Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TIỂU LUẬN MÔN HỌC TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU BUỒNG TRIỆT NHIỄU Giảng Viên Hướng dẫn : PGS TS Tăng Tấn Chiến Học viên thực hiện Lớp : Nguyễn Văn Thông : Cao học kỹ thuật điện tử K25 Tháng 11, năm 2013 MỤC LỤC Tóm tắt tiểu luận …………………………………………… …………………4 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Chương 1: Tổng quan buồng triệt nhiễu ……………………….… ……… 1.1 Vai trò buồng triệt nhiễu ………………………………… ………….………… 1.2 Buồng triệt nhiễu khứ ………………………… ………………6 1.3 Độ an toàn buồng triệt nhiễu ………………………………… ………………….7 1.4 Nguyên lý hoạt động buồng triệt nhiễu …………………… ………….………… 1.5 Kích thước buồng triệt nhiễu cách khai thác ………………………… ………….9 1.6 Hiệu tần số …………………………………………… …………………9 Chương 2: Vật liệu hấp thụ trường điện từ …………………… ………………10 2.1 Giới thiệu ……………………………………………………………………… … 10 2.2 Vật liệu hấp thụ tần số cao ……………………………………………… ….…… 10 2.2.1 Tấm chắn có khối hình chóp (Pyramidal Absorber) ………………….……….10 2.2.2 Tấm chắn có khối hình nêm (Wedge Absorber) …………….……………… 12 2.2.3 Tấm chắn vi sóng xoắn (Convoluted Microwave Absorber) ………….………… 13 2.2.4 Tấm chắn cách điện nhiều lớp (Multilayer Dielectric Absorber) … ……… ……13 2.2.5 Tấm chắn cách điện hỗn hợp (Hybrid Dielectric Absorber) …………….……… 13 2.2.6 Tấm chắn lối (Walkway Absorber) ……………… …………………… …… 14 2.3 Vật liệu hấp thụ tần số thấp ………………………….……………………… …… 14 2.3.1 Tấm chắn (Ferrite Absorbers) ……………………………………….……….……14 2.3.2 Tấm chắn hỗn hợp (Hybrid Absorbers) …………………………………… …….15 Chương 3: Lớp vỏ buồng triệt nhiễu ………………… ………………… ……16 3.1 Giới thiệu …………………………………………………… …………………… 16 3.2 Sự bọc chắn điện từ trường ………………………………………………… … … 16 3.2.1 Lá chắn hàn (Welded Shield) ……………….…………………………… 16 3.2.2 Hệ thống chắn ………………… ………………………………………… 17 3.3 Sự đâm xuyên ……………………… ………………… ………………….……….17 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 3.4 Sự nối đất lớp vỏ buồng triệt nhiễu bảo vệ chống cháy ……… … …… 17 Chương 4: Kĩ thuật thiết kế buồng triệt nhiễu ……………………… ……….19 4.1 Giới thiệu …………………………………… ….…………………………… … 19 4.2 Phương pháp thiết kế thực tế ……………… ……………………………… …… 19 4.2.1 Giới thiệu ………………………….…………………………… ……… …… 19 4.2.2 Ước lượng nhanh hiệu buồng triệt nhiễu ………………… ………….… … 19 4.2.3 Phương pháp thiết kế phép dò tia chi tiết ………………………… ……….22 4.3 Phương pháp mô hình hóa máy tính …………… ……………………….……25 4.3.1 Giới thiệu …………………………… …………………………………… …….25 4.3.2 Phép dò tia (Ray tracing) …………… …………………………… ……….…….25 Kết luận ………………………………… …….………………………….…… …… 27 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………… ………….29 Các chữ viết tắt ……………………………………………………………………….30 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Tóm tắt tiểu luận Với công nghệ điện tử ngày phát triển việc nghiên cứu tương thích điện từ ngày trở nên thiết Một phương pháp để kiểm tra tương thích điện từ sử dụng buồng triệt nhiễu Nhận thấy vai trò buồng triệt nhiễu việc kiểm tra tính tương thích điện tử thiết bị điện tử từ vi mạch tích hợp cỡ nhỏ thiết bị máy bay, em lựa chọn đề tài tìm hiểu buồng triệt nhiễu với mong muốn tìm hiểu thêm buồng triệt nhiễu khía cạnh vật liệu chế tạo buồng triệt nhiễu, thiết kế bọc chắn, đâm xuyên, hệ thống chống cháy… Tiểu luận môn học gồm có chương: Chương tổng quan buồng triệt nhiễu, chương đề cập đến vật liệu hấp thụ sử dụng buồng triệt nhiễu, chương trình bày vấn đề liên quan đến lớp vỏ buồng triệt nhiễu cuối chương giới thiệu phương pháp thiêt kế buống triệt nhiễu Chương 1: Tổng quan buồng triệt nhiễu Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 1.1 Vai trò buồng triệt nhiễu Buồng triệt nhiễu thiết kế để ngăn chặn phản xạ sóng điện từ âm Ngoài ra, buồng triệt nhiễu ngăn nguồn nhiễu từ bên Buồng triệt nhiễu khái niệm đề xuất chuyên gia âm học người Mỹ Leo Beranek Ban đầu, buồng triệt nhiễu sử dụng cho sóng âm để tối thiểu hóa phản xạ phòng Sau đó, buồng triệt nhiễu thiết kế để giảm phản xạ tần số vô tuyến buồng phản xạ tần số vô tuyến bên buồng gây antenna, radar, giao thoa điện từ Kích thước buồng triệt nhiễu phụ thuộc vào đối tượng cần kiểm tra dải tần số tín hiệu sử dụng Buồng triệt nhiễu buồng nhỏ với kích thước lò vi sóng kích thước nhà chứa máy bay Hình dạng bên buồng triệt nhiễu vô tuyến tương tự buồng triệt nhiễu sóng âm Tuy nhiên bề mặt bên buồng triệt nhiễu vô tuyến bao phủ vật liệu hấp thu xạ (RAM) thay cho kim loại hấp thu sóng âm Buồng triệt nhiễu vô tuyến thường sử dụng cho nhiều mục đích đo hiệu suất kiểu xạ antenna, tương thích điện từ, đo mặt cắt ngang radar…Buồng triệt nhiễu kiểm tra nhiều đối tượng bao gồm máy bay Với phần mềm mô hình hóa, phát triển công nghệ vật liệu hấp thụ, việc thiết kế buồng triệt nhiễu lúc tốt hiệu suất hấp thụ buồng triệt nhiễu ngày cao Từ năm 1930 đến nay, Công ty kĩ thuật ESCO thiết kế xây dựng 10000 buồng triệt nhiễu khắp giới cho thấy nhu cầu buồng triệt nhiễu lúc cao, nước có công nghiệp phát triển 1.2 Buồng triệt nhiễu khứ Khi quan điều hành quốc tế đưa tiêu chuẩn phát xạ vô tuyến, yêu cầu độ nhạy thâp niên 70 80 kỉ 20, việc kiểm tra EMC cách xác điều quan trọng Ban đầu, OATS phương tiện sử dụng phổ biến để kiểm tra xạ trường điện từ Nó cung cấp phương pháp đo trực tiếp đa OATS bao gồm anten thu kích thước chuẩn, phiến đất sợi cáp xoắn có chất lượng tốt Nó đặt đủ xa vật dụng hay thiết bị kim loại môi trường xạ điện Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 từ mạnh cột anten phát sóng phát thanh, truyền hình đường dây điện Nó cho phép kiểm tra cách xác xạ từ EUT Nhược điểm sử dụng OATS cần phải xác định toàn phổ tần bị nhiễu xạ từ môi trường có sóng điện từ, ví dụ đo sóng hài xung đồng hồ yếu tần số 200MHz phát từ tín hiệu TV 199,25 MHz Ngoài tín hiệu nhiễu xạ từ vật dụng kim loại đặt gần EUT ảnh hưởng đến kết đo Buồng triệt nhiễu vô tuyến đời lựa chọn lý tưởng cho việc kiểm tra EMC bao gồm việc kiểm tra phát xạ độ nhạy cảm Buồng triệt nhiễu sử dụng phổ biến Buồng bao bọc chắn có khả hấp thụ sóng điện từ nên sóng không bị phản xạ gặp chắn Bề mặt chắn có khối hình chóp hợp chất cacbon-polyurethane, lát ferrit hay hai Buồng triệt nhiễu có sàn lót chắn hấp thụ phía trên, buồng bán triệt nhiễu không dùng chắn hấp thụ sóng điện từ mà lại dùng phiến đất, tương tự OATS Buồng triệt nhiễu công nghiệp xây dựng vào năm 1982 IBM, Boca Raton, Florida Sự suy hao buồng triệt nhiễu kiểm tra theo chuẩn ANSI C63.4 chấp nhận FCC Buồng triệt nhiễu xây dựng Ray Proof với giá triệu đô Bước phát triển công nghiệp buồng triệt nhiễu kết kết hợp nhà đầu tư nhà nghiên cứu gồm trường đại hoc Colorado Boulder, IBM Ray Proof Nhóm nghiên cứu phát triển mô hình số hóa vật liệu hấp thụ Mô hình mạng lại cho ngành công nghiệp chế tạo buồng triệt nhiễu phương pháp thiết kế chế tạo vật liệu hấp thụ với nhiều cải tiến băng VHF Khi công nghệ ferrit phát triển thập niên 80 kỉ 20, giá thành nên vật liệu ferrit không ứng dụng rộng rãi buồng triệt nhiễu IBM tập đoàn đầu việc xây dựng buồng triệt nhiễu chất lượng cao sử dụng ferrit Đến năm 90, công nghệ chế tạo ferrit phát triển nhanh với giá thành phù hợp nên ferrit sử dụng nhiều buồng triệt nhiễu kiểm tra EMC tập đoàn châu Á, Mỹ châu Âu Ngày nay, nhà chế tạo vật liệu hấp thụ kết hợp ưu điểm loại vật liệu hấp thụ Ferrit bọt nên vật liệu sử dụng phổ biến việc thiết kế buồng triệt nhiễu 1.3 Độ an toàn buồng triệt nhiễu Rủi ro từ xạ RF Rủi ro hỏa hoạn Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Rủi ro không thoát Nhân viên không phép bên buồng triệt nhiễu thực đo đạc điều gây phản xạ không mong muốn từ thể người mà có rủi ro từ xạ Các xạ ảnh hưởng nghiêm trọng đến người công suất RF cao Các rủi ro đến từ xạ RF xạ không ion hóa Khi RAM hấp thu xạ RF tốt, xạ hướng tới tạo nhiệt bên RAM Nếu phần tử hình chóp RAM không tỏa nhiệt tốt xảy nguy tạo điểm nóng nhiệt độ RAM đạt đến điểm cháy Điều gây nguy hiểm anten phát để gần RAM Các anten có độ lợi lớn tập trung công suất đủ lớn để gây dòng lượng cao Mặc dù gần đây, công nghệ chế tạo RAM phát triển với chất làm chậm cháy để làm giảm nguy hiểm Trong phòng triệt nhiễu, cần cài đặt hệ thống chống cháy khí bao gồm thiết bị phát khói Các hệ thống dập tắt đám cháy hệ thống sử dụng khí CO Thông thường, hệ thống phát cháy kết nối đến hệ thống nguồn phòng chống nhiễu, đó, hệ thống phát cháy ngắt nguồn phòng triệt nhiễu phát cháy (nhiệt độ tăng cao cảm biến nhiệt độ phát khói cảm biến khói) 1.4 Nguyên lý hoạt động buồng triệt nhiễu Các thiết bị hỗ trợ buồng triệt nhiễu thiết bị cần kiểm tra có bề mặt kim loại Và điều gây phản xạ không mong muốn Thông thường, để tránh điều này, sử dụng thiết bị có bề mặt bọc gỗ hay plastic (các chất không dẫn điện) Nếu không, che bề mặt kim loại RAM Không giống thiết bị cần kiểm tra cần đặt bên phòng triệt nhiễu, thiết bị kiểm tra đặt bên bên phòng triệt nhiễu Thông thường thiết bị kiểm tra đặt bên phòng triệt nhiễu Điều cho phép giảm phản xạ bên Tuy nhiên, phương pháp yêu cầu cáp dẫn từ thiết bị kiểm tra vào buồng triệt nhiễu phải có độ xác cao lọc nhiễu tốt Đối với cáp lọc không đủ tiêu chuẩn dẫn nhiễu từ bên vào buồng triệt nhiễu Mặt khác, số thiết bị kiểm tra không đủ nhạy để giao thoa từ môi trường bên buồng triệt nhiễu Một giải pháp tốt đề xuất sử dụng thiết bị tương tác với bên PC, thiết bị kiểm tra có nhiễu công suất lớn đặt bên buồng triệt nhiễu thiết bị nhạy cảm đặt bên buồng triệt nhiễu Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Một ứng dụng cáp sợi quang cung cấp kết nối để truyền tín hiệu thiết bị buồng triệt nhiễu Cáp sợi quang không dẫn điện, nhỏ gây phản xạ không đáng kể bỏ qua Thông thường, nguồn cung cấp điện cho buồng triệt nhiễu cần lọc Nếu không, nguồn điện chưa lọc gây tín hiệu không mong muốn vào khỏi buồng triệt nhiễu qua đường dây cáp điện 1.5 Kích thước buồng triệt nhiễu cách khai thác Kích thước phòng triệt nhiễu cần lớn đối tượng kiểm tra để bảo đảm chứa vật kiểm tra, dây cáp thiết bị kiểm tra với độ nhạy cảm cao Ví dụ tiêu chuẩn trường xa thiết lập khoảng cách tối thiểu antenna phát antenna thu đo kiểu xạ antenna Khi đó, kích thước phòng triệt nhiễu lớn Đối với số công ty việc đầu tư xây dựng phòng triệt nhiễu lớn lãng phí không dùng thường xuyên hay cho thuê lại Đôi khi, trường hợp đo mặt cắt ngang radar, việc thu nhỏ đối tượng cần kiểm tra theo tỷ lệ cho trước với việc giảm tần số kiểm tra theo tỷ lệ cho phép giảm kích thước phòng triệt nhiễu Các phòng triệt nhiễu RF thường thiết kế thõa mãn nhiều tiêu chuẩn kiểm tra Ví dụ ngành công nghiệp chế tạo máy bay kiểm tra thiết bị máy bay theo đặc tính kĩ thuật công ty theo đặc tính kĩ thuật quân phòng triệt nhiễu MIL-STD 461E Việc kiểm tra nhằm cấp chứng nhận an toàn, giới hạn sử dụng hay ảnh hưởng thiết bị thiết bị khác 1.6 Hiệu tần số Sóng với tần số cao bước sóng ngắn mang lượng lớn Và ngược lại với sóng có tần số thấp bước sóng dài mang lượng nhỏ Để chắn bước sóng đặc biệt, phần từ hình chóp phải có kích thước thích hợp để hấp thu bước sóng Hiệu suất phòng triệt nhiễu định tần số kiểm tra thấp mà phòng hoạt động tốt Sóng đến hấp thu tốt theo phương vuông góc với bề mặt bên phòng triệt nhiễu, nơi gắn phần tử hình chóp RAM Các phần từ hình chóp có chiều cao lamda/4 với lamda bước sóng không gian tự Nhận thấy việc tăng chiều cao phần tử hình chóp RAM cải thiện hiệu suất phòng triệt nhiễu tần số thấp Nhưng đồng thời làm tăng giá thành lắp đặt Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 phòng triệt nhiễu thể tích làm việc phòng triệt nhiễu bị thu hẹp kích thước phòng triệt nhiễu cố định 1.7 Kết luận chương 1: Tóm lại, buồng triệt nhiễu thiết bị quan trọng ngày ứng dụng rộng rãi nhiều ngành nhiều lĩnh vực khác để kiểm tra EMC Chương 2: Vật liệu hấp thụ trường điện từ 2.1 Giới thiệu Vật liệu hấp thụ trường điện từ sử dụng buồng triệt nhiễu đa dạng phụ thuộc vào mục đích kiểm tra tần số hoạt động Hai loại vật liệu sử dụng phổ biến vật liệu hấp thụ điện môi sử dụng cho dải tần số cao vật liệu hấp thụ ferrite sử dụng cho dải tần số thấp Vật liệu hấp thụ điện môi đời với phát triển buồng triệt nhiễu thập niên 1940 Trong thập niên 1950, bọt urethane (urethane foam) xem giải pháp tốt cho việc dẫn điện thời gian xuất vật liệu hấp thụ dạng hình chóp (pyramidal-shaped) Đến thập niên 1970, bọt urethane sử dụng nhiều buồng triệt nhiễu Tuy nhiên sau đó, hàng loạt cố cháy xảy buồng triệt nhiễu, tổ chức nghiên cứu đặc điểm chất làm chậm cháy (fire retardant) vật liệu hấp thụ phát triển tiêu chuẩn an toàn Từ đây, bọt hấp thụ phải tuân theo chuẩn Naval Research Laboratory (NRL) 8093 Cuối thập niên 1980, buồng triệt nhiễu kiểm tra tần số thấp phát triển Ban đầu, buồng triệt nhiễu chế tạo với vật liệu có vật liệu hấp thụ hình chóp lớn với chi phí lớn có công ty lớn xây dựng Từ đó, vật liệu hấp thụ ferrit đời Tất vật liệu hấp thụ sử dụng buồng triệt nhiễu giới thiệu chương Các vật liệu hấp thụ khảo sát chia làm hai loại: 1GHz 1GHz 2.2 Vật liệu hấp thụ tần số cao 2.2.1 Vật hấp thụ hình chóp (Pyramidal Absorber) 2.2.1.1 Vật hấp thụ hình chóp bọt đặc (Solid Foam Pyramidal Absorber) Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Hầu hết buồng triệt nhiễu chế tạo theo tiêu chuẩn hấp thụ tần số cao sử dụng vật hấp thụ hình chóp Vật liệu sử dụng bọt urathane carbon đặc Với cấu tạo vậy, vật hấp thụ hình chóp sử dụng để giảm tán xạ hướng đến, hấp thụ dải tần số lớn với hầu hết hướng sóng đến Vật hấp thụ hình chóp sử dụng vị trí buồng triệt nhiễu Độ cao vật hấp thụ hình chóp ảnh hưởng đến dải tần số hấp thụ độ rộng góc tới sóng Vật hấp thụ cao dải tần số hấp thụ lớn góc tới sóng đến để hấp thụ sóng tốt rộng Vật hấp thụ hình chóp có hai loại thẳng xoắn Bảng 2.1 Đặc trưng vật hấp thụ hình chóp Hình 2.1 Vật hấp thụ hình chóp dạng thẳng Hình 2.2 Vật hấp thụ hình chóp dạng xoắn Dạng thẳng sử dụng cho vật hấp thụ hình chóp lớn Vật hấp thụ hình chóp dạng xoắn sử dụng buồng triệt nhiễu có hình nêm (tapered chambers) với độ cao vật hấp thụ hình chóp khoảng 1.8m Hình 2.3 Buồng triệt nhiễu có hình nêm (tapered chamber) 10 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 2.2.1.2 Vật hấp thụ hình chóp rỗng (Hollow Pyramidal Absorber) Hình 2.4 Vật hấp thụ hình tháp dạng rỗng Vật hấp thụ hình chóp rỗng có khả dẫn cháy chậm nhẹ nên sử dụng cho hoạt động kiểm tra có tần số GHz vật hấp thụ hình chóp phải đủ dài nhẹ để hấp thụ tốt dải tần số 30 MHz đến GHz 2.2.2 Vật hấp thụ hình nêm (Wedge Absorber) Vật hấp thụ hình nêm có dạng gần giống vật hấp thụ hình chóp sử dụng buồng triệt nhiễu có yêu cầu dẫn lượng đến tường đầu cuối ví dụ buồng triệt nhiễu có dạng hình nêm vùng tập trung thiết kế cho phép đo RCS (Radar Cross Section) Hệ số phản xạ vật hấp thụ hình nêm gần giống vật hấp thụ hình tháp với chiều cao nơi mà điện trường trực giao với vật hấp thụ nhỏ 10 dB đồng phân cực với hướng vật hấp thụ (khi vật hấp thụ có chiều cao tám lần chiều dài bước sóng) Các thiết kế kết hợp kĩ thuật Chebychev độ cong sử dụng thiết kế vật hấp thụ hình nêm để cải thiện hấp thụ tần số thấp cho vật hấp thụ có chiều cao nhỏ Hình 2.5 Vật hấp thụ hình nêm 2.2.3 Vật hấp thụ dạng xoắn (Convoluted Microwave Absorber) 11 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Vật hấp thụ dạng xoắn có nhiều loại với độ dày khác Được sử dụng chủ yếu dải tần số cao đặc biệt băng tần mm Hình 2.6 Vật hấp thụ dạng xoắn 2.2.4 Vật hấp thụ cách điện nhiều lớp (Multilayer Dielectric Absorber) Vật hấp thụ cách điện nhiều lớp có dạng gồm nhiều bọt chế tạo giống xếp chồng lên Độ dày lớp lượng carbon bọt phụ thuộc vào độ dày vật hấp thụ Vật hấp thụ sử dụng nhiều ứng dụng phòng thí nghiệm Hình 2.7 Vật hấp thụ cách điện nhiều lớp 2.2.5 Vật hấp thụ cách điện hỗn hợp (Hybrid Dielectric Absorber) Vật hấp thụ nhiều lớp chứa nhiều 33% vật liệu cách điện so với vật hấp thụ hình chóp với chiều cao Do đó, kết hợp hai phương pháp: nhiều lớp hình chóp tạo vật hấp thụ hình chóp cho ứng dụng với tần số 1GHz Vật hấp thụ cách điện hỗn hợp bao gồm phía vật hấp thụ hình tháp phía nhiều lớp cách điện Hình 2.8 Vật hấp thụ cách điện hỗn hợp 2.2.6 Vật hấp thụ đặt lối (Walkway Absorber) Vật hấp thụ đặt lối đặt chất dẻo polystyrene chống cháy 12 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Hình 2.9 Vật hấp thụ đặt lối 2.3 Vật liệu hấp thụ tần số thấp 2.3.1 Vật hấp thụ ferrite (Ferrite Absorber) Vật hấp thụ ferrite dùng thay cho vật liệu hấp thụ dạng bọt Vật hấp thụ có ưu điểm tiết kiệm diện tích buồng triệt nhiễu đồng thời giảm nguy cháy nổ Vật hấp thụ ferrite có khả chống cháy, chống ẩm chống bào mòn hóa chất tốt Làm suy hao tốt sóng phẳng có tần số khoảng 30MHz đến 3GHz Khi sóng điện từ không gian tự đến môi trường khác, sóng phản xạ, truyền tiếp hoăc bị hấp thụ Biên độ sóng phản xạ phụ thuộc vật hấp thụ buồng triệt nhiễu Với vật hấp thụ ferrit, độ dày vật hấp thụ điều chỉnh quan hệ pha sóng phản xạ sóng đến thỏa điều kiện suy hao cộng hưởng Sự cộng hưởng phụ thuộc vào đặc điểm vật liệu ferrite độ từ môi, điện môi, hệ số phản xạ, trở kháng, tổn hao phản xạ Hình 2.10 Vật hấp thụ ferrit 2.3.2 Vật hấp thụ hỗn hợp (Hybrid Absorber) Vật hấp thụ hỗn hợp kết hợp vật hấp thụ cách điện vật hấp thụ ferrit Một loại sử dụng nhiều kết hợp vật hấp thụ dùng ferrit phẳng vật hấp thụ hình nêm Buồng triệt nhiễu với vật hấp thụ loại thường sử dụng kiểm tra EMC hấp thụ dải tần từ 30MHz đến 18GHz 13 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Hình 2.11 Vật hấp thụ hỗn hợp 2.4 Kết luận chương 2: Với cấu trúc chất liệu khác vật hấp thụ trường điện từ sử dụng buồng triệt nhiễu, mà có loại ứng dụng khác tùy thuộc mục đích kiểm tra tần số hoạt động đối tượng kiểm tra Chương 3: Lớp vỏ buồng triệt nhiễu 3.1 Giới thiệu Lớp vỏ buồng triệt nhiễu có hai chức năng: thứ ngăn chặn giao thoa, thứ hai ngăn chặn nghe thiết bị điện tử Tuy thuộc vào tính sử dụng mà buồng triệt nhiễu có nhiều loại lớp vỏ khác Nếu chức lớp vỏ chắn phản xạ cấu tạo lớp vỏ thép mạ kẽm lựa chọn thích hợp Nếu lớp vỏ sử dụng cho buồng triệt nhiễu để kiểm tra thiết bị môi trường TEMPEST hệ thống lớp vỏ chi tiết phải lắp đặt Nếu lớp vỏ sử dụng việc kiểm tra thiết bị có công suất cao kiểm tra tương thích điện từ trường máy bay chắn hàn sử dụng 3.2 Sự bọc chắn điện từ trường 3.2.1 Tấm chắn hàn (Welded Shield) 14 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Các mối hàn phải hàn chậm liên tục mối hàn Các mối hàn phải kín nước lỗ hổng Các thiết bị RF sử dụng để phát mối hàn chưa đạt tiêu chuẩn sử dụng phổ biến công nghiệp chế tạo lớp vỏ Để thiết kế lớp vỏ buồng triệt nhiễu đạt tiêu chuẩn cấu trúc, hiệu suất cao chất lượng tốt, mối hàn đạt tiêu chuẩn cao cần ý đặc điểm sau: • Thiết kế chắn sàn: Độ cong chắn sàn hấp thụ nhiệt trình hàn Điều gây khó khăn việc thiết kế buồng triệt nhiễu Hiện số công nghệ giải vấn đề • Các mối hàn góc: Trong thiết kế này, tất mối nối góc phải hàn cách cẩn thận, đặc biệt mối nối góc ba mặt phẳng • Kiểm tra trình hàn: trình cần thiết trình lắp đặt chắn, tránh việc sửa chữa làm tăng giá thành lắp đặt 3.2.2 Hệ thống chắn Có nhiều phương pháp khác sử dụng để thiết kế hệ thống chắn Phương pháp chung sử dụng băng dẫn điện (conductive tape) mối hàn Mục đích tạo nên chắn kim loại kín cho buồng triệt nhiễu 3.3 Sự đâm xuyên Lối vào buồng triệt nhiễu, thiết bị ngõ vào, nguồn cung cấp, hệ thống thông gió nhiệt, không khí nén, hệ thống phun chữa cháy, đường dẫn điều khiển truyền liệu phải xuyên qua lớp vỏ Chúng phải thiết kế cài đặt để đảm bảo buồng triệt nhiễu đạt chất lượng yêu cầu thiết kế Tấm chắn cửa vào quan trọng thiết kế đâm xuyên Tính xác mặt khí điện từ thiết bị phải thiết kế, cài đặt bảo trì cách vô xác Các thiết kế đặc biệt phải sử dụng buồng triệt nhiễu, đặc biệt sử dụng ferrit cánh cửa sử dụng ferrit nặng gấp đôi so với thiết kế sử dụng vật liệu khác 3.4 Sự nối đất lớp vỏ buồng triệt nhiễu bảo vệ chống cháy Việc nối đất lớp vỏ buồng triệt nhiễu phải bảo đảm an toàn điện, điều khiển tín hiệu vài trường hợp bảo mật tín hiệu 15 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Các yêu cầu bảo vệ chống cháy nhà đầu tư định thiết kế buồng triệt nhiễu Có ba phương pháp thiết kế chống cháy sử dụng là: • Hệ thống vòi phun nước: Thông thường, nhà thiết kế không mong muốn hệ thống vòi phun nước đặt bên buồng triệt nhiễu chúng trở thành nguồn lượng phản xạ đặc biệt buồng triệt nhiễu có chức kiểm tra RCS (Radio Cross-Section) Ngoài ra, sử dụng hệ thống này, số trường hợp, hệ thống cho hiệu xả nước vào buồng triệt nhiễu lại gây thiệt hai nhiều cháy Nhiều buồng triệt nhiễu với vật hấp thụ làm bọt việc sấy khô khó khăn • Hệ thống xả khí gas: hệ thống sử dụng khí halon không gây nguy hiểm cho thiết bị buồng triệt nhiễu Khí CO sử dụng buồng triệt nhiễu kiểm tra phương tiện Tuy nhiên, với thiết kế này, người không bên • buồng triệt nhiễu hệ thống chữa cháy hoạt động Hệ thống phòng an toàn: Một vài nhà quản lý định phương pháp tốt cách ly dụng cụ phía sau tường chịu hai cháy không sử dụng dụng cụ chữa cháy trừ hệ thống phát khói buồng triệt nhiễu Gần đây, hệ thống lắp bổ sung thêm hệ thống phun nước Bởi lửa từ buồng triệt nhiễu tạo lượng lớn khói, thiết bị hút khói cần triển khai bên cửa vào buồng triệt nhiễu 3.5 Kết luận chương Vỏ buồng triệt nhiễu thiết kế riêng để cách ly bên buồng với môi trường điện từ bên Mục đích ngăn trường điện từ bên làm suy giảm chất lượng phép thử ngăn phát xạ bên gây nhiễu làm ảnh hưởng đến hoạt động bên 16 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Chương 4: Kĩ thuật thiết kế buồng triệt nhiễu 4.1 Giới thiệu Các kĩ thuật thiết kế buồng triệt nhiễu bắt đầu xuất từ năm 1950 Cho đến năm 1960 kĩ thuật trở nên phổ biến, cho hiệu cao thương mại hóa Một kĩ thuật thiết kế buồng triệt nhiễu cách sử dụng quang hình học hay biết đến với tên gọi phép dò tia (ray tracing) Phương pháp thiết kế áp dụng để tạo nhiều dạng buồng triệt nhiễu khác Từ năm 1980, kiểu buồng triệt nhiễu áp dụng phương pháp thiết kế mới, sử dụng vật liệu đời dành cho việc kiểm tra tương thích điện từ cho dải tần số từ 30 đến 1000 MHz 4.2 Phương pháp thiết kế thực tế 4.2.1 Giới thiệu: Các yếu tố cần xem xét thiết kế buồng triệt nhiễu là: • • • • • • • Các loại phép đo sử dụng Tần số hoạt động Diện tích sàn thiết kế Độ cao buồng triệt nhiễu Hình dạng buồng triệt nhiễu Phương pháp kiểm tra nghiệm thu Giá thành 4.2.2 Ước lượng nhanh hiệu buồng triệt nhiễu: Để minh họa phương pháp chung cho việc thiết kế buồng triệt nhiễu, giả sử yêu cầu thiết kế buồng triệt nhiễu đo độ mở anten Loại anten điển hình sử dụng anten loa, xoắn ốc, LPDA (log-periodic dipole arrays) anten hình sin hoạt động dải tần đến 18 GHz 17 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Hình 4.1 Mô tả thiết kế phương pháp phép dò tia Giả sử buồng triệt nhiễu dài 6m, rộng 3m cao 3m Độ dài cự ly đề nghị 4.9m hình 4.1 Kĩ thuật VSWR không gian tự sử dụng để thực kiểm tra nghiệm thu buồng triệt nhiễu Hình 4.1 mô tả khái niệm kĩ thuật thiết kế phép dò tia đơn giản Phương pháp thiết kế liên quan đến kĩ thuật sử dụng để kiểm tra buồng triệt nhiễu Khi buồng triệt nhiễu kiểm tra, cảm biến trường cho chạy ngang buồng triệt nhiễu qua trung tâm vùng kiểm tra đường T hình 4.1 Để cảm biến phát nguồn lượng “lạ”, cảm biến phải thay đổi pha tương ứng với đường trực tiếp Trong trường hợp cảm biến nằm ngang, lượng phản xạ từ tường bên phát tất các bề mặt khác song song với di chuyển cảm biến Vì vậy, cần quan tâm đến lượng phản xạ từ bề mặt để qua tính phần lượng phản xạ đến vùng kiểm tra thông qua tường bên Những phần lượng khác xem phần lượng có hướng anten phát mức độ xạ tường hàm góc búp sóng anten phát Giả sử anten sử dụng anten loa với độ sộng búp sóng nửa công suất 31 từ hình 4.2 ta có “kiểu mức” -10dB (Chú ý: kiểu mức cần tìm lớn -10dB kiểu mức cho phép búp sóng phụ không ảnh hưởng đến kết tính toán) Góc tới tường hấp thụ 580 (900 – 320) Giả sử yêu cầu mức tín hiệu “lạ” tối thiểu -40dB 2GHz Khi đó, tường hấp thụ 30dB (40-10) bước sóng 15cm Từ hình 4.3 độ dày cho độ phản xạ 30dB 58 2.8 lần bước sóng hay 45.7cm 2GHz Còn độ phản 18 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 xạ sóng đến vuông góc tham khảo từ hình 4.4 40dB 2GHz yêu cầu độ dày vật hấp thụ gần lần bước sóng hay xấp xỉ 45.7cm Hình 4.2 Đồ thị kiểu mức anten loa Hình 4.3 Hiệu suất theo góc rộng vật hấp thụ hình chóp Hình 4.4 Hiệu suất theo hướng đến vuông góc vật hấp thụ hình chóp 4.2.3 Phương pháp thiết kế phép dò tia chi tiết Giả sử yêu cầu thiết kế buồng triệt nhiễu RCS không gian tự giả sử kích thước buồng triệt nhiễu định kích thước vật kiểm 19 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 tra dải tần số hoạt động Phương pháp sau sử dụng để ước lượng mức tín hiệu phản xạ ảnh hưởng đến vùng kiểm tra trường hợp xấu Nguồn anten phát đích đặt theo chiều dọc buồng triệt nhiễu Bởi vật hấp thụ lắp tường buồng triệt nhiễu vật hấp thụ tuyệt đối nên lượng truyền từ nguồn anten đến vùng kiểm tra qua nhiều đường khác minh họa qua hình 4.5 Hình 4.5 Thiết kế phép dò tia chi tiết Từ hình 4.5, nhận thấy tia quan trọng đến vùng kiểm tra thích nét đậm Đầu tiên tia trực tiếp từ nguồn đến vùng kiểm tra Tia quan trọng tia phản xạ chặng từ tường đến vùng kiểm tra (bao gồm sàn trần) Tiếp theo tia phản xạ từ cuối tường xạ trực tiếp búp sóng Cuối tia phản xạ hai chặng đến vùng kiểm tra Các tia vẽ tia thông qua vật hấp thụ đến tường buồng triệt nhiễu Ưu điểm phương pháp thiết kế xác định góc đến nhà sản xuất vật hấp thụ đo hệ số phản xạ vật hấp thụ Mặt khác, tia thực (actual ray) bị khúc xạ bề mặt vật hấp thụ bỏ qua (các tia thực vẽ nét nhạt hình) Ngoài ra, phương pháp thiết bỏ qua dịch pha gây vận tốc truyền vật hấp thụ (chậm so với không gian tự do) Mỗi tia phản xạ phân tích tia xuất phát từ nguồn ảnh nguồn anten phát Hình 4.5 minh họa ưu điểm khái niệm ảnh Chính nhờ khái niệm ảnh, vẽ nhanh tia từ nguồn anten đến vùng kiểm tra tính nhanh góc đến cách dễ dàng Mỗi ảnh anten giả sử nguồn phát với công suất nhỏ nguồn anten phát suy hao hấp thụ tường không gian tự 20 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Yếu tố cuối xem xét chiều dài đường khác đường trực tiếp đường phản xạ Hệ số truyền áp dụng cho tia phản xạ là: Với: khoản cách ảnh từ ảnh tương ứng đến đích khoảng cách từ nguồn anten đến đích P hệ số truyền tia phản xạ tương ứng với tia trực tiếp Hệ số truyền P, độ lợi anten G hệ số phản xạ R sử dụng để tính biên độ tia phản xạ Ta có: Với: T tổng độ lớn tia đa đường đến vùng kiểm tra ứng với tia trực tiếp R hệ số phản xạ vật hấp thụ Nếu có nhiều lần phản xạ R tổng hệ số phản xạ G độ lợi anten tương ứng với công suất đỉnh búp sóng Giả sử buồng triệt nhiễu thiết kế hình 4.6 Các đường truyền có từ nguồn phát đến vùng kiểm tra mô tả hình 4.6 Các tia A, B, C tia phản xạ chặng tường, tia D, E, F tia phản xạ hai chặng tường Mỗi tia A, D, E, F có thêm ba tia phản xạ (do tia có hai tia phản xạ từ hai bên, tia phản xạ từ sàn tia phản xạ từ trần) Các tia phản xạ từ ba lần trở lên bỏ qua biên độ suy giảm nhiều Hình 4.6 Một thiết kế buồng triệt nhiễu đặc Bảng 4.1 tổng kết hệ số để tính toán tia phản xạ Hệ số định hướng dạng anten, trường hợp anten Bảng 4.1 Bảng tổng kết hệ số để tính biên độ trưng biên độ lấy từ loa tia phản xạ Để phân tích, đo đạt vùng kiểm tra buồng triệt nhiễu vài tần số, sử dụng phương pháp kiểm tra VSWR không gian tự Một cảm biến anten 21 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 ngang sử dụng vị trí Ba góc cảm biến sử dụng để ước lượng vùng kiểm tra +/- 300, +/- 600, +/- 900 Bảng 4.2 Bảng tổng kết hệ số phản xạ tương ứng với góc cảm biến 4.3 Phương pháp mô hình hóa máy tính 4.3.1 Giới thiệu Việc dò theo số lượng lớn tia đến tính toán suy giảm ảnh hưởng bậc hai phương pháp thiết kế buồng triệt nhiễu trước Với công nghệ máy tính phát triển cách nhanh chóng, tốc độ tính toán ngày tăng, máy tính trở thành công cụ đắc lực cho việc mô hình hóa mô trình thiết kế buồng triệt nhiễu 4.3.2 Phép dò tia (Ray tracing) Do chất tần số phụ thuộc vật liệu hấp thụ xạ hình chóp (RAM) nên có hai mô hình hấp thụ riêng lẻ xây dựng • Mô hình cho dải tần số 30-500MHz sử dụng để mô hình hóa tổn hao tán xạ Sự tán xạ mô hình hóa đường truyền TEM hình nêm có tổn hao vật liệu tensor không đồng hướng, không đồng • Mô hình cho dải tần số 500MHz-18GHz sử dụng để mô hình hóa nhiễu xạ Việc đo đạc mô dựa vào việc quét theo hình trụ góc phương vị Việc đo đạc thực việc quét theo hình trụ anten loa định hướng để định vị nguồn tán xạ buồng triệt nhiễu 22 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Hình 4.7 Hình chiếu phương pháp quét theo hình trụ Các dự án thiết kế buồng triệt nhiễu cách mô hình hóa máy tính phát triển để hổ trợ cho tập đoàn U.S Air Force sử dụng đĩa quay với đường kính 24.4m định vị sàn hệ thống tọa độ định vị trung tâm đĩa quay Kích thước bên buồng triệt nhiễu cao 21.4m, rộng 76.2m dài 80.8m Vật hấp thụ hình tháp có độ cao 0.46m ngoại trừ sàn - vật hấp thụ có độ cao 1.22m Vùng kiểm tra định vị đĩa quay, ước lượng việc quét theo hình trụ hình 4.7 4.4 Kết luận chương Tóm lại thiết kế buồng triệt nhiễu cần quan tâm đề chủ yếu sau đây: - Bước sóng trường phát xạ so sánh với kích thước EUT Kích thước tương đối vỏ dây dẫn EUT Số lượng dây dẫn vỏ bọc cấu thành EUT Kết luận Qua tiểu luận môn học Tương thích điện từ với đề tài Tìm hiểu buồng triệt nhiễu, em có hiểu biết vai trò buồng triệt nhiễu, vật liệu thiết kế nên buồng 23 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 triệt nhiễu, giai đoạn lưu ý thiết kế vận hành buồng triệt nhiễu, cụ thể là: Buồng triệt nhiễu thiết kế để ngăn chặn phản xạ sóng điện từ âm Ngoài ra, buồng triệt nhiễu ngăn nguồn nhiễu từ bên Vật liệu hấp thụ trường điện từ sử dụng buồng triệt nhiễu đa dạng phụ thuộc vào mục đích kiểm tra tần số hoạt động Hai loại vật liệu sử dụng phổ biến vật liệu hấp thụ điện môi sử dụng cho dải tần số cao vật liệu hấp thụ ferrite sử dụng cho dải tần số thấp Tuy thuộc vào tính sử dụng mà buồng triệt nhiễu có nhiều loại lớp vỏ khác Nếu chức lớp vỏ chắn phản xạ cấu tạo lớp vỏ thép mạ kẽm lựa chọn thích hợp Nếu lớp vỏ sử dụng cho buồng triệt nhiễu để kiểm tra thiết bị môi trường TEMPEST hệ thống lớp vỏ chi tiết phải lắp đặt Khi thiết kế buồng triệt nhiễu cần quan tâm đề chủ yếu sau đây: Bước sóng trường phát xạ so sánh với kích thước EUT Kích thước tương đối vỏ dây dẫn EUT Số lượng dây dẫn vỏ bọc cấu thành EUT Tuy nhiên kiến thức kiến thức cho việc thiết kế tìm hiểu hoạt động vận hành buồng triệt nhiễu cách chi tiết Tài liệu tham khảo PGS TS TĂNG TẤN CHIẾN - TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ – NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM, 2010 Brian F Lawrence – Anechoic Chambers, Past And Present - An ESCO Technolologies Company, 11-2005 MARTIN ROWE – ANECHOIC CHAMBERS RISE FROM THE PITS - TEST AND MEASUREMENT WORLD, 2010 24 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ thuật điện tử K25 Tiêu chuẩn quốc gia - Dự thảo sửa đổi TCVN Mien nhiem doi voi nhieu phat xa(44-12-TC) – 2010 http://www.wikipedia.org Các chữ viết tắt OTAS – open area test site EMC - electromagnetic compatibility RAM - radiation absorbent material EUT – equipment under test NRL - Naval Research Laboratory RCS - Radar Cross Section VSWR - voltage standing wave ratio TEM 25 ... luận Qua tiểu luận môn học Tương thích điện từ với đề tài Tìm hiểu buồng triệt nhiễu, em có hiểu biết vai trò buồng triệt nhiễu, vật liệu thiết kế nên buồng 23 Nguyễn Văn Thông – Lớp Cao học Kỹ... Cao học Kỹ thuật điện tử K25 1.1 Vai trò buồng triệt nhiễu Buồng triệt nhiễu thiết kế để ngăn chặn phản xạ sóng điện từ âm Ngoài ra, buồng triệt nhiễu ngăn nguồn nhiễu từ bên Buồng triệt nhiễu. .. trò buồng triệt nhiễu việc kiểm tra tính tương thích điện tử thiết bị điện tử từ vi mạch tích hợp cỡ nhỏ thiết bị máy bay, em lựa chọn đề tài tìm hiểu buồng triệt nhiễu với mong muốn tìm hiểu