Phân tích và thiết kế phòng thử nghiệm tương thích điện từ

Lời cảm ơn Để hồn thành chương trình cao học viết Luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo, cán bộ, nhân vi ên Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt trình học tập hoàn thành Luận văn Thạc sĩ Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đào Ngọc Chiến, người trực tiếp bảo, tận tâm hướng dẫn, định hướng cho em suốt trình nghiên cứu hoàn thành Lận văn Thạc sĩ Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Thẩm Đức Phương dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên c ứu giúp em hoàn thành Luận văn Nhân đây, xin chân thành cảm ơn Thượng Anh, anh Khanh - Cục Tần số vô tuyến điện, anh Hùng - Agilent Technologies Việt Nam, bạn lớp CH khóa 2010B tạo điều kiện giúp đỡ tơi trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm luận văn cho em đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, nơi sinh thành, nuôi dưỡng động viên nhiều thời gian qua, xin cảm ơn em động viên giúp đỡ anh trai Xin chân thành cảm ơn Hà nội, tháng 03 năm 2012 Học viên Ưng Sỹ Minh LỜI CAM ĐOAN Ngoài giúp đỡ hướng dẫn giảng viên PGS.TS Đào Ngọc Chiến, luận văn sản phẩm q trình tìm tịi, nghiên cứu tác giả vấn đề đặt luận văn Mọi số liệu, quan điểm, phân tích, đánh giá, kết luận tài liệu nhà nghiên cứu khác trích dẫn theo quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Hà nội, tháng 03 năm 2012 Tác giả Ưng Sỹ Minh LỜI NÓI ĐẦU Đi kèm phát triển bùng nổ lĩnh vực công nghệ viễn thông, công nghệ thông tin, điện, điện tử gia tăng mức độ phát xạ điện từ vào môi trường gây hoạt động sai lệch thân thiết bị thiết bị lân cận, chí mối nguy hại cho sức khỏe người môi trường xung quanh Vì thế, từ năm 1996 nhiều quốc gia Liên hiệp Châu Âu, Mỹ, Úc, Nhật ban hành Luật tuân thủ tương thích điện từ (EMC) áp dụng quy định bắt buộc EMC cho sản phẩm Tại Việt Nam, có hai yếu tố làm vấn đề EMC ngày trở nên cấp thiết Một là, xuất phát từ mục tiêu hội nhập vào kinh tế khu vực ASEAN, APEC, WTO , việc tuân thủ qui định quốc tế EMC điều tất yếu phải thực Hai là, nhu cầu việc tuân thủ qui định EMC xuất phát từ phát triển kinh tế nước ta Việc đảm bảo EMC góp phần kiểm sốt nguồn nhiễu điện từ để từ sử dụng hiệu phổ tần số phòng ngừa, hạn chế can nhiễu xảy thiết bị, đặc biệt can nhiễu nghiệp vụ thông tin vơ tuyến điện, an tồn cứu nạn hay giúp kiểm soát khả miễn nhiễm điện từ để đảm bảo hoạt động liên tục hệ thống an tồn có nhiễu bên ngồi tác động Bên cạnh đó, đảm bảo quy định EMC góp phần hạn chế nhạy cảm thiết bị điều khiển điện tử (rơ le, chuyển mạch,…) nguồn nhiễu điện từ làm thay đổi trạng thái thiết bị, hệ thống gây nguy hiểm cho người tài sản hoạt động sai chức Từ nhu cầu trên, việc nghiên cứu xây dựng phịng thử nghiệm tương thích điện từ việc làm mang tính cấp thiết Vì vậy, phạm vi luận văn thạc sỹ mình, hướng dẫn PGS.TS Đào Ngọc Chiến, chọn nghiên cứu đề tài: “Phân tích thiết kế phịng thử nghiệm tương thích điện từ” Luận văn trình bày sau: - Phần mở đầu: Trình bày lý chọn đề tài, lịch sử nghiên cứu, mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, tóm tắt luận điểm phương pháp nghiên cứu - Chương 1: Giới thiệu chung EMC Giới thiệu tổng quan EMC giới Việt Nam Giới thiệu số tiêu chuẩn EMC - Chương 2: Mơ hình đo lường đánh giá EMC Trình bày mơ hình đo lường đánh giá EMC, thiết bị đo dùng EMC - Chương 3: Các loại phòng cách ly dùng EMC Tập trung nghiên cứu vật liệu hấp thụ, GTEM, phòng hấp thụ phòng bán hấp thụ, OATS - Chương 4: Thiết kế phịng thử nghiệm tương thích điện từ Thiết kế phịng, u cầu tính kỹ thuật đo EMC, lựa chọn thiết bị xây dựng hệ thống đo EMC - Chương 5: Kết bàn luận Trình bày kết nghiên cứu tác giả - Chương 6: Kết luận kiến nghị Trình bày kết luận tác giả điều đạt luận văn hướng nghiên cứu đề tài Trong trình thực đề tài, tác giả cố gắng vấn đề rộng lớn tương đối khó nên khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết chạn chế Tôi mong nhận ý kiến đóng góp để phát triển, hồn thiện để đạt kết nghiên cứu tốt đưa vào ứng dụng sống MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 12 PHẦN MỞ ĐẦU 15 Lý chọn đề tài 15 Lịch sử nghiên cứu 16 Mục đích nghiên cứu 16 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 16 Các luận điểm đóng góp tác giả 16 Phương pháp nghiên cứu 17 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ Error! Bookmark not defined 1.1 Tổng quan EMC giới Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.1.1 Khái niệm EMC Error! Bookmark not defined 1.1.2 Vấn đề tương thích điện từ giới khu vựcError! Bookmark not defined 1.1.3 Vấn đề tương thích điện từ Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.2 Tiêu chuẩn EMC Việt Nam giới Error! Bookmark not defined 1.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.2.2 Tiêu chuẩn EMC giới Error! Bookmark not defined 1.3 Phòng thử nghiệm tương thích điện từ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG II: MƠ HÌNH ĐO LƯỜNG ĐÁNH GIÁ EMCError! Bookmark not defined 2.1 Đo lường đánh giá EMI Error! Bookmark not defined 2.2 Đo lường đánh giá EMS Error! Bookmark not defined 2.3 Các thiết bị đo dùng phòng thử nghiệm EMC 37 2.3.1 Anten 37 2.3.2 Mạch ổn định trở kháng đường dây nguồn 39 2.3.3 Đầu dò 39 2.3.4 Máy phân tích phổ 41 2.3.5 Máy thu đo 41 2.3.6 Máy phát tín hiệu thử 42 2.3.7 Bàn xoay 43 2.3.8 Các lọc 44 CHƯƠNG III: CÁC LOẠI PHÒNG CÁCH LY DÙNG TRONG THỬ NGHIỆM EMC Error! Bookmark not defined 3.1 Vật liệu hấp thụ điện từ Error! Bookmark not defined 3.1.1 Vật liệu hấp thụ siêu cao tần 45 3.1.1.1 Vật liệu hấp thụ hình chóp 45 3.1.1.2 Vật liệu hấp thụ hình nêm 53 3.1.1.3 Vật liệu hấp thụ hình xoắn 54 3.1.1.4 Vật liệu hấp thụ đa lớp điện môi 55 3.1.1.5 Vật liệu hấp thụ điện môi hỗn hợp 56 3.1.1.6 Vật liệu hấp thụ đặt mặt sàn 57 3.1.2 Vật liệu hấp thụ tần số thấp 58 3.1.2.1 Vật liệu hấp thụ Ferrite 60 3.1.2.2 Vật liệu hấp thụ hỗn hợp Error! Bookmark not defined 3.2 Buồng GTEM Error! Bookmark not defined 3.3 Phòng cách ly Error! Bookmark not defined 3.3.1 Phịng hấp thụ hồn tồn FAC Error! Bookmark not defined 3.3.2 Phòng bán hấp thụ SAC Error! Bookmark not defined 3.4 Mô hình thử nghiệm ngồi trời OATS Error! Bookmark not defined 3.4.1 Tính Error! Bookmark not defined 3.4.2 Các thành phần OATS Error! Bookmark not defined CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHÒNG THỬ NGHIỆM EMC 70 4.1 Kỹ thuật thiết kế phòng 70 4.1.1 Các điều kiện yêu cầu cho việc thiết kế phòng 70 4.1.1.1 Điều kiện pha 70 4.1.1.2 Phân cực 71 4.1.2.3 Công thức đường truyền Friss 72 4.1.2 Phương pháp nghiên cứu Ray Tracing 72 4.1.3 Thủ tục kiểm tra chất lượng phòng hấp thụ 78 4.1.4 Kích thước phịng đo EMC 82 4.2 Yêu cầu tính kỹ thuật đo EMC Error! Bookmark not defined 4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống thiết bị Error! Bookmark not defined 4.2.1.1 Yêu cầu công Error! Bookmark not defined 4.2.1.2 Yêu cầu tiêu chuẩn 83 4.2.1.3 Yêu cầu công nghệ 83 4.2.1.4 Yêu cầu chế độ vận hành 84 4.2.2 Yêu cầu phịng đo 3m phịng đo có che chắn RF 84 4.2.2.1 Phòng đo 3m 84 4.2.2.2 Phịng có che chắn RF 84 4.3 Lựa chọn cấu hình thiết bị 85 4.3.1 Tính hợp chuẩn 86 4.3.2 Hệ thống đo phát xạ nhiễu điện từ (đo EMI) 87 4.3.3 Hệ thống thử nghiệm miễn nhiễm điện từ (đo EMS)8Error! Bookmark not defined 4.3.4 Hệ thống giám sát EUT Error! Bookmark not defined 4.3.5 Hệ thống thử nghiệm miễn nhiễm độ Error! Bookmark not defined 4.4 Xây dựng hệ thống đo EMC 94 4.4.1 Đo phát xạ nhiễu điện từ theo CISPR 22:2006/EN55022:2006 94 4.4.1.1 Đo nhiễu dẫn cổng nguồn 94 4.4.1.2 Đo nhiễu phát xạ tần số vô tuyến 94 4.4.2 Thử nghiệm miễn nhiễm điện từ theo IEC/EN 61000 105 4.4.2.1 IEC 61000-4-3:2006 Miễn nhiễm nhiễu phát xạ tần số vô tuyến 105 4.4.2.2 IEC 61000-4-6:2008 Miễn nhiễm nhiễu dẫn tần số vô tuyến 106 4.4.2.3 IEC 61000-4-2:2008 Miễn nhiễm tượng phóng tĩnh điện (EDS) 111 4.4.2.4 IEC 61000-4-5:2005 Miễn nhiễm xung 114 4.4.2.5 IEC 61000-4-8:2009 Miễn nhiễm từ trường tần số nguồn 120 4.4.2.6 IEC 61000-4-11:2004 Miễn nhiễm tượng sụt áp, ngắt quãng thay đổi điện áp 122 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 125 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 PHỤ LỤC 129 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Current AE Auxillary Equipment ASEAN Association of Southeast Asian Nations ADC Analog to Digital Converter ANSI American National Standards Institute AM Amplitude Modulation AMN Artificial Mains Network AP Access Panel APEC Asia-Pacific Economic Cooperation CCITT International Telegraph and Telephone Consultative Committee Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique CCS Conductive Cellular Structure CDN Coupling/Decoupling Networks CE European Conformity CENELEC European Committee for Electrotechnical Standardization CISPR International Special Committee on Radio Interference CN Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques Coupling Network CP Connection Points DC Direct Current DN Decoupling Network EMF Electromagnetic Field EFT Electrical Fast Transients EM ElectroMagnetic EMC ElectroMagnetic Compatibility e.m.f electromotive force EMI ElectroMagnetic Interference EMS ElectroMagnetic Susceptibility ETSI European Telecommunications Standards Institute EU European Union EN European Standard EUT Equipment Under Test ESD Electrostatic Discharge FAC Fully Anechoic Chamber FDMA Frequency Division Multiple Access FDTM Finite Difference Time Domain FFC Federal Communication Commission FM Frequency Modulation GRP Ground (Reference) Plane GSM Global System for Mobile Communications GTEM Gigahertz Transverse ElectroMagnetic HCP Horizontal Coupling Plane HPF High-Pass Filter I2C Inter Integrated Circuit IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IEC International Electrotechnical Commission IPC Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits ISA International Society for Measurement and Control ISM Industrial, Scientific and Medical ISN Impedance Stabilization Networks ISO International Organization for Standardization ITU International Telecommunication Union IT Information Technology ITE Information Technology Equipment I/O Input/Output JICA Japan International Cooperation Agency MIL-STD Military Standard LISN Line Impedance Stabilization Network LPF Low-Pass Filter NIST National Institute of Standards and Technology NSSN National Standards System Network OATS Open Area Test Site QCVN Quy Chuẩn Việt Nam QUATEST Quality Assurance and Testing Center RF Radio Frequency r.m.s root mean of squares SAC Semi Anechoic Chamber SAE Society of Automotive Engineers SGH Standard Gain Horn S/N, SNR Signal to Noise Ratio SR Shielding Room TCN Tiêu Chuẩn Ngành TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam TEM Transverse ElectroMagnetic TIA Telecommunications Industry Association UL Underwriters Laboratory US United States VCCI Voluntary Control Council for Interference VCP Vertical Coupling Plane VDE Verband der Elektrotechnik VSWR Voltage Standing Wave Ratio WTO World Trade Organization 10 ... giới Thử nghiệm EMC tham gia vào tất công đoạn thử nghiệm sản phẩm: thiết kế sản phẩm mẫu, sản xuất thử lô số 0, xuất xưởng, xuất nhập sản phẩm Để thử nghiệm khả tương thích điện từ thiết bị (điện, ... nhiễu có khả thử nghiệm dải tần số từ 10 kHz đến 10 GHz Thử nghiệm tương thích điện từ cho nhóm sản phẩm điện- điện tử thiết bị điện, điện tử gia dụng, máy tính thiết bị ngoại vi, thiết bị viễn... chuẩn EMC họ sản phẩm 1.3 Phịng thử nghiệm tương thích điện từ Trong luận văn đề cập đến phòng cho thử nghiệm tương thích điện từ cho sản phẩm điện, điện tử, vô tuyến điện công nghệ thông tin nhập