thông cao và thông thấp để tạo thành bộ lọc thông dải Hình 1.9 Ghép bộ lọc thông cao – thông thấp để tạo thành bộ lọc thông chắn Hình 1.10 Các đặc tuyến bộ lọc

Hình 1.11 Những 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 tử tuần hoàn được thể hiện Những FSS đặc trưng cho vùng gầnhồng ngoại sẽ có hàng trăm hay hàng nghìn phần tử tuần hoàn

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

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

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

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 4

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)

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

Hình 2.5 ðịnh hướng lĩnh vực mật độ hiện hành của chế độ (1,1) đối với phân

cực song song (bên trái) và đối với một vuông góc (bên phải) Tế bào nàykích thước a b 12mm , các nguyên tố kim loại có kích thước

a' b' 12mm ; f 10GHz, J 10

, j 450 , d 1,5mm, r 3,7 Tầm quan trọng của

các dòng cận biên được tăng lên đối với thực tế Mặt phẳng tỷ lệ được mô

tả trong màu đỏ

Hình 2.6 Mạch tương đương của bề mặt chọn lọc trong miền tần số, bề mặt bao

gồm các nguyên tố kim loại (bên trái) 0 ðịnh hướng nhân tố trong biểu

đồ Smith (bên phải)

Hình 2.7 Bề mặt của các phần tử hình chữ nhật, được điều chỉnh cho 10GHz, tỷ

lệ chuẩn 00 , 900 , song song với sự phân cực.

Hình 2.8 Bề mặt của các phần tử hình chữ nhật, được điều chỉnh cho 10GHz, bỏ

tỷ lệ chuẩn 450 , 900 , song song với sự phân cực

Hình 2.9 Bề mặt của các phần tử hình chữ nhật, được điều chỉnh cho 10 GHz, bỏ

tỷ lệ chuẩn 450 , 0 0 , phân cực vuông góc

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 5

Hình 2.10 Bổ sung hành vi về các bề mặt khe cắm và những phần tử kim loại Hệ

số phản xạ về bề mặt kim loại nguyên tố (1) tương đương với hệ số truyềndẫn về bề mặt khe cắm (2)

Hình 2 11 Giải thích về nguyên lý tương đương

Hình 2.12 Bề mặt của khe cắm hình chữ nhật, điều chỉnh chuẩn cho 10 tỷ GHz,

vuông góc phân cực, truyền tải (trái), phản xạ (phải)

Hình 4.1 ðặc tuyến hệ số bảo vệ và tần số

Hình 4.2 ðặc tuyến hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện

Hình 4.3 ðặc tính hệ số bảo vệ của đồng theo chiều dày lá đồng.

Hình 4.1 ðặc tính hệ số bảo vệ và tần số khi độ dày nhỏ hơn rất nhiều chiều dày

thẩm từ

Hình 4.2 ðặc tính hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện

Hình 4.3 ðặc tính hệ số bảo vệ của đồng theo chiều dày lá đồng.

Hình 4.4 Chiều dày thẩm từ của đồng theo tần số

Hình 4.5 Hệ số bảo vệ theo tần số đối với đồng trong trường hợp chiều dày

500µm lớn hơn rất nhiều chiều dày thẩm từ

Bảng 4.1 Hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện với chiều dày 10µm.

Bảng 4.2 Bảng giá trị hệ số bảo vệ của đồng theo chiều dày lá đồng

Bảng 4.3 Bảng giá trị hệ số bảo vệ của đồng theo tần số và chiều dày thẩm từ

MỤC LỤC

Lời cam đoan ………

Lời cảm ơn ………

Mục lục ………

Danh mục bảng ………

Danh mục hình ………

LỜI NÓI ðẦU ………

Trang i ii iii vi 1 1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài ……… 1

2 Phương pháp nghiên cứu ……… 1

3 Nội dung nghiên cứu ……… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỄU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG NHIỄU ðIỆN TỪ ……… 3

1.1 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 ……….…

3 3 1.1.2 Hoạt động của các thiết bị điện, điện tử sinh ra sóng điện từ … … 4

1.1.2.1 Thiết bị đóng cắt và chuyển mạch ………. 4

1.1.2.2 Thiết bị chuyển điện năng thành động năng ……….………… 5

1.1.2.3 Biến tần ……… 6

1.1.2.4 Thiết bị điện tử ……… 7

1.1.3 Sóng điện từ trong dải tần rộng ……… 10

1.1.4 Phổ tần số của các thiết bị sử dụng tần số ………. 10

1.2 Phương pháp chống nhiễu ……… 14

1.2.1 Bọc kim loại 14 1.2.2 Sử dụng polymer dẫn 16 1.2.3 Sử dụng bộ lọc 19 1.2.4 Phương pháp FSS 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ BẢO VỆ SÓNG ðIỆN TỪ (SE) 29

2.1 Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ với vật liệu theo tần số cho trước ……… 29

2.1.1 Phương trình giao thoa sóng điện từ với vật liệu ……… 29

2.1.2 Tính hệ số bảo vệ SE theo tần số ……… 29

2.1.2.1 Trường hợp một lớp ……… 29

2.1.2.2 Trường hợp nhiều lớp ……… 30

2.2 Cơ sở lý thuyết giao thoa sóng điện từ với cấu trúc lựa chọn tần số FSS ……… 32

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 45

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vii

CHƯƠNG 3: MỘT VÀI KẾT QUẢ ðẠT ðƯỢC VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 Giới thiệu cách vẽ đồ thị trong Excel……… ……… 46

3.1.1 Vẽ đồ thị……… ……… …… 46

3.1.1.1 Vẽ đồ thị dùng Chart Wizard 46

3.1.1.2 Vẽ đồ thị từ các vùng không kề nhau 46

3.1.1.3 Vẽ một đồ thị ngầm định chỉ trong một bước 47

3.1.2 Thêm bớt dữ liệu và các đối tượng 47

3.1.2.1 Thêm dữ liệu vào đồ thị nhờ sao chép và dán 47

3.1.2.2 Thêm dữ liệu bằng kéo thả 47

3.1.2.3 Thêm nhãn dữ liệu (Data Labels) 48

3.1.2.4 Thêm các đường lưới (Chart Gridlines) 48

3.1.2.5 Thêm chú giải cho đồ thị (Chart Legends) 49

3.1.2.6 Thêm tiêu đề cho đồ thị (Chart Titles) 49

3.1.2.7 Thêm đường xu hướng (Chart Trendlines) 50

3.1.2.8 Thêm ảnh nền cho bảng tính 50

3.1.3 ðịnh dạng dữ liệu 50

3.1.3.1 ðịnh dạng các đường đồ thị 51

3.1.3.2 Chọn Fonts và Styles 51

3.1.3.3 ðịnh dạng số trên đồ thị 51

3.1.3.4 ðịnh dạng các đối tượng 52

3.1.3.5 ðịnh dạng tiêu đề và nhãn cho đồ thị 52

3.1.3.6 Thêm hình ảnh cho các đường

3.1.4 Vẽ biểu đồ trong Exel

53 53 3.1.4.1 Các dạng biểu đồ 53

3.1.4.2 Phương pháp vẽ biểu đồ 54

3.1.4.3 Tu sửa biểu đồ 54

3.2 Một vài kết quả đạt được và thảo luận 55

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 9

công nghiệp và quốc phòng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

59 62 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Hướng phát triển 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

3.2.1 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu điện từ dùng kim loại đồng có độ dày nhỏ hơn rất nhiều chiều dày thẩm từ trong dải tần số ứng dụng cho công nghiệp và quốc phòng 55 3.2.2 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu điện từ dùng kim loại đồng có độ dày

lớn hơn rất nhiều chiều dày thẩm từ trong dải tần số ứng dụng cho

LỜI NÓI ðẦU

Hiện nay, việc sử dụng các thiết bị điện, điện tử ngày càng nhiều, vấn đề giaothoa sóng điện từ ngày càng nhiều và phức tạp, để các thiết bị hoạt động một cách antoàn việc tìm giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng sóng điện từ đến các thiết bị quantrọng

ðề 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 chocác 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: ðề 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 ðồng thời, tìm hiểuphần vẽ đồ thị trong excel để vẽ đặc tính hệ số bảo vệ sóng điện từ cho một cấu trúcđịnh trước Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ với vật liệu theo tần số cho trước

- Tính thực tiễn: ðưa ra giải pháp chống nhiễu điện từ cho các thiết bị điệnđiện tử hoạt động trong môi trường công nghiệp Giải pháp ứng dụng hợp chuẩn vềchống nhiễu với hệ số lớn hơn 40dB (cho ứng dụng công nghiệp) 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 phương pháp bảo

vệ nhiễu có sử dụng phần vẽ đồ thị trong excel và vẽ đặc tính bảo vệ nhiễu bằng cấutrúc lựa chọn tần số

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Về lý thuyết: Nghiên cứu các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử, cácphương 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, hoặccác cấu trúc khác

4 Nội dung nghiên cứu:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 2

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 ðIỆN TỪ

1.3 Các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử

1.3.1 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 hoặc nhiềusóng mà tạo ra hình ảnh sóng mới Giao thoa là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng.Giao thoa thông thường liên quan đến sự tương tác giữa các sóng mà có tương quanhoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng được tạo ra từ một nguồn hoặc dochúng 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 chồng chập sóng

mà ở đây chính là sự cộng gộp của các dao động Tại mỗi điểm trong không gian nơi

có sự gặp nhau của các sóng, dao động của môi trường sẽ chính là dao động tổnghợp của các dao động thành phần từ các sóng tới riêng biệt, mà nói theo ngôn ngữcủa vật lý sóng sẽ là tổng của các véctơ sóng Nhờ sự tổng cộng dao động này màtrong không gian có thể tạo ra các điểm có dao động được tăng cường (khi các sóng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 4

thành phần đồng pha) hoặc bị dập tắt (khi các sóng thành phần có pha ngược nhau)tùy thuộc vào tương quan pha giữa các sóng ðiều này tạo ra một hình ảnh giao thoakhác với hình ảnh của từng sóng thành phần, được tạo ra bởi chính tập hợp các điểm

có sự giao 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 kết hợp,hình ảnh giao thoa là ổn định và phụ thuộc vào độ lệch pha giữa các sóng (phụ thuộcvào sự khác biệt về đường truyền cũng như tính chất môi trường truyền sóng) - được

mô tả bởi nguyên lý Huyghen

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

từ

1.1.2.1 Thiết bị đóng cắt và chuyển mạch

Bản thân thiết bị đóng cắt chỉ có thể gây nhiễu các thiết bị vô tuyến ở gần vàgây nhiễu lưới điện trong quá trình đóng hoặc ngắt Nguyên nhân là do sự duy trì hồquang điện giữa hai tiếp điểm Tuy nhiên, vấn đề trở lên nghiêm trọng hơn đó là sựtiếp xúc không hoàn hảo giữa hai tiếp đểm Dòng điện đi qua tiếp điểm sẽ tăng, giảmtheo mức độ tiếp xúc và phóng điện Qúa trình này cũng gây ra nhiễu 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 Tuy nhiên, nếu nóđược sử dụng với các tải có tính chất khác nhau thì ảnh hưởng đến 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 dạng sóng sin với biên độ lớn Còn nếu sửdụng với các thiết bị mang tính dung, quá trình đóng điện có nhiều nguy hiểm do sựnạp tụ sẽ có dòng qua nó rất lớn Tác dụng này gây ra sụt áp tức thời tại thời điểmchuyển mạch Bản thân của tụ điện tích trữ năng lượng, nên quá trình đóng điện diễn

ra vào thời điểm này, quá điện áp có thể xảy ra Tải cảm cũng là tải phổ biến trongmạng điện hạ áp Sự đóng cắt này ít gây ra dòng điện lớn Tuy nhiên, nó lại tạo ramột điện áp tức thời lớn Vấn đề này tạo ra quá điện áp trong hệ thống điện và biến

dạng sóng sin điện áp Các thiết bị sử dụng nguồn xung thường có tính dung và có

hồ quang lớn khi đóng điện Ngược lại, hồ quang điện sẽ ít hơn đối với thiết bị mang

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 5

tính cảm Tuy nhiên, khi bắt đầu hoạt động ảnh hưởng của nó dễ dàng thấy đượcnhư: làm nháy đèn, nhiễu máy thu thanh, máy thu hình,… Hồ quang điện phát sinhtrong quá trình ngắt điện cũng là vấn đề cần phải xem xét Thông thường, tải trở vàtải dung ít có khả năng duy trì hồ quang Trong khi đó, tải cảm làm cho vấn đề hồquang càng trở nên nghiêm trọng hơn Sự trả năng lượng về nguồn của nó khi ngắtmạch tạo ra một dòng điện lớn hơn dòng điện ban đầu, làm tăng cường hồ quanggiữa hai tiếp điểm ðây là trường hợp nguy hiểm nhất cần hạn chế Thông thường,đối với các tải cảm người ta sẽ mắc thêm một điện trở hoặc tụ điện hoặc một vanphóng điện song song với tải ðiều này tạo ra một mạch vòng để xả năng lượng từtrường Tác hại của hồ quang trong quá trình ngắt mạch đối với chất lượng điệncũng giống 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 loại động cơkhá phong phú như: động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ, động cơ điện mộtchiều, động cơ vạn năng, … Dẫn đến nguồn điện sử dụng cũng rất đa dạng Thiết bị

sử dụng điện ba pha thường có hiệu suất cao hơn thiết bị sử dụng một pha ðặc tínhlàm việc của thiết bị ba pha ít bị ảnh hưởng đến nguồn điện, do thiết bị 3 pha thườngthiết kế cân bằng về tải Thiết bị 1 pha lại có sự thay đổi về cấu trúc để có thể hoạtđộng được với điện áp 1 pha Do đó, thường hiệu suất làm việc không cao và sinh rasóng hài ảnh hưởng đến nguồn điện và các thiết bị sử dụng điện khác

ðặc tính chung của thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng là có dòngđiện khởi động lớn và moment khởi động lớn ðộng cơ không đồng bộ có dòng điệnkhởi động từ 5 đến 7 lần dòng điện làm việc định mức của nó ðiều này thường gâyquá tải cho đường dây truyền tải, làm sụt giảm điện áp tức thời trong thời gian thiết

bị khởi động Thiết bị bị ảnh hưởng đầu tiên đối với tác động của sụt áp trong quátrình khởi động, trong lúc hoạt động quá tải của động cơ là đèn Trong thời gian này,các loại đèn phóng điện thường bị chớp Các thiết bị điện tử sử dụng kỹ thuật số

thường cũng bị ảnh hưởng như khởi 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 giải pháp khác nhau để hạn chế dòng khởi động như sao tam giác, cuộnkháng, 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 lên cho phùhợp

ðối với loại động cơ vạn năng, do cần đặc tính khởi động lớn nên được thiết

kế có sử dụng chổi than Trong quá trình hoạt động, sự tiếp xúc của chổi than và cổgóp phát sinh ra tia lửa điện Với tốc độ chuyển mạch lớn và dòng qua chổi thankhông nhỏ, tại đây, phát sinh ra sóng điện từ Sóng điện từ này không chỉ lan truyềntheo đường nguồn mà còn lan truyền qua không khí Do đó, khi thiết bị này hoạtđộng, nó gây nhiễu đối với các thiết bị vô tuyến Mặt khác, do dòng qua thiết bikhông được liên tục, dạng sóng sin của dòng điện thường bị méo dạng so với dạngsóng sin chuẩn

ðối với động cơ sử dụng điện một chiều, về bản chất, điện xoay chiều qua cácthiết bị chỉnh lưu mà chủ yếu là diode để chuyển thành điện một chiều Thiết bị bándẫn thường bị giới hạn ở ngưỡng đóng/ngắt Do đó, trong quá trình chỉnh lưu, dòngđiện thường không liên tục khi chuyển từ nửa chu kỳ âm sang nửa chu kỳ dương vàngược lại ðiều này tạo ra một nhiễu có chu kỳ trong sóng hình sin Do sử dụng chổithan 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 sử dụng thiết bị chuyển mạch điện tử cũng gây ranhiễu điện từ do bản thân nó phải tạo ra các xung điều khiển Vận tốc của động cơthường cao nên tần số xung cũng rất cao Năng lượng cung cấp cho động cơ lớn nêndòng điện cung cấp cho động cơ cũng lớn ðiều này tạo ra tần số xung năng lượnglớn, 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 vôtuyến viễn thông

1.1.2.3 Biến tần

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 7

điều khiển động cơ có nhiều giải pháp khác nhau Trong đó, biến tần được sửdụng khá phổ biến Tuy nhiên, biến tần hoạt động theo nguyên tắc chuyển mạchnhanh của các van điện tử Tốc độ chuyển mạch của nó phụ thuộc vào tần số ngõ ramong muốn và cầu trúc của bộ chuyển mạch Tùy theo mục đắch sử dụng khác nhau

mà có thể sử dụng biến tần trực tiếp hoặc biến tần gián tiếp Tuy nhiên, cả hai loạiđều tạo ra một sự méo dạng sóng sin do sự đóng ngắt dòng điện và sự dóng ngắt nàykhông sử dụng tiếp điểm nên khả năng phát ra nhiễu điện từ cho các thiết bị vôtuyến xung quanh rất thấp Trong quá trình hoạt động của biến tần vẫn cần phải cóxung tần số cao để điều khiển Do đó, xung này sẽ xâm nhập vào đường nguồn gâynhiễu các thiết 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 vàgiảm sự méo dạng của dòng điện đối với thành phần cao tần, một mạch lọc có tổngtrở cao tần lớn được thêm vào để ngăn không cho sóng cao tần xâm nhập ngược vàođường nguồn

1.1.2.4 Thiết bị điện tử

Ngày nay, thiết bị điện tử chiếm tỷ lệ sử dụng khá cao Do tắnh phổ biến của

nó mà ngành điện lực cũng như các nhà sản xuất phải tìm cách giải quyết các ảnhhưởng 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 cho các thiết bị này là điệnxoay chiều Tuy nhiên, do sử dụng linh kiện bán dẫn, hầu hết các thiết bị này đều sửdụng các mạch chỉnh lưu để chuyển thành điện một chiều Loại thiết bị này được sửdụng chủ yếu cho việc điều khiển tự động, hỗ trợ con người và giải trắ

đánh giá tác động của thiết bị điện tử đến chất lượng điện năng có thể phântắch ở mặt sóng hài Sóng điện áp hoặc dòng điện có dạng hình sin Tuy nhiên, trongquá trình truyền tải từ nguồn đến nơi tiêu thụ thường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tốtác động Kết quả là dạng sóng không còn hình sin Quá trình phân tắch dạng sóngnày cho thấy, ngoài sóng hình sin ban đầu, còn gọi 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 phầnnày 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 Tắn hiệu này có tần số cao và cường độ rất nhỏ Nóđược chọn lọc, khuếch đại, đổi tần và tách sóng để tạo thành tắn hiệu âm tần Tắnhiệu âm tần được khuếch đại đến mức có thể kắch thắch dao động ở loa và phát ra âmthanh 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 đối với các tắn hiệu điện từ phắa bên ngoài nằmtrong vùng hoạt động của nó Vắ dụ, sét tạo ra một sóng điện từ với cường độ lớn, nó

dễ dàng xâm nhập vào máy 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 điệntồn tại nhiều sóng hài bậc cao, những sóng này cũng xâm nhập vào hệ thống máy thuthanh và gây ra nhiễu ở tắn hiệu âm thanh phát ra ở loa Tuy nhiên, thiết bị này cũng

có ảnh hưởng ngược lại đối với hệ thống điện và gây ra sụt giảm chất lượng điệnnăng đó là các dao động cao tần có trong máy thu thanh Hiện nay, để nâng cao khảnăng chọn lọc, hầu hết các máy thu thanh đều sử dụng phương pháp thu đổi tầng.điều này yêu cầu phải cần có một mạch dao động nội Mạch dao động nội này hoạtđộng ở tần số cao Chắnh dao động này tạo ra sóng hài phát ngược vào lưới Songsong đó, nó còn tạo ra sóng điện từ phát ra môi trường xung quanh và gây nhiễu cácthiết bị vô tuyến khác Với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật, các máy thuthanh hiện nay còn được kỹ thuật số hóa với việc điều khiển bằng nút nhấn, điềukhiển từ xa Trong quá trình thực hiện các chức năng điều khiển đó, bản thân nó phảitạo ra một hoặc nhiều xung điều khiển để đáp ứng nhanh các tác vụ điều khiển,xung điều 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 công suất lớn,thiết bị âm thanh nói chung và máy thu thanh nói riêng hiện nay đã áp dụng côngnghệ này Sự phát ra âm thanh với công suất lớn đã yêu cầu phải cần nhiều điện hơn

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 9

Tuy nhiên, tín hiệu âm thanh không phải có cường độ không đổi mà tăng giảm liêntục Do đó, dòng điện cũng tăng giảm liên tục Nếu công suất của nguồn không đápứng đủ nhu cầu điện năng, sự dao động điện áp không theo chu kỳ sẽ xảy ra ðể cóthể giảm được nhiễu loạn phát sinh trong quá trình hoạt động của máy thu thanhthông thường, người ta sẽ bao phủ toàn bộ phần cao tần của máy thu thanh bằng kimloại ðiều này sẽ ngăn không cho sóng điện từ phát ra môi trường xung quanh Mộtmạch lọc 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 thể xâmnhập vào thiết bị

ðối với việc dao động điện áp, thông thường một tụ điện có dung lượng lớnđược mắc song song với mạch điện Tụ điện này có vai trò tích điện khi điện áp dưthừa 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 đa dạng và phongphú Sự áp dụng các công nghệ hiện đại đã làm cho máy thu hình có nhiều chứcnăng hơn Tuy nhiên, cơ chế nhận và xử lý tín hiệu sóng điện từ thì ít có thay đổi.Tín hiệu điện từ được máy thu hình nhận thông qua antenna Bộ phận turner có tácdụng chọn lựa đài phát trước khi tín hiệu vào mạch khuếch đại Sau đó, tín hiệuđược đưa vào mạch tách sóng Tại đây, tín hiệu hình và âm thanh được tách ra khỏitín hiệu chung Tín hiệu hình được đưa vào mạch điều chế trước khi xuất ra mànhình Tín hiệu âm thanh được đưa vào mạch khuếch đại âm tần và xuất ra loa Phầnlớn các ảnh hưởng của máy 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 ýrằng, phần điều chế và tạo hình của máy thu hình tiêu tốn rất nhiều năng lượng ðốivới màn hình 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 dụng máybiến áp tăng áp với tần số dao động khá cao Bộ phận lái electron sử dụng từ trường

và điện trường Do đó, xung quanh màn hình CRT nói chung đều có từ trường và

điện trường lớn Từ trường và điện trường này có cường độ thay đổi theo tín hiệuhình Do đó, nó dễ dàng xâm nhập vào các thiết bị vô tuyến khác nhất là thiết bị hoạtđộng ở tần số thấp và trung ðối với các màn hình LCD, điện năng tiêu thụ giảmđáng kể do không cần năng lượng để bức electron Tuy nhiên, cần phải có xungđóng ngắt liên tục để làm tắt sáng từng điểm ảnh Công nghệ càng phát triển, yêucầu tốc độ quét phải nhanh, do đó, tần số xung ngày càng cao và càng gây ra nhiễuđiện từ Tần số hoạt động của máy thu hình nói chung cao hơn máy thu thanh Do

đó, để tránh cao tần xâm nhập hoặc truyền vào lưới thông qua đường nguồn, người

ta sử dụng cuộn kháng cao tần để chặn

1.3.3 Sóng điện từ trong dải tần rộng

Dải tần số này đã được quốc tế ấn định từ 1GHZ đến 52GHz là khoảng màcác suy giảm gây ra bởi các hấp thụ trong tầng khí quyển ở mức độ có thể chấp nhậnđược Trong dải tần này, một số tần số hay được sử dụng lại được sắp xếp theo cácbăng tần con có tên là các băng L, S, C, X, Ku, K, Ka ðây là tên gọi được sử dụngkhá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới nhưng không phải là các qui định chính thứcđược quốc tế công nhận

1.3.4 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 thấphơn tần số của ánh sáng, đó là sóng radio

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 11

Hình 1.2 Biểu đồ chiếu radio và sóng điện từSóng dùng trong radio có tần số trong khoảng 3Hz (dải tần ELF) đến 300GHz(dải tần EHF) Tuy nhiên, từ dải tần SHF đến EHF, tức là từ tần số 3GHz đến300GHz, bức xạ điện từ này thường được gọi là sóng vi ba

3MHz

30MHz

300MHz

3MHz

30MHz

300MHz

GHz

300GHzBảng 1.1 Phổ tần số radio

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 tia hồng ngoại,

vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là tùy ý và thay đổi trong các lĩnh vựcnghiên cứu khác nhau, Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần củaphổ tần số cao

Phổ vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng 1GHzđến 1000GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả những tần số thấp hơn Những ứngdụng vi ba phổ biến nhất ở khoảng 1GHz đến 40GHz.

Phổ tần số vi ba

Ký hiệu Dải tần

Bă

n g L 1 đến 2 GHzBă

n g S 2 đến 4 GHzBă

n g C 4 đến 8 GHzBă

n g X 8 đến 12 GHzBă

n g K u 12 đến 18 GHzBă

n g K 18 đến 26 GHzBă

n g K a 26 đến 40 GHzBă

n g Q 30 đến 50 GHzBă

n g U 40 đến 60 GHzBă

n g V 50 đến 75 GHzBă

n g E 60 đến 90 GHzBă

n g W 75 đến 110 GHzBă

n g F 90 đến 140 GHzBă

n g D 110 đến 170 GHz

Bảng 1.2 Phổ tần số vi ba

Chỉ định phổ tần số lò vi sóng (IEEE):

Tần số Cũ Mới

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 13

Phát thanh cảnh báo, dẫn lái

300-3000 1000-100 m Tần số trung Phát sóng AM, đài phát thanh bảo

kHz bình (MF) vệ biển/bờ biển.

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

thanh không chuyên, tàu cập bờ,truyền thông từ tàu biển tới máybay

30-300 MHz 10-1 m Tần số rất cao

(VHF)

Truyền hình, phát sóng FM, kiểmsoát giao thông hàng không, cảnh sát, phát thanh di động

siêu cao (SHF)

Radar trên không, liên kết vi ba,truyền hình vệ tinh, thông tin di động, wireless, …

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 15

Hình 1.3 Lồng FaradayVới một lồng thép, khi có sóng điện từ gây cảm ứng trên lòng thép một dòngđiện, dòng điện này chỉ phân bố bên ngoài lồng, và bên trong không có điện tích.Chính vì thế lồng kim loại có khả năng ngăn cản được các sóng điện từ ðiều nàyđược áp dụng cho các dây tín hiệu, để chống nhiễu người ta bọc kim loại Các thiết

bị điện tử để chống nhiễu người ta làm một lồng kim loại bọc lại ðặc 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 ta thườngthấy có dây thứ ba không có vỏ bọc bên ngoài hai dây còn lại: dây này là dây chốngnhiễu ngăn không cho các sóng điện từ khác có thể gây nhiễu lên dây tín hiệu làmsai lệch tín hiệu gửi về hộp

Cáp đồng trục:

Cáp đồng trục là một kiểu đường truyền được sử dụng để truyền công suấtđiện tần số cao Chúng ta đã biết, công suất điện tần số cao có thể truyền trongkhông gian tự do Công nghệ radio và truyền hình đặt thông tin của chúng lên côngsuất truyền đi, nó được gọi là điều chế Do đó, công suất truyền đi mang thông tinhình 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 bao bọc bởimột vật liệu cách ly là chất điện môi không dẫn điện, xung quanh chất điện môiđược bọc bằng dây bện kim loại vừa làm dây dẫn vừa bảo vệ khỏi sự phát 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 đểtruyền tin cho băng tần cơ bản hoặc băng tần rộng Cáp đồng trục loại to dùng chotruyền tin xa, cáp đồng trục loại nhỏ dùng cho đường gần Tốc độ truyền tin qua cápđồng trục có thể đạt tới 35Mbit/s

Ngoài ra cáp đồng trục còn chia làm hai loại: cứng và dẻo Loại cứng có mộtlớp bảo vệ dày đặc, còn loại dẻo là một viền bảo vệ thường là dây đồng Sự suy giảm

và trở kháng của dung môi có ảnh hưởng quan trọng đến tính năng của cáp Dungmôi có thể đặc hoặc rỗng Tận cùng của cáp là một đầu kết nối RF

ðặc tính của cáp đồng trục là độ suy hao ít hơn so với các loại cáp đồng khác

Do ít chịu ảnh hưởng của môi trường, các mạng cục bộ sử dụng cáp đồng trục có thể

có kích thước trong phạm vi vài ngàn mét Cáp đồng trục thường sử dụng trong cácmạng 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 làm việc ở cùng tốc độ nhưng cáp đồngtrục mỏng có độ suy hao tín hiệu lớn hơn

1.4.2 Sử dụng polymer dẫn

Tiến hành tổng hợp polyaniline có thể sử dụng làm nguyên liệu lá chắn cho sựkiểm soát của nhiễu điện từ (EMI) trong dải tần số vô tuyến điện và tại 101GHz Cácvật liệu tổng hợp tiến hành cho thấy một hiệu quả che chắn trong khoảng 20dB đến

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 17

60dB tùy thuộc vào mức nạp của các polymer dẫn trong ma trận nhiệt dẻo Các đặctắnh của polymer dẫn được thực hiện bằng cách phân tắch trọng lượng nhiệt bằng kỹthuật quang phổ

Các yếu tố thúc đẩy rất nhiều công việc trên polymer dẫn là để tìm phươngpháp thực hiện chế polymer trong mẫu thắch hợp cho các ứng dụng công nghệ chẳnghạn như che chắn nhiễu điện từ Những polymer hữu cơ có độ dẫn điện tương đươngvới kim loại và chất bán dẫn Việc thực hiện tổng hợp polymer lần đầu tiên phát hiệnbởi Shiakawa năm 1977 có độ dẫn điện 105 S/cm, trong khi đồng có độ dẫn 106S/cm Similarty khác thực hiện polymer như poly-p-phenylene, poly pyrrole, polythiophene, poly aniline và như vậy độ dẫn điện từ 10 S/cm đến 1000 S/cm đã cócuộc cách mạng trong lĩnh vực nghiên cứu với ý tưởng là dẫn điện có thể được thayđổi với những pha tạp Chúng có được tầm quan trọng hơn vật liệu bán dẫn vô cơtrong các ứng dụng vì lượng phát thanh cường độ cao, độ bền, chi phắ thấp, và dễchế biến 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 che chắn tần

số vô tuyến tại các lĩnh vực khác nhau, nơi mà trọng lượng nhẹ, linh hoạt và ổn địnhmôi trường là cần thiết Vấn đề này đã được đề cập tới bằng cách phát triển các hợpchất polymer, tiến hành bằng cách pha trộn polymer dẫn với các polymer truyềnthống như PVC, PMMA, PS, Ầ Mà trong hỗn hợp thực hiện, cường độ cơ họcđược cung cấp bởi các polymer cách điện và các polymer dẫn điện Các không phùhợp trong polymer dẫn cũng được giải quyết bằng cách ghép các polymer dẫn vàocách điện bề mặt như vải Sự tổng hợp polymer polyaniline dẫn được thực hiện bởipolymer oxy hóa là 0,1M giải pháp của aniline trong môi trường axắt hữu cơprotonic (pH 0,5-2,5) trong lò phản ứng ở 2-50C Những chất điện giải sử dụng là p-toluene sulphonic axắt, dodecylbenzene sulphonic axắt hoặc hydrochloric axắt.Những vật liệu tổng hợp của polymer dẫn với polymer truyền thống như polystyrene

và polymethyl methacrylate, thực hiện bằng kỹ thuật pha trộn tan chảy trong khoảngnhiệt độ từ 180-2200C, trong một máy trộn, pha trộn trong 5 phút, ở mức 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 có kích thước cụ thể sau đóđược sử dụng để che chắn EMI Các phép đo EMI tại 101GHz được thực hiện bằngcách sử dụng một bộ dao động ghi giai đoạn của máy phát điện 101GHz, Model No.

956 W4-010-101, S/N 033 sử dụng antenna sừng hình nón, Model No 458264-1031S/N 012 và mm sóng nhận được thiết lập bao gồm các antenna sừng hình kim tựtháp, Model No 861, W/387, S/N 483 Hiệu quả che chắn được đo bằng cách ghinhận các năng lượng có và không có các mẫu bằng cách đặt gần với bề mặt củaantenna 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 năng lượngđĩa có điện dung là 25pF ở khoảng cách này Tĩnh thời gian phân rã của các vật liệutổng hợp thực hiện được đo bằng cách sử dụng hệ thống công nghệ điện 406D StaticDecay Meter

Sự ổn định nhiệt của polymer dẫn được xác định bởi phân tích nhiệt trọngbằng cách ghi các nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng đến 8000C trong khí nitơ ở tốc

độ quét 100C/min

Hình 1.5 Các hình ảnh nhiệt kế cho thấy một hợp chất cơ sở cho thấy tối đatrọng lượng mất không đáng kể ở 4340C, từ 4340C đến 5840C, trọng lượng mất là30% 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

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 19

Hình 1.6 Hiển thị các đường cong TGA của polyaniline pha tạp với các ionhữu cơ tosylate tạp chất Các đường cong phân tích thử nghiệm của polyanilinepolymer 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 cao phân tử ðiều này

có nghĩa là polyaniline dẫn có thể được sử dụng cho hoạt động pha trộn với nhựanhiệt 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 giảm củamột sóng điện từ do lối đi của nó qua một lá chắn Nó được đo bằng tỷ số của cường

độ trường mà trên các rào cản đối với các độ lớn của trường được truyền tải qua ràochắn 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 sóng truyền qua

Những thiết lập cho việc đo lường hiệu quả che chắn EMI Các kết quả cho thấyhiệu quả che chắn chỉ ra rằng nạp 2% và 5% polymer dẫn cho thấy một hiệu quả chechắn tại 4,23dB và 8,24dB, trong khi nạp 10% polymer dẫn điện trong polystyrenecho một hiệu quả che chắn tại 11,32dB Nạp 30% polymer dẫn điện trong một máychủ lưu trữ ma trận cho một hiệu quả che chắn tại 32,46dB Nạp cao hơn củapolymer dẫn cho thấy một hiệu quả che chắn tại 42,8dB (nạp 40%) và 58,6dB (nạp50%) Tải trọng thấp của polymer dẫn điện trong máy chủ lưu trữ ma trận có thể sử

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 20

dụng cho hệ thống đòi hỏi các tham số chống tĩnh điện trong khi nạp polymer cao cóthể được dùng để che chắn các nhiễu điện từ (EMI) ở 101GHz hay 110GHz

1.4.3 Sử dụng bộ lọc

Những bộ lọc thường được dùng trong việc lọc các tín hiệu trong một băngtần và được phân loại thành bộ lọc thông thấp (cho tần số thấp đi qua), bộ lọc thôngcao (chỉ cho tần số cao đi qua), bộ lọc thông dải (cho tần số ở một băng đi qua) vàbăng cấm (không cho một băng tần số đi qua) Biểu đồ thường dùng để biểu diễn đặcđiểm của đáp ứng tần số là sự suy hao theo tần số với sự suy hao có đơn vị là dBđược 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 bốn dạng của bộ lọc được biểu diễn trên hình 1.7

Hình 1.7 Các kiểu bộ lọcNhững bộ lọc có cùng trở kháng ngõ ra hoặc ngõ vào có thể được ghép vớinhau để kiểm soát toàn bộ các đặc tính của dải thông/loại bỏ Ví dụ, bộ lọc thôngthấp có thể được ghép với bộ lọc thông cao để tạo thành bộ lọc thông dải (hình 1.8).Chú ý tần số cutoff của bộ lọc thông cao nằm ở bên dưới tần số cutoff của bộ lọcthông 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) Dĩnhiên bộ lọc thông thấp và thông cao với tần số cutoff trùng nhau có thể được kếtnối 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

ðồ thị vẽ đặc tính đáp ứng tần số của bốn loại bộ lọc đã được lý tưởng hóa, đó

là các cạnh vuông ở tần số cutoff Chúng ta thấy rằng, không có gì là lý tưởng vàgiảm suy hao tại tần số cutoff là độ dốc tương ứng theo sơ đồ (hình 1.10) Tần sốcutoff bây giờ được định nghĩa như là sự xuất hiện của nó khi suy hao đi 3dB

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 22

Lý thuyết của góc pha mạng antenna cung cấp điểm khởi đầu cho việc nghiêncứu FSS Amitay, Galindo and Wu4 đã nghiên cứu một cách kỹ lưỡng vấn đề này.Nhiều lý thuyết cho FSS dựa trên cơ sở lý thuyết của góc pha mạng antenna, phươngpháp thích hợp nhất cho cấu trúc FSS được nghiên cứu bởi Wu Mặc dù các lýthuyết FSS được mô tả đã khẳng định, vẫn còn nhiều việc phải làm trong phạm viphân tích định lượng lý thuyết các cấu trúc đó

Cùng với sự phát triển của máy tính trong nửa thập niên qua, cho phép phântích số học toàn diện dựa vào các đặc điểm quang phổ của FSS, như tính chu kỳ,kích thước hình học của các lỗ hở/miếng đắp Mô hình của Chen dựa trên cơ sở phântích 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 phép nhữngphần tử hình chữ nhật đơn giản được sắp xếp trong một nhóm để tạo ra được nhữngthiết kế bộ lọc phụ thuộc vào độ phân cực thấp hơn trong khi vẫn duy trì được đặctính cộng hưởng

Như đã nói ở trên, một tấm vật liệu dẫn điện được đục lỗ hở một cách tuầnhoàn hoặc một mảng những miếng đắp tuần hoàn bằng kim loại cấu thành nên một

bề mặt lựa chọn tần số (FSS) ðối với những sóng điện từ, hai hình dạng cùng loại

đã được bàn đến trong các tài liệu [5] Hình dạng thứ nhất, thường được gọi là mộtFSS cảm ứng, hoạt động tương tự như một bộ lọc dải cao Trường hợp thứ hai, hayFSS điện dung, tương tự như bộ lọc dải thất Nếu những thành tố tuần hoàn trong sốnhững đặc tính cộng hưởng FSS, FSS cảm ứng sẽ nhận tất cả sự truyền tại nhữngbước sóng gần với bước sóng cộng hưởng trong khi FSS điện dung sẽ nhận tất cả sựphản xạ

Những FSS cảm ứng và điện dung lấy tên của chúng theo lý thuyết mạch.Hình 1.11 biểu diễn một FSS cảm ứng và điện dung đặc trưng tương ứng được xâydựng 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 FSS cùng với những đặc tính truyềntương ứng Những miếng ghép hình chữ nhật bằng kim loại trong FSS điện dunghoạt động tương tự như một mạch điện dung Tương tự như vậy, những lỗ hở hình

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 24

chữ nhật trong FSS cảm ứng hoạt động giống như một mạch cảm ứng Miller17 cungcấp một cuộc bàn luận thấu đáo về kỹ thuật lý thuyết mạch trong mối quan hệ vớicác FSS

Hình 1.11 Những 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 tử tuần 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 kích thước

và tính chu kỳ giống nhau thì hai bộ lọc sẽ chính là sự bổ sung lẫn nhau Nếu cấutrúc kim loại của bộ lọc được coi là dẫn điện tuyệt đối thì những ứng dụng củanguyên lý Babinet sẽ chỉ ra rằng đặc tính phản xạ của FSS điện dung sẽ giống sựphản xạ của đặc tính truyền FSS cảm ứng Tính truyền 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 lý Babinet cho cấu trúc FSS yêu cầu không có sựhiện diện của chất nền, và điện trường là của “sự phân cực bổ sung” như mô tả tronghình 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 sẽ tạo ra một bềmặt bộ lọc kim loại phẳng đọng trên chất nền ðối với bộ lọc loại cảm ứng, một tấmkim loại (thường đọng trên một chất nền) được đục thủng để có các lỗ hở

ðộ dày của FSS liên quan đến bước sóng mà nó được sử dụng sẽ quyết địnhliệu 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 ðối với những bộ lọc mỏng, có thể môhình hóa chúng giống như trường hợp hữu hạn “mỏng vô hạn” Một mô hình nhưvậy, giả sử rằng những vùng tới và vùng truyền gặp nhau tại mặt phẳng bộ lọc, vớinhững điều kiện ranh giới bộ lọc sau đó được lên khuôn tại mặt phẳng bộ lọc này.Trong mô hình bộ lọc này, ranh giới vùng tới vừa khít với mặt tới của bộ lọc (đỉnhcủa bộ lọc) Mô hình này có hai vùng ranh giới khác biệt nhau cần được nối khít lạinhư được lên khuôn thành một vùng duy nhất trong mô hình mỏng

Gỉa sử rằng bề mặt là dẫn điện tuyệt đối, người ta có thể làm đơn giản quátrình mô hình hóa, đặc biệt là đối với mô hình bộ lọc mỏng Một số kỹ thuật, ví dụnhư công trình của Chen 1, 2, 3, kết hợp những trường hợp hi hữu khi chất liệu dẫnđiện tuyệt đối với giả định mô hình mỏng vô hạn, để giúp nới lỏng những yêu cầutính toán của vấn đề này Vì hầu hết những kỹ thuật in bàn thạch sử dụng trong việcxây dựng FSS trong vùng hồng ngoại đều sử dụng những kim loại như nhôm hoặcvàng – những chất liệu có tính dẫn điện cao trong chế độ bước sóng này, nên một

mô hình giả sử rằng một chất liệu dẫn điện tuyệt đối sẽ cung cấp một xấp xỉ hợp lýcho bộ lọc thực tế

Vì những lý do được nói ở phần này, người ta đã quyết định mô hình hóa FSS

sử dụng trong nghiên cứu này là một cấu trúc phẳng, mỏng vô hạn, dẫn điện tuyệtđối Mặc dù mô hình này không giải thích hết được tất cả mọi loại FSS, nhưng một

mô hình như thế này sẽ giải thích thỏa đáng cho phần lớn những FSS được xây dựng

để sử dụng trong vùng bước sóng hồng ngoại

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật 26

Những phần tử tuần hoàn trong một FSS thường đều được sắp xếp trong mộtmảng hình chữ nhật như trong hình 1.12 Tuy nhiên, sự sắp xếp hình học tổng quáthơn là một mảng hình tam giác này nằm dọc theo trục x và nghiêng về phía trục y.Nếu góc nghiêng a = 900 thì mảng hình tam giác sẽ biến thành mảng hình chữ nhật

Cần phải chỉ ra rằng trường tới được coi là sóng phẳng Góc tới và phân cựckhông hạn chế trong mô hình FSS Các trạng thái phân cực được chia thành trạngthái trực giao TE (trường điện vuông góc với mặt phẳng tới) và song 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 Vì những lỗhở/miếng đắp của FSS được sắp xếp theo kiểu tuần hoàn nên có thể mô tả trường tạimặt phẳng bộ lọc dưới dạng một ngăn tuần hoàn bộ phận duy nhất ðịnh lý củaFloquet phát biểu rằng nếu một biểu thức vi phân tuyến tính có những hệ số tuầnhoàn 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 ứng dụng định lý này, trường trongbất cứ ngăn tuần hoàn nào khác cũng sẽ liên quan đến ngăn tham khảo dưới dạngmột hàm mũ Tại những bước sóng nhỏ hơn bước sóng sườn nhiễu xạ, những thứ tựnhiễu cao hơn sẽ sinh ra trong vùng trường xa Với những bước sóng lớn hơn bướcsóng sườn nhiễu xạ, chỉ thứ tự 0 sinh ra

Tại một bước sóng ngắn hơn một chút khi một thứ tự nhiễu cao hơn bắt đầusinh ra, những sự bất bình thường của Wood (Wood’s anomalies19, 20, 21) có thể xuấthiện ðây là những vùng bước sóng của phản hồi quang phổ bất thường – nơi cónhững thay đổi nhanh chóng trong đặc tính truyền/phản xạ của FSS (và những lướinhiễu xạ nói chung) Trong một mảng hình tam giác đặc 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 là khoảng cách vật lý giữa tâm của hai phần tửtuần 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 trước tiênđược dùng trong những ứng dụng lọc Một số ứng dụng bao gồm những bộ lọc thôngdải, bộ phân cực và bộ tách tia Như đã nói ở trên, nếu những phần tử tuần hoàntrong một FSS tạo ra những đặc điểm cộng hưởng, thì FSS cảm ứng sẽ chứa tất cả sựtruyền tại những bước sóng gần bước sóng cộng hưởng, trong khi đó, FSS điện dung

sẽ chứa tất cả sự phản xạ ðặc điểm này cho phép FSS với những phần tử thích hợphoạt động giống như bộ lọc thông dải 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 ứngdụng chi tiết của những loại bộ lọc FSS này bao gồm những bộ lọc dải hẹp dùngtrong thiên văn học và những bộ lọc dùng cho thiết bị tàu vũ trụ