PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRÊN MÁY BAY

PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRÊN MÁY BAY Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát về khái niệm tương thích điện từ, mục đích, mô hình cơ bản, các hiệu ứng nhiễu, các kiểu bức xạ cũng như ảnh hưởng của nó đến các thiết bị điện tử trong lĩnh vực tương thích điện từ.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- oOo -

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

TRÊN MÁY BAY

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Học viên thực hiện : Bạch Ngọc Vinh

Khóa : K25 KTĐT 2012-2014

Đà Nẵng, tháng 11 / 2013

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ………

1.1 Giới thiệu chương

1.2 Nguyên lý cơ sở của tương thích điện từ

1.2.1 Khái niệm về tương thích điện từ

1.2.2 Mô hình cơ bản của TTĐT

1.2.3 Các hiệu ứng nhiễu điện từ

1.2.4 Trường điện từ và các công cụ thử nghiệm đo TTĐT

1.3 Các vấn đề liên quan đến TTĐT

1.3.1 Xu hướng phát triển

1.3.2 Đường dây truyền dẫn

1.3.3 Lớp vỏ bọc

1.3.4 Kiểm tra tương thích điện từ

1.4 Mô hình tương thích điện từ

1.4.1 Mục đích của mô hình TTĐT

1.4.2 Giá trị của mô hình TTĐT

1.4.3 Các thách thức của mô hình TTĐT

1.5 Kết luận chương

CHƯƠNG 2: TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỆN TỬ HÀNG KHÔNG 2.1 Giới thiệu chương

2.2 Phân tích các nguồn nhiễu trên máy bay

2.3 Các nguồn nhiễu điển hình

2.3.1 Sự phân bố trường tần số vô tuyến

2.3.2 Nhiễu tạo ra từ các hệ thống

2.3.3 Băng thông liên quan đến độ chọn lọc

2.3.3.1 Nhiễu băng rộng

2.3.3.2 Nhiễu băng hẹp

2.3.4 Sự bức xạ

2.3.4.1 Bức xạ từ bo mạch

2.3.4.2 Bức xạ tạo ra từ các hệ thống

2.3.4.3 Bức xạ từ dây dẫn

2.4 Cơ chế tác động nhiễu lẫn nhau

2.5 Kết luận chương

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SỐ CHO VẤN ĐỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRÊN MÁY BAY

3.1 Giới thiệu chương

3.2 Sơ đồ thực hiện

3.3 TDFE solver

3.3.1 Kết nối các khối ở trong framework

3.3.2 Mô tả các khối

3.3.3 Phương trình toán học

3.3.4 Xấp xỉ FEM

3.4 Các dây cong

3.4.1 Phương pháp đề xuất

3.4.2 Chiến lược xây dựng

3.5 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng

3.6 Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.1 Giới thiệu chương

Chương này sẽ trình bày một cách tổng quát về khái niệm tương thích điện từ, mục đích, mô hình cơ bản, các hiệu ứng nhiễu, các kiểu bức xạ cũng như ảnh hưởng của

nó đến các thiết bị điện tử trong lĩnh vực tương thích điện từ Ngoài ra, chương này cũng nêu ra một số vấn đề liên quan đến lĩnh vực tương thích điện từ như: các đường dây truyền dẫn, phối hợp trở kháng, các phương pháp kiểm tra và đưa ra mô hình chung để giải quyết các bài toán liên quan đến tương thích điện từ

1.2 Nguyên lý cơ sở của tương thích điện từ

1.2.1 Khái niệm về tương thích điện từ

Tương thích điện từ (TTĐT) là một thuật ngữ chỉ rõ đặc tính của các thiết bị điện, điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong một môi trường có sự hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường chung quanh chúng tác động vào

Để thực hiện được điều này, chúng ta phải dùng một kỹ thuật như là một phương tiện cho phép tránh được những hiệu ứng không mong muốn mà sự nhiễu loạn trên có thể gây ra Lĩnh vực TTĐT cũng chỉ rõ toàn bộ các kỹ thuật dùng để xử lý các đặc tính trên

Trong lĩnh vực TTĐT có 3 kiểu cơ sở liên quan đến việc tác động qua lại giữa các

- Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc do truyền dọc theo các đường dây kim loại nối với các thiết bị

- Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ thống điện, điện tử, tin học

- Xác định các điều kiện đối với các kiểu ghép

- Đánh giá những hậu quả thực tế của nhiễu khi thiết bị vận hành

- Dự đoán các tình huống xảy ra nhiễu mà khi đó một số thiết bị sẽ không vận hành theo đúng tiêu chuẩn

- Các phương pháp lọc nhiễu tần số hoặc thời gian

- Những phương tiện cho phép các thiết bị hoạt động không bị ảnh hưởng của nhiễu

- Tổng hợp các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu

- Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị giới hạn có thể chấp nhận được đối với các máy phát và máy thu

- Hiệu chỉnh quá trình tiếp theo để thực hiện các biện pháp tiếp theo

Những vấn đề đã giới thiệu ở trên chưa phải là đã đầy đủ vì TTĐT là một lĩnh vực rất rộng, yêu cầu đặt ra là phương thức xử lý các hiệu ứng không mong muốn (tức là tìm

ra cách để tránh hoặc hủy bỏ nó)

Như vậy, mục đích của TTĐT là đem lại sự tương thích về hoạt động của một hệ thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nó, các hiện tượng nhiễu loạn có thể sinh ra hoặc bởi một phần của hệ thống thiết bị hoặc bởi nhiễu từ môi trường bên ngoài

Ngày nay khi công nghiệp điện tử, nhất là công nghệ tích hợp vi mạch ngày càng phát triển thì việc nghiên cứu TTĐT của của trường điện từ ngày càng trở nên bức thiết

và trở thành một lĩnh vực chuyên ngành trong việc nghiên cứu ứng dụng vào các hệ thống điện, điện tử, tin học Hiện nay, TTĐT còn được ứng dụng nhiều vào lĩnh vực công nghệ tự động

Tóm lại, TTĐT là khả năng của một hệ thống điện tử mà chức năng hoạt động của

nó trong môi trường trường điện từ không ảnh hưởng, không gây nhiễu đến các hệ thống khác cùng hoạt động trong môi trường đó Đó là một hệ thống điện tử phải không bị nhiễu từ các tín hiệu bức xạ của các hệ thống khác, không gây nhiễu làm ảnh hưởng đến

hoạt động của các hệ thống khác cũng như không gây nhiễu với chính hoạt động của bản thân nó

1.2.2 Mô hình cơ bản của TTĐT

Mô hình cơ bản của TTĐT được minh họa ở hình 1.1:

Hình 1.1 Mô hình cơ bản của TTĐT

Mô hình cơ bản của TTĐT gồm các thiết bị A và B cùng hoạt động trong cùng một môi trường Chúng ta không mong muốn A gây nhiễu cho B và ngược lại, đồng thời cũng không mong muốn môi trường bên ngoài tác động vào làm cho cả thiết bị A và B hoạt động không chính xác

Như vậy, khái niệm TTĐT là mối quan hệ giữa nguồn phát, đường dẫn và máy thu Chúng được mô tả như sau:

Hình 1.2 Nguồn phát – Đường dẫn – Máy thu

Có 3 thành phần cơ bản trong TTĐT là nguồn phát, đường dẫn và máy thu Nguồn phát chính là nơi sinh ra phát xạ điện từ và sau đó được truyền đi trên đường dẫn đến máy thu Tại máy thu nếu mức năng lượng điện từ này đủ lớn nó sẽ làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy thu

Một số đề xuất để giải quyết vấn đề TTĐT trong mô hình này:

- Khử năng lượng tại nguồn phát, tức là làm giảm tổng năng lượng được phát xạ

- Xác định đường truyền dẫn cho bản thân thiết bị, đường dẫn này phải được kiểm soát thông qua các dây dẫn hoặc bức xạ ra không gian

- Xác định đặc tính của máy thu và làm cho nó có thể tăng khả năng chống nhiễu được tốt hơn

1.2.3 Các hiệu ứng nhiễu điện từ

Các hệ thống điện, điện tử thường chịu ảnh hưởng bởi các hiệu ứng nhiễu điện từ, các hiệu ứng này thể hiện một cách khác nhau tùy theo bản chất của nhiễu, phần tử nhạy cảm, ngưỡng năng lượng phá hủy, các bộ nối giữa các mạch, các kiểu ghép điện từ ở thiết

bị

Lĩnh vực TTĐT sẽ xử lý các vấn đề trên bằng cách:

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

- Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ thống bị nhiễu

- Thực hiện mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên, từ đó tìm các giải pháp kỹ thuật bảo vệ

Về các loại nguồn gây nhiễu và các ngưỡng năng lượng phá hủy của các linh kiện trong lĩnh vực TTĐT sẽ được trình bày cụ thể ở chương 2 Cần phải đưa ra các phương pháp và công cụ thử nghiệm để nghiên cứu các chế độ hoạt động của mạch điện tử, tiến hành đo các bức xạ khi chúng được đặt trong môi trường trường điện từ Tuy nhiên, sự khó khăn của việc phân tích này là do sự phức tạp của mạng kết nối, mạch gồm nhiều tầng và chứa nhiều các thành phần không tuyến tính Maxwell chính là một trong những công cụ toán học hữu ích nhất để thực hiện việc mô phỏng vấn đề này

1.2.4 Trường điện từ và các công cụ thử nghiệm đo TTĐT

Việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến trường điện từ như bức xạ của anten, sự truyền sóng, sự nhiễu xạ bởi các chướng ngại vật… là việc tập trung nghiên cứu giải các

phương trình của hệ phương trình Maxwell gồm 4 phương trình sau [1]:

t divB

Trong giai đoạn hiện nay trên thế giới đã xuất hiện một số công cụ hoặc các phương tiện để đo nhiễu điện từ phát ra bởi các linh kiện điện tử Ứng với mỗi công cụ sẽ

có một phương pháp đo riêng Các phương pháp đo TTĐT bao gồm:

- Đo bức xạ điện từ bằng tế bào TEM

- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ trường

- Đo dòng cao tần trên masse (GND) và đo nhiễu điện từ dẫn trên ngõ vào/ra của

IC bằng đầu dò

- Đo nhiễu điện từ dẫn bằng lồng Faraday

- Đo bức xạ điện từ bằng đầu dò từ tính mạch in ba lớp

1.3 Các vấn đề liên quan đến TTĐT

1.3.1 Xu hướng phát triển

Để đáp ứng các nhu cầu về phát triển công nghệ thì trong những năm gần đây, các mạch tích hợp cũng như các hệ thống tự động đã phát triển một cách nhanh chóng Các loại mạch tích hợp Si lần lượt ra đời: MSI, LSI, VLSI, ULSI Tuy nhiên, so với các mạch tích hợp Si trên thì các mạch tích hợp GaAs loại VHSI còn phức tạp hơn nhiều bởi mật

độ tích hợp và tốc độ chuyển mạch ngày càng tăng Các hệ thống điện tử ngày nay được

tích hợp bằng những vi mạch với tốc độ rất cao, nhiều chức năng, nhiều module và các thiết bị chuyển mạch Những thiết bị điện tử này làm tăng thêm nhiều hơn nữa các chức năng điều khiển hệ thống Tuy nhiên, vấn đề quan trọng là việc lắp ráp và tích hợp các thành phần sao cho việc bức xạ năng lượng không ảnh hưởng đến các nguồn năng lượng bên ngoài Đây là kết quả không dự đoán trước được trong các hệ thống này

Để giải quyết TTĐT trong các hệ thống tự động thì người ta phải đưa ra các tiêu chuẩn để đánh giá hệ thống đó Ví dụ, ở Châu Âu và Canada thì yêu cầu về độ bức xạ năng lượng; ở Mỹ thì người ta lại đưa ra bức xạ năng lượng phải theo nguyên tắc của FCC Tuy nhiên, chung quy lại đòi hỏi các thiết bị đó phải có khả năng miễn nhiễm từ các bức xạ khác Đồng thời, nếu bản thân thiết bị đó sinh ra bức xạ thì năng lượng bức xạ

đó phải nhỏ hơn ngưỡng cho phép được đề cập trong các tiêu chuẩn đánh giá về TTĐT

1.3.2 Đường dây truyền dẫn

Đường dây truyền dẫn được sử dụng để truyền năng lượng từ máy phát đến anten

Có rất nhiều loại dây truyền dẫn và chúng ta chỉ thảo luận về những loại dây đặc trưng nhất Tất cả chúng đều có những chức năng và đặc tính tương tự nhau Tuy nhiên, cấu trúc và yêu cầu của mỗi loại là khác nhau

Hình 1.3 Đường dây truyền dẫn kết nối từ máy phát đến anten

Có 2 loại đường dây truyền dẫn chính là dây trần và dây đồng trục:

- Dây trần có dạng giống hình cái thang với phần dây dẫn có vị trí đối diện với dây khác và bộ phận cách điện nằm giữa chúng Ưu điểm của loại này là việc kết nối được thực hiện dễ dàng, không cần phải có các kết nối đặc biệt nào, giá thành rẻ và độ suy hao thấp Tuy nhiên, nó có hạn chế là khả năng chống nhiễu

thấp, không ngăn chặn được năng lượng bức xạ từ các đường dây truyền dẫn khác

- Cáp đồng trục thì khắc phục được một số nhược điểm trên, tuy nhiên giá thành lại cao và yêu cầu cần phải có các kết nối đặc biệt bao gồm các kết nối hình trụ được bó chặt vào cáp đồng trục để nó có thể kết hợp được với các kết nối khác Một hạn chế nữa đó là suy hao cao nên làm giảm công suất từ máy phát đến anten cũng như từ anten đến máy thu Cáp đồng trục có một lớp vỏ cách điện với các nguồn bên ngoài để tránh các bức xạ từ bản thân nó ra bên ngoài, trong khi dây trần có cấu trúc đơn giản gồm 2 dây dẫn nằm hai bên của lớp cách điện Điều này cho thấy tại sao dây trần lại không cho hiệu quả chống nhiễu tốt như cáp đồng trục

Hình 1.4 Dây truyền dẫn loại dây trần

Hình 1.5 Dây truyền dẫn loại cáp đồng trục

Việc sử dụng các đường dây truyền dẫn là phương pháp cơ bản để truyền năng lượng từ máy phát đến anten, bộ chuyển đổi hay các loại tải khác Một trong những vấn

đề quan tâm là phối hợp trở kháng từ các đường dây dẫn đến tải Khi thực hiện được phối hợp trở kháng giữa điện trở tải và điện trở nguồn thì công suất truyền đi sẽ đạt giá trị cực đại

Hình 1.6 Truyền năng lƣợng từ máy phát đến anten thông qua dây dẫn

Năng lượng truyền đạt cực đại khi Za = Zc và khi đó công suất phản xạ bằng 0

Nhưng trong thực tế, luôn luôn có một lượng năng lượng sẽ bị phản xạ lại Công thức

Khi hệ số phản xạ quá lớn có thể phá hủy các thiết bị kiểm tra thực tế hoặc ít ra

cũng làm cho các kết quả bị sai lệch

Trở kháng đặc tính của đường dây truyền dẫn không đơn thuần chỉ là một điện trở

mà là một quan hệ phức tạp giữa điện kháng của các thành phần và tần số của tín hiệu

RF Một thành phần khác là tốc độ truyền của tín hiệu dọc theo đường dây Trong không

khí tốc độ truyền bằng tốc độ ánh sáng trong chân không, nhưng trong dây thì tốc độ

truyền chỉ là một phần của tốc độ ánh sáng Tốc độ truyền thông thường chiếm khoảng

60% đến 80% tốc độ ánh sáng Trở kháng đặc tính của các đường dây thông thường cũng

khoảng từ 50Ω đến 100Ω đối với cáp đồng trục và khoảng 300Ω đối với loại dây trần hay

dây xoắn đôi

Việc chọn loại cáp nào cũng rất quan trọng, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như

hệ số suy hao, kích thước vật lý, trở kháng… của mỗi loại cáp Thông thường khi làm

việc theo chuẩn TTĐT thì trở kháng của cáp từ 50Ω đến 75Ω

1.3.3 Lớp vỏ bọc

Lớp vỏ bọc trong lĩnh vực TTĐT có hai chức năng chính:

- Giữ phát xạ ở bên trong lớp vỏ

- Giữ các nguồn năng lượng bên ngoài ở ngoài lớp vỏ

Vai trò của lớp vỏ bọc là cách ly trường điện từ khỏi các thành phần đang hoạt động Lớp vỏ bọc được dùng để chống lại cả điện trường lẫn từ trường Thông số đặc trưng cho hiệu quả của lớp vỏ bọc là SE (Shielding Effectiveness) SE được tính bằng tỷ

số giữa cường độ trường ở bên này của lớp vỏ và cường độ trường ở bên kia lớp vỏ bọc Các loại vỏ tốt thông thường phải có SE 100dB

Tuy nhiên khó khăn trong việc để đạt được SE cao, nhất là về tần số cao, lớp vỏ bọc phải không có bất kỳ một khuyết tật nào (như không có lỗ trống, khe hở…) Nếu lớp

vỏ bọc xuất hiện các khe hở thì hiệu quả bọc chắn sẽ giảm đi rất đáng kể

1.3.4 Kiểm tra tương thích điện từ

1.3.4.1 Các quy tắc về TTĐT

Các vấn đề TTĐT thông thường có thể gồm sự kết hợp giữa các quy tắc như sự kết hợp của các tần số, kích thước của các thành phần, việc lắp ráp các bộ phận lại với nhau…

TTĐT được chia thành 3 nguyên tắc dựa trên kỹ thuật kết nối:

- Đường dẫn bức xạ

- Đường dẫn thiết bị dẫn

- Sự kết hợp của 2 kỹ thuật trên

Trong mỗi kỹ thuật bức xạ hay thiết bị dẫn thì được chia thành 2 quy tắc nhỏ nữa

là sự phát xạ và sự miễn nhiễm Ta có sơ đồ sau:

Hình 1.7 Các nguyên tắc TTĐT

Như vậy hiện tượng bức xạ chia làm hai loại:

- Bức xạ phát xạ (RE): liên quan đến cơ chế sinh ra các năng lượng bức xạ điện

từ không mong muốn vào môi trường chung quanh gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác

- Bức xạ miễn nhiễm (RI): liên quan đến cơ chế chống lại các bức xạ điện từ từ các thiết bị khác vào các bộ phận đang hoạt động của hệ thống

Và hiện tượng dẫn cũng được chia làm hai loại:

- Dẫn phát xạ (CE): liên quan đến cơ chế các năng lượng điện từ được tạo ra từ các mạch điện tử ảnh hưởng đến các bộ phận khác trong mạch (đặc biệt là nguồn cung cấp AC) thông qua các dây cáp truyền dẫn tín hiệu giữa các thiết

bị

- Dẫn miễn nhiễm (CI): liên quan đến khả năng chống lại các nhiễu điện từ sinh

ra từ bộ nguồn AC, các mạch điện tử đến thiết bị hoạt động của hệ thống Còn ESD bao gồm sự kết hợp giữa hiện tượng bức xạ và hiện tượng dẫn Hình 1.8 cho ta hình dung một cách cụ thể các quy tắc trên:

Hình 1.8 Các nguyên tắc TTĐT: (a) bức xạ phát xạ, (b) bức xạ miễn nhiễm, (c) dẫn

phát xạ, (d) dẫn miễn nhiễm 1.3.4.2 Các thiết bị đo TTĐT

Đa số các tín hiệu RF được tạo ra từ các thiết bị có trở kháng nguồn khoảng 50Ω

Và hầu hết các thiết bị đo TTĐT đều có trở kháng đầu vào là 50Ω Cũng có một vài trường hợp ngoại lệ: các máy đo điện áp và máy hiển thị dạng sóng có thể có trở kháng cao hơn Sở dĩ trở kháng bằng 50Ω chung cho các thiết bị kiểm tra là do có sự phối hợp trở kháng của phần lớn các cáp đồng trục được sử dụng hầu hết trong các phòng thí nghiệm Có thể sử dụng trở kháng cao hơn 50Ω khi gặp trường hợp phức tạp Việc đo sẽ phụ thuộc vào tần số, dựa trên việc phối hợp không đối xứng của cáp, nguồn và trở kháng tải

1.3.4.3 Bộ khuếch đại công suất

Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống kiểm tra sự miễn nhiễm RF Bộ khuếch đại này được dùng trong kiểm tra bức xạ sử dụng anten hay các tế bào TEM và kiểm tra dây dẫn sử dụng máy dò phun dòng điện hoặc các mạng nhân tạo

Yêu cầu về khuếch đại công suất phụ thuộc vào:

- Độ lợi anten và khoảng cách kiểm tra dự định trong phòng kiểm tra

- Đối với việc kiểm tra dây dẫn, sử dụng các hệ số của các bộ chuyển đổi khác

1.3.4.4 Thiết bị kiểm tra và thiết bị giám sát

Thiết bị kiểm tra được thiết kế cơ bản để định lượng các hệ thống anten và có những đặc điểm sau:

- Máy phát tín hiệu RF phải ở dải tần từ LF đến VHF và cả UHF

- Bộ đếm tần số

- Máy đo điện cảm

- Máy đo điện dung

EUT giám sát có thể là loại số, tương tự hoặc giám sát bus thông tin, chẳng hạn như các đường link audio hoặc video Chúng thường được kết nối đến cổng điều khiển hoạt động thông qua cáp sợi quang mà không làm ảnh hưởng đến trường gần EUT Cáp

sợi quang có thể xuyên qua hàng rào bảo vệ thông qua các ống dẫn có đường kính được xác định bởi tần số cao nhất được sử dụng trong các hốc kiểm tra và có chiều dài được lựa chọn để cung cấp mức suy hao tối thiểu có thể

1.3.4.5 Quy trình kiểm tra

Các bước chính trong quá trình kiểm tra như sau:

- Mô tả kỹ lưỡng các hoạt động của EUT với sơ đồ, biểu đồ và sơ đồ bố trí

- EUT, dụng cụ dây dẫn với các kết nối và mô phỏng nếu cần thiết

- Thiết bị giám sát, cáp sợi quang…, chúng phải không ảnh hưởng đến sự miễn nhiễm của EUT khi thêm vào

- Kiểm tra các tần số (các mức miễn nhiễm) dựa trên các nguyên nhân làm cho EUT sai số từ các thiết bị gây nhiễu hoặc các dịch vụ vô tuyến…

- Các chế độ hoạt động trong phòng kiểm tra EUT dựa trên việc phân tích các chế độ

- Phần mềm kiểm tra sản phẩm, chế độ hoạt động

1.4 Mô hình tương thích điện từ

1.4.1 Mục đích của mô hình TTĐT

Hai vấn đề quan trọng khi thiết kế một thiết bị điện tử là độ nhạy cảm điện từ hoặc tính miễn nhiễm điện từ (tức là tính ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ) và mức độ gây nhiễu của nó Do số lượng lớn và tính phức tạp của các thông số trong hệ thống điện tử

đã gây nên các hiện tượng nhiễu điện từ bức xạ và nhiễu điện từ dẫn Việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá các hiện tượng trên là vấn đề vô cùng phức tạp Chính vì vậy, cũng như các lĩnh vực kỹ thuật khác, người ta cũng đưa ra mô hình trong TTĐT nhằm triển khai được các bước chính trong quá trình sản xuất Đồng thời, từ việc định nghĩa một mô hình dựa trên các thành phần nhỏ thì có thể nâng cấp các thành phần này thành những hệ thống phức tạp hơn

Mục đích của mô hình TTĐT là lấy dữ liệu mức thành phần và sử dụng dữ liệu này để làm tăng độ chính xác của việc phân tích mức hệ thống, cụ thể là:

- Sử dụng mô hình để tạo nên một chức năng chuyển đổi từ các thông tin mức thành phần, sau đó dùng chức năng chuyển đổi này ở mức hệ thống

- Sử dụng mô hình để triển khai kiến thức về trở kháng của hệ thống

- Mô hình hóa các đường dẫn của dòng điện (kiểu vi sai hay chung)

1.4.2 Giá trị của mô hình TTĐT

Thực hiện kiểm tra TTĐT là vấn đề tốn kém rất nhiều thời gian và chi phí Phương pháp số học và phân tích hợp lý sẽ trở thành một phương pháp quan trọng để xác định ảnh hưởng của các trường bên ngoài đến các hệ thống điện tử bên trong hệ thống hoặc có thể dự đoán được các bức xạ đó tăng lên như thế nào Chính vì vậy, mô hình TTĐT thích hợp có thể làm giảm thời gian sản xuất và độ chính xác của mô hình có thể cho phép thực hiện kế hoạch bố trí các thành phần và cáp Nếu quá trình phân tích được đưa ra sớm ở phần thiết kế thì khi bố trí sẽ thuận tiện hơn, thay đổi để cải thiện khả năng miễn nhiễm được tốt hơn mà không làm tăng chi phí Đồng thời, quá trình mô phỏng và kiểm tra sớm hơn cũng làm giảm đáng kể thời gian để kiểm tra sản phẩm cuối cùng Mô hình cũng được sử dụng để nghiên cứu sự mắc nối giữa các nguồn bên ngoài và bên trong Ảnh hưởng của các máy phát vô tuyến xách tay, điện thoại di động, GPS… có thể là những nguồn đáng kể ở bên ngoài hệ thống

- Hiểu được các đường dẫn

- Xác định số lượng đường dẫn

- Nhận dạng các hoạt động một cách chính xác để tối thiểu hóa sự can nhiễu

Ngoài ra, một thách thức nữa đối với mô hình TTĐT là các loại dây dẫn và cáp được sử dụng, chúng phải được bọc như thế nào và cấu trúc của chúng ra sao…Những vấn đề về cấu trúc thành phần hay cấu trúc hệ thống cũng được xem xét trong mô hình TTĐT và nó thật sự là một nhiệm vụ phức tạp

Làm thế nào để các hệ thống trên đạt được hiệu suất cao nhất nhưng mức độ ảnh hưởng của nó đến các thiết bị, hệ thống khác là thấp nhất Rõ ràng vấn đề này là hết sức phức tạp và khó khăn do các tác động giữa các thiết bị, hệ thống này ta không thể lường trước được Cụ thể về các nguồn nhiễu trong lĩnh vực TTĐT sẽ được trình bày ở chương sau

CHƯƠNG 2

TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỆN TỬ

HÀNG KHÔNG

2.1 Giới thiệu chương

Ở chương này, ta sẽ tiến hành phân tích các nguồn nhiễu trong lĩnh vực TTĐT trong ngành điện tử hàng không; các loại nhiễu, đặc tính, hiệu ứng nhiễu cũng như mức ảnh hưởng của nó đến các thiết bị điện tử trên máy bay Đồng thời nêu ra một số nguồn gây nhiễu điển hình trong trong lĩnh vực này Bên cạnh đó, chương này cũng trình bày về các tác động qua lại giữa các hệ thống điện tử hàng không thông qua các kiểu ghép nối giữa chúng, nguồn gốc và bản chất của các loại nhiễu… để từ đó có những phương pháp nghiên cứu đưa ra các cách thức bảo vệ

2.2 Phân tích các nguồn nhiễu trên máy bay:

Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử nên các loại nguồn giao thoa điện

từ (EMI) cũng tăng lên, ảnh hưởng của EMI ngày càng đa dạng và phức tạp Những hiệu ứng này đe dọa đến sức khỏe và sự an toàn của con người, hoặc gây ra sự trục trặc hệ thống điện – điện tử khác, làm cho các thiết bị hoạt động không đúng theo yêu cầu và dễ

bị hỏng hóc Nhiễu EMI có thể lan truyền theo kiểu dẫn hoặc bức xạ được minh họa như hình vẽ:

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả các đường ghép EMI

Nguồn sinh ra nhiễu điện từ trên máy bay có thể ở các dạng như sau:

1) Các bộ phát tần số vô tuyến ở trên máy bay như các đường truyền kết nối cao tần (HF) hoặc siêu cao tần (VHF) hoặc nguồn năng lượng cao đặt trên mặt đất như máy radio hay các trạm quảng bá HF-VHF-UHF

2) Đường công suất máy bay 400Hhz, điện trường và từ trường

3) Máy tính và các bộ vi xử lý trên máy bay dùng để định thời và điều khiển xung đồng hồ của tín hiệu sẽ sinh ra các tần số vô tuyến 1Mhz hoặc cao hơn

4) Các bộ chuyển mạch công suất trên máy bay được dùng để chuyển năng lượng từ mức này sang mức khác

5) Các chuyển mạch điện dùng để bật, tắt đèn, quạt và động cơ của máy bay hoặc điều khiển bề mặt, cửa nhỏ, cửa chớp và nắp của máy bay

- Tần số thấp dưới 1 MHz với nhiễu tần số thường nhỏ hơn mức quan tâm

- Vùng tần số cao và rất cao, 1 tới 300 MHz với trường tần số vô tuyến cần có sự quan tâm cao và bọc chắn máy bay hoạt động như một anten hiệu quả

- Dãy tần số cao hơn 300MHz nơi mà điện áp trên dây dẫn giảm nhanh vì sự tăng tần số và dễ dàng điều khiển

2.3.1 Bức xạ tạo ra từ các hệ thống

Các hệ thống tự động có thể là nguồn của nhiễu bức xạ làm ảnh hưởng đến các linh kiện điện tử trong cùng một thiết bị, gây nhiễu với các hệ thống điện tử gần đó hoặc với các thiết bị khác như tivi, radio… Các thiết bị điện tử chủ động tạo ra các nhiễu bức

xạ trong suốt quá trình hoạt động của nó như: các phần tử chuyển mạch, các cổng logic, các tín hiệu điều khiển… Thậm chí ngay cả các thành phần không phải là linh kiện bán dẫn như các chuyển mạch cơ khí, anten, rơle, các thiết bị cảm ứng điện khác cũng có thể tạo ra nhiễu

Công nghiệp tự động hóa phân loại nhiễu bức xạ từ các hệ thống điện và điện tử theo 2 hướng: băng rộng (broadband) và băng hẹp (narrowband) Nhiễu băng rộng chiếm giữ phổ tần số rộng hơn so với băng thông của các máy thu được sử dụng Với nhiễu