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

Việc đảm bảo EMC sẽ góp phần kiểm soát được nguồn nhiễu điện từ để từ đó sử dụng hiệu quả phổ tần số và phòng ngừa, hạn chế các can nhiễu xảy ra giữa các thiết bị, đặc biệt là can nhiễu

Lời cảm ơn

Để hoàn thành chương trình cao học và viết Luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo, cán bộ, nhân viên trong Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đào Ngọc Chiến, người trực tiếp chỉ bảo, tận tâm hướng dẫn, định hướng cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Lận văn Thạc sĩ

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Thẩm Đức Phương đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn thành Luận văn

Nhân đây, xin chân thành cảm ơn chú Thượng Anh, anh Khanh - Cục Tần số vô tuyến điện, anh Hùng - Agilent Technologies Việt Nam, các bạn trong lớp CH khóa 2010B đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho em những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này

Cuối cùng, con xin gửi lời biết ơn đến gia đình, nơi đã sinh thành, nuôi dưỡng và động viên con rất nhiều trong thời gian qua, xin cảm ơn các

em đã 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 sự giúp đỡ và hướng dẫn của giảng viên PGS.TS Đào Ngọc Chiến,

luận văn này là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu của tác giả về các vấn đề được đặt ra trong luận văn Mọi số liệu, quan điểm, phân tích, đánh giá, kết luận của các tài liệu và các nhà nghiên cứu khác được trích dẫn theo đúng quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng mình

Hà nội, tháng 03 năm 2012

Tác giả

LỜI NÓI ĐẦU

Đi kèm sự phát triển bùng nổ trong lĩnh vực công nghệ viễn thông, công nghệ thông tin, điện, điện tử là sự gia tăng mức độ phát xạ điện từ vào môi trường gây

ra các hoạt động sai lệch của bản thân thiết bị và các thiết bị lân cận, thậm chí có thể

là mối nguy hại cho sức khỏe con người và môi trường xung quanh Vì thế, từ năm

1996 nhiều quốc gia như Liên hiệp Châu Âu, Mỹ, Úc, Nhật đã ban hành các Luật

về tuân thủ tương thích điện từ (EMC) và áp dụng các quy định bắt buộc về EMC cho các sản phẩm

Tại Việt Nam, có hai yếu tố cơ bản làm vấn đề EMC ngày càng trở nên cấp thiết Một là, xuất phát từ mục tiêu hội nhập vào các nền kinh tế khu vực như ASEAN, APEC, WTO , việc tuân thủ các qui định của quốc tế về EMC là một điều tất yếu phải thực hiện Hai là, nhu cầu về việc tuân thủ các qui định về EMC xuất phát từ chính sự phát triển của nền kinh tế nước ta Việc đảm bảo EMC sẽ góp phần kiểm soát được nguồn nhiễu điện từ để từ đó sử dụng hiệu quả phổ tần số và phòng ngừa, hạn chế các can nhiễu xảy ra giữa các thiết bị, đặc biệt là can nhiễu đối với nghiệp vụ thông tin vô tuyến điện, an toàn cứu nạn hay giúp kiểm soát khả năng miễn nhiễm điện từ để đảm bảo sự hoạt động liên tục của các hệ thống an toàn khi

có nhiễu bên ngoài tác động

Bên cạnh đó, đảm bảo các quy định về EMC sẽ góp phần hạn chế sự nhạy cảm của thiết bị điều khiển bằng điện tử (rơ le, chuyển mạch,…) đối với các nguồn nhiễu điện từ có thể làm thay đổi trạng thái của thiết bị, hệ thống và có thể gây ra nguy hiểm cho con người và tài sản nếu nó hoạt động sai chức năng

Từ những nhu cầu trên, việc nghiên cứu và xây dựng một phòng thử nghiệm tương thích điện từ là một việc làm mang tính cấp thiết Vì vậy, trong phạm vi luận văn thạc sỹ của mình, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đào Ngọc Chiến, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài:

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

Luận văn được trình bày như sau:

- Phần mở đầu:

Trình bày lý do chọn đề tài, lịch sử nghiên cứu, mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, tóm tắt các luận điểm cơ bản và phương pháp nghiên cứu

- Chương 1: Giới thiệu chung về EMC

Giới thiệu tổng quan về EMC ở trên thế giới và Việt Nam

Giới thiệu một số tiêu chuẩn về EMC

- Chương 2: Mô hình đo lường đánh giá EMC

Trình bày về mô hình đo lường đánh giá EMC, các thiết bị đo dùng trong EMC

- Chương 3: Các loại phòng cách ly dùng trong EMC

Tập trung nghiên cứu về vật liệu hấp thụ, GTEM, phòng hấp thụ và phòng bán hấp thụ, OATS

- Chương 4: Thiết kế phòng thử nghiệm tương thích điện từ

Thiết kế phòng, yêu cầu tính năng kỹ thuật đo EMC, lựa chọn thiết bị và xây dựng hệ thống đo EMC

- Chương 5: Kết quả và bàn luận

Trình bày những kết quả nghiên cứu của tác giả

- Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Trình bày kết luận của tác giả về những điều đã đạt được trong luận văn và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù tác giả đã hết sức cố gắng nhưng do đây là một vấn đề rộng lớn và tương đối khó nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết và chạn chế Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để có thể phát triển, hoàn thiện hơn nữa để đạt được kết quả nghiên cứu tốt hơn và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

MỤC LỤC 5

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 12

PHẦN MỞ ĐẦU 15

1 Lý do chọn đề tài 15

2 Lịch sử nghiên cứu 16

3 Mục đích nghiên cứu 16

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 16

5 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 16

6 Phương pháp nghiên cứu 17

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ Error! Bookmark not defined 1.1 Tổng quan về EMC trên thế giới và 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 trên thế giới và khu vựcError! Bookmark not defined 1.1.3 Vấn đề tương thích điện từ ở Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.2 Tiêu chuẩn EMC của Việt Nam và thế giới Error! Bookmark not defined 1.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.2.2 Tiêu chuẩn EMC của thế giới Error! Bookmark not defined 1.3 Phòng thử nghiệm tương thích điện từ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG II: MÔ HÌNH ĐO LƯỜNG ĐÁNH GIÁ EMCError! Bookmark not defined 2.1 Đo lường và đánh giá EMI Error! Bookmark not defined 2.2 Đo lường và đánh giá EMS Error! Bookmark not defined 2.3 Các thiết bị đo dùng trong 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 bộ 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 trên 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 Phòng hấp thụ hoàn toàn FAC Error! Bookmark not defined 3.3.2 Phòng bán hấp thụ SAC Error! Bookmark not defined 3.4 Mô hình thử nghiệm ngoài trời OATS Error! Bookmark not defined 3.4.1 Tính năng Error! Bookmark not defined 3.4.2 Các thành phần của 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 về 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 của phòng hấp thụ 78

4.1.4 Kích thước phòng đo EMC 82

4.2 Yêu cầu tính năng kỹ thuật đo EMC Error! Bookmark not defined 4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thiết bị Error! Bookmark not defined 4.2.1.1 Yêu cầu về công năng Error! Bookmark not defined 4.2.1.2 Yêu cầu về tiêu chuẩn 83

4.2.1.3 Yêu cầu về công nghệ 83

4.2.1.4 Yêu cầu về các chế độ vận hành 84

4.2.2 Yêu cầu cơ bản đối với phòng đo 3m và các phòng đo có che chắn RF 84

4.2.2.1 Phòng đo 3m 84

4.2.2.2 Phòng có che chắn RF 84

4.3 Lựa chọn cấu hình thiết bị 85

4.3.1 Tính năng và các 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 quá 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 tại các 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 đối với nhiễu phát xạ tần số vô tuyến 105

4.4.2.2 IEC 61000-4-6:2008 Miễn nhiễm đối với nhiễu dẫn tần số vô tuyến 106

4.4.2.3 IEC 61000-4-2:2008 Miễn nhiễm đối với các hiện tượng phóng tĩnh điện (EDS) 111

4.4.2.4 IEC 61000-4-5:2005 Miễn nhiễm đối với các xung 114

4.4.2.5 IEC 61000-4-8:2009 Miễn nhiễm đối với từ trường tần số nguồn 120

4.4.2.6 IEC 61000-4-11:2004 Miễn nhiễm đối với các hiện tượng sụt áp, ngắt quãng và 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

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

Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques

CP Connection Points

DC Direct Current

EMF Electromagnetic Field

EFT Electrical Fast Transients

EMC ElectroMagnetic Compatibility

e.m.f electromotive force

EMI ElectroMagnetic Interference

EMS ElectroMagnetic Susceptibility

ETSI European Telecommunications Standards Institute

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

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 3

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

TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

TEM Transverse ElectroMagnetic

TIA Telecommunications Industry Association

UL Underwriters Laboratory

VCCI Voluntary Control Council for Interference VCP Vertical Coupling Plane

VDE Verband der Elektrotechnik

VSWR Voltage Standing Wave Ratio

WTO World Trade Organization

defined.7

Bảng 3.5: Thông số đặc trưng của vật liệu hấp thụ trên mặt sàn 59 Bảng 4.1: Mối quan hệ năng lượng giữa các tia phản xạ và tia chính tính theo dB 77 Bảng 4.2: Đo đạc hệ số phản xạ Error! Bookmark not defined.7 Bảng 4.3: Các phép đo lường và các hợp chuẩn 86

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Các thành phần của EMC 17

Hình 1.2: Vùng an toàn trong tương thích điện từ 18

Hình 2.1: Mô hình tóm tắt đo EMC Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Nguyên lý đo nhiễu điện từ EMI Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Mạng ổn định trở kháng đường dây nguồnError! Bookmark not defined Hình 2.4 : Kịch bản đo nhiễu bức xạ điện từ EMI Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Các đường kết nối và các thủ tục đo EMI 30

Hình 2.6: Các hệ số hiệu chỉnh khi đo EMI Error! Bookmark not defined Hình 2.7: Mô hình đo điện áp nhiễu dẫn điện từ Error! Bookmark not defined Hình 2.8: Mô hình đo công suất nhiễu dẫn RF Error! Bookmark not defined Hình 2.9: Cặp hấp thụ 32

Hình 2.10: Mô hình đo cường độ từ trường 33

Hình 2.11: Mô hình đo bức xạ trường gần 33

Hình 2.12: Mô hình đo bức xạ trường xa 34

Hình 2.13: Mô hình đo độ nhạy cảm điện từ EMS 35

Hình 2.14: Mô hình đo EMS theo chuẩn EN 61000-4-3 36

Hình 2.15: Sơ đồ kết nối hệ thống trong mô hình đo EMS 36

Hình 2.16: Anten sừng kiểu ống dẫn sóng đỉnh kép 37

Hình 2.17: Anten hai chóp Error! Bookmark not defined Hình 2.18: Anten vòng Error! Bookmark not defined Hình 2.19: Bộ ổn định trở kháng đường dây nguồn 39

Hình 2.20: Đầu dò điện trường 39

Hình 2.21: Bộ dò trường gần 40

Hình 2.22: Cấu hình máy phát tín hiệu thử 42

Hình 2.23: Bàn xoay 43

Hình 3.1: Hình dạng của vật liệu hấp thụ hình chóp 46

Hình 3.2: Hình dạng vật liệu hấp thụ hình chóp xoắn 46

Hình 3.3: Sắp xếp vật liệu hấp thụ hình chóp xoắn 47

Hình 3.4: Hệ số phản xạ của vật liệu dạng kim tự tháp phụ thuộc tần số 48

Hình 3.5: Ảnh hưởng của sự biển đổi tải carbon trong đặc tính của vật liệu hấp thụ hình chóp 49

Hình 3.6: Hệ số phản xạ phụ thuộc vào góc tới của vật liệu 50

Hình 3.7: Biểu diễn độ hấp thụ của một bước sóng dày với góc rộng 51

Hình 3.8: So sánh đặc tính của vật liệu hấp thụ hình chóp đường cong có tính chu kỳ gấp đôi chuẩn 1.8 đến 1 m 52

Hình 3.9: Cấu trúc của vật liệu hấp thụ màng kim loại 53

Hình 3.10: Vật liệu hấp thụ hình nêm 54

Hình 3.11: Hình dạng của vật liệu hấp thụ hình xoắn 54

Hình 3.12: Biểu diễn các đường cong của hấp thụ đa lớp 55

Hình 3.13: Hình dạng của hấp thụ điện môi ghép 56

Hình 3.14: Hình dạng của hấp thụ đặt trên lối đi 57

Hình 3.15: Vật liệu hấp thụ ferrite lát sàn 58

Hình 3.16: Hoạt động vật lý của ferrite lát phòng 58

Hình 3.17: Biểu diễn ferrite lát phẳng 61

Hình 3.18: Hệ số phản xạ phụ thuộc góc tới của vật liệu hấp thụ ferrite 61

Hình 3.19: Hình dạng của vật liệu hấp thụ ferrite lưới 62

Hình 3.20: Đặc tính tiêu biểu của vật liệu hấp thụ lưới ferrite 62

Hình 3.21: Vật liệu hấp thụ hỗn hợp ferrite/cách điện 63

Hình 3.22: Đặc tính của Vật liệu hấp thụ hỗn hợp ferrite/cách điện khác nhau 63

Hình 3.23: Buồng GTEM 64

Hình 3.24: Phòng hấp thụ hoàn toàn 66

Hình 3.25: Sơ đồ mặt bằng phòng bán hấp thụ 66

Hình 3.26: Sơ đồ bố trí mặt bằng phòng bán hấp thụ, phòng điều khiển và phòng khuếch đại 67

Hình 3.27: Kích thước vùng tự do trong OATS 69

Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế phòng 70

Hình 4.2 : Cơ sở để xác định tiêu chuẩn trường xa 71

Hình 4.3: Mô hình đơn giản của phương pháp Ray Tracing 73

Hình 4.4: Mô hình tổng quát của phương pháp Ray Tracing 74

Hình 4.5: Mô hình các tia phản xạ tác động tới khu vực khảo sát 76

Hình 4.6: Hai tia tương tác nhau 78

Hình 4.7: Tổng năng lượng của 2 tia tới và phản xạ 79

Hình 4.8: Mối quan hệ giữa đo đạc và hệ số phản xạ của phòng 80

Hình 4.9: Kích thước tối thiểu của mặt đất chuẩn kim loại 82

Hình 4.10: Kích thước phòng đo 82

Hình 4.11: Sơ đồ bố trí phòng đo 3m và các phòng có che chắn 85

Hình 4.12: Sơ đồ khối hệ thống thử nghiệm phát xạ RF 88

Hình 4.13: Sơ đồ khối hệ thống thử nghiệm miễn nhiễm RF 90

Hình 4.14: Hệ thống giám sát EUT 91

Hình 4.15: Hệ thống thử nghiệm miễn nhiễm quá độ 92

Hình 4.16: Cấu hình phép đo nhiễu dẫn của các thiết bị đặt bàn 95

Hình 4.17: Cấu hình tương đương của phép đo nhiễu dẫn cho các thiết bị đặt bàn 96 Hình 4.18: Cấu hình tương đương của phép đo nhiễu dẫn cho các thiết bị đặt bàn (Nhìn từ trên xuống) 98

Hình 4.19: Cấu hình phép đo cho các thiết bị đặt bàn (Phép đo nhiễu dẫn tại vị trí đo nhiễu phát xạ) 98

Hình 4.20: Cấu hình phép đo nhiễu dẫn cho các thiết bị đặt trên sàn nhà 99 Hình 4.21: Cấu hình phép đo nhiễu dẫn cho các thiết bị đặt bàn và đặt trên sàn nhà

Error! Bookmark not defined Hình 4.22: Cấu hình phép đo nhiễu phát xạ cho thiết bị đặt bànError! Bookmark not defined

Hình 4.23: Cấu hình phép đo nhiễu phát xạ cho thiết bị đặt trên sàn nhà Error! Bookmark not defined

Hình 4.24: Cấu hình phép đo nhiễu phát xạ cho thiết bị đặt trên sàn nhà và bàn

Error! Bookmark not defined

Hình 4.25: Cấu hình phép đo cho thiết bị đặt trên sàn nhà có cáp nối chạy phía trên (nhìn từ cạnh bên) 104 Hình 4.26: Cấu hình phép đo cho thiết bị đặt trên sàn nhà có cáp nối chạy phía trên

(nhìn từ trên xuống) Error! Bookmark not defined Hình 4.27: Thiết lập cấu hình phép thử cho thiết bị đặt trên sàn nhà Error! Bookmark not defined

Hình 4.28: Thiết lập cấu hình phép thử cho thiết bị để bànError! Bookmark not defined

Hình 4.29a: Mô hình trường gần EM đo dòng chế độ chung trên cáp của EUT

Error! Bookmark not defined Hình 4.29b: Sơ đồ thiết lập phép thử miễn nhiễm dẫn RFError! Bookmark not defined

Hình 4.30: Ví dụ cấu hình phép thử đối với EUT gồm một khối đơn Error! Bookmark not defined

Hình 4.31: Ví dụ cấu hình phép thử đối với EUT gồm nhiều khối cấu thành Error! Bookmark not defined

Hình 4.32: Quy tắc lựa chọn phương pháp chèn tín hiệuError! Bookmark not defined

Hình 4.33: Ví dụ về cấu hình phép thử trong phòng thí nghiệm đối với thiết bị để

bàn Error! Bookmark not defined

Hình 4.34: Ví dụ về cấu hình phép thử trong phòng thí nghiệm đối với thiết bị đặt

sàn nhà Error! Bookmark not defined

Hình 4.35: Ví dụ về cấu hình phép thử sau khi lắp đặt đối với thiết bị đặt sàn nhà

Error! Bookmark not defined

Hình 4.36: Ví dụ đối với phương pháp ghép điện dung trên các đường AC/DC; ghép

dây-dây Error! Bookmark not defined

Hình 4.37: Ví dụ đối với phương pháp ghép điện dung trên các đường AC/DC; ghép

dây-đất Error! Bookmark not defined

Hình 4.38: Ví dụ đối với phương pháp ghép điện dung trên các đường AC (3 pha);

ghép dây L3-dây L1 Error! Bookmark not defined

Hình 4.39: Ví dụ đối với phương pháp ghép điện dung trên các đường AC (3 pha);

ghép dây L3-đất; đầu ra bộ tạo sóng được nối đất Error! Bookmark not defined

Hình 4.40: Ví dụ về cấu hình thử đối với các đường dây nối không có lớp che chắn;

ghép dây-dây/dây-đất; ghép qua các tụ Error! Bookmark not defined

Hình 4.41: Ví dụ về cấu hình thử đối với các đường dây không đối xứng, không có

lớp che chắn; ghép dây-dây/dây-đất; ghép qua các bộ triệt xungError! Bookmark not defined

Hình 4.42: Ví dụ về cấu hình thử đối với các đường dây không đối xứng, không có lớp che chắn (các đường viễn thông); ghép dây-dây/dây-đất; ghép qua các bộ triệt

xung Error! Bookmark not defined

Hình 4.43: Ví dụ về cấu hình thử đối với phép thử đường dây có lớp che chắn và

hiện tượng chênh lệch điện thế; ghép dẫn Error! Bookmark not defined

Hình 4.44: Ví dụ về cấu hình thử đối với phép thử đường dây không có lớp che chắn và đường dây có lớp che chắn (lớp che chắn nối đất một đầu) và hiện tượng

chênh lệch điện thế; ghép dẫn Error! Bookmark not defined Hình 4.45: Ví dụ về cấu hình đối với thiết bị để bàn Error! Bookmark not defined Hình 4.46: Ví dụ về cấu hình đối với thiết bị đặt trên sànError! Bookmark not defined

Hình 4.47: Sơ đồ nguyên lý thử sụt áp, ngắt quãng điện áp dùng các biến áp biến

đổi và các công tắc Error! Bookmark not defined

Hình 4.48: Sơ đồ thiết bị thử sụt áp và ngắt quãng điện áp dùng bộ khuếch đại công

suất Error! Bookmark not defined Hình 4.49: Sơ đồ thiết bị thử đơn giản cho hiện tượng thay đổi điện áp Error! Bookmark not defined

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Xuất phát từ nhu cầu nghiên cứu và phát triển nền công nghiệp điện và điện tử:

Phòng đo EMC là môi trường thử nghiệm rất hữu ích và cần thiết đối với các đơn vị nghiên cứu, nhà sản xuất trong quá trình nghiên cứu, thiết kế sản phẩm nhằm đưa đến tay người tiêu dùng các sản phẩm có chất lượng, an toàn cao

- Xuất phát từ nhu cầu tăng cường năng lực quản lý tương thích điện từ tại Việt Nam: Hiện nay công tác quản lý tương thích điện từ tại Việt Nam đang được triển

khai thông qua hệ thống văn bản quy phạm pháp luật gồm Luật Tần số vô tuyến điện và các Thông tư; các tiêu chuẩn, quy chuẩn do Bộ Khoa học công nghệ và Bộ Thông tin và Truyền thông ban hành

Mặc dù đã có Luật Tần số vô tuyến điện và các thông tư về chứng nhận và công bố hợp quy, nhưng hiện nay có rất nhiều các doanh nghiệp sản xuất trong nước không biết hoặc chưa chú trọng các tiêu chí cần phải đạt về EMC đối với sản phẩm của mình Thực tế qua đo kiểm, qua chứng nhận sản phẩm bắt buộc thì nhiều doanh nghiệp mới biết đến khái niệm EMC và đã có rất nhiều sản phẩm không đạt

về EMC qua lần đầu kiểm tra

- Xuất phát từ mục tiêu hội nhập vào nền kinh tế khu vực và trên thế giới: Phòng

đo EMC còn là một phòng đo kiểm độc lập để tham gia vào các hoạt động đo kiểm trong nước và nước ngoài đáp ứng nhu cầu thử nghiệm về EMC của các tổ chức, cá nhân, doanh nghiệp trong các lĩnh vực: Nghiên cứu phát triển, sản xuất; Nhập khẩu,

kinh doanh hàng hóa trên trị trường Việt Nam; Xuất khẩu hàng hóa ra nước ngoài

Từ những nhu cầu trên, việc nghiên cứu và thiết kế một phòng thử nghiệm tương thích điện từ là một việc làm mang tính cấp thiết

2 Lịch sử nghiên cứu

Trong thời gian học tập tại trường, tác giả đã được tiếp thu các kiến thức về EMC, khi thực hiện đề tài tác giả đã tim hiểu các phương pháp phân tích và tiếp cận thực tế với các doanh nghiệp cung cấp thiết bị trong phòng đo EMC và phòng đo EMC của cục tần số vô tuyến điện Điều đó tạo tiền đề thuận lợi hơn để tác giả hoàn thành luận văn này

3 Mục đích nghiên cứu

Với các lý do trên, tác giả tiến hành nghiên cứu phòng thử nghiệm tương thích điện từ thông qua các phương pháp phân tích và thiết kế, nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế về EMC của bài toán thực tế

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nghiên cứu của mình, tác giả tập trung vào các khía cạnh sau:

- Nghiên cứu mô hình đo lường và đánh giá EMC: EMI và EMS

- Nghiên cứu các loại phòng cách ly dùng trong EMC

- Thiết kế phòng EMC

5 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

- Nghiên cứu, phân tích, đánh giá mô hình đo lường EMI và EMS

- Nghiên cứu cách các loại phòng cách ly dùng trong EMC

- Thiết kế phòng đo EMC

- Đưa ra yêu cầu tính năng đo EMC

- Xây dựng hệ thống đo phát xạ nhiễu điện từ (đo EMI) theo CISPR 22:2006/EN 55022:2006 và hệ thống thử miễn nhiễm điện từ (đo EMS) theo IEC/EN 61000

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các chuẩn EMC, các phương pháp thiết kế phòng không phản xạ, các thiết bị trong phòng đo EMC

- Phương pháp kiểm tra bằng thực nghiệm: Thiết kể thử phòng đo EMC, xây

dựng hệ thống đo

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.1 Tổng quan về EMC trên thế giới và Việt Nam

1.1.1 Khái niệm EMC

Tương thích điện từ (EMC) là khả năng của thiết bị (điện, điện tử, vô tuyến điện) vận hành ổn định và đảm bảo các tham số trong môi trường điện từ cụ thể và

không tạo ra nhiễu vượt quá tiêu chuẩn qui định đối với các thiết bị khác EMC

được chia thành nhiễu điện từ (EMI) và miễn nhiễm điện từ (EMS)

EMC = EMI + EMS Trong đó:

EMI gồm có nhiễu dẫn điện từ và nhiễu phát xạ điện từ

EMS gồm có miễn nhiễm dẫn điện từ và miễn nhiễm phát xạ điện từ

- Đo lường EMC đưa ra các sản phẩm tốt

- Đo lường EMC hỗ trợ các hợp chuẩn

- Không có đánh giá EMC các thiết bị không thể bán được

- Các thiết bị an toàn chuẩn không thể có lỗi

Hình 1.2: Vùng an toàn trong tương thích điện từ

1.1.2 Vấn đề tương thích điện từ trên thế giới và khu vực

Sự phát triển các sản phẩm điện, điện tử, vô tuyến điện trong các lĩnh vực quân sự, viễn thông, công nghệ thông tin, y tế, ôtô, đồ dùng gia đình, v.v kèm theo mặt trái là làm gia tăng mức độ bức xạ điện từ vào môi trường Đồng thời các thiết

bị đó phải đảm bảo hoạt động bình thường trong môi trường có nhiễu điện từ Từ năm 1996 các cơ quan điều hành của nhiều quốc gia, Liên hiệp Châu Âu, Hoa Kỳ,

Úc, Nhật, v.v đã ban hành Luật về tuân thủ EMC và áp dụng các qui định bắt buộc về EMC cho các sản phẩm Ví dụ các sản phẩm nói trên khi không có chứng

nhận EMC (nhãn CЄ) do các phòng thử nghiệm EMC độc lập Quốc tế cấp, sẽ

không được lưu hành tại Cộng đồng Châu Âu

Tại nhiều nước và khu vực trên thế giới EMC của sản phẩm đã trở thành mội tiêu chuẩn chất lượng bắt buộc Tất cả các nước phát triển đều có hệ thống các phòng thử nghiệm EMC Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Đài Loan, Malaysia, Indonesia, Philippines, Singapore rất quan tâm đến EMC và đã đấu tư xây dựng nhiều Phòng thử nghiệm EMC Thái Lan cũng có một số trung tâm thử

nghiệm EMC Riêng Trung Quốc có 36 Phòng thử nghiệm EMC phục vụ cho các sản phẩm thương mại và quân sự Trong lĩnh vực quân sự Trung quốc có 12 Phòng thử nghiệm EMC nằm trong Binh chủng Tăng Thiết giáp, Tổ chức Hàng không Vũ trụ, Trung tâm thử nghiệm EMC Mianyang, Viện nghiên cứu số 10, 29, 39, 4, 504,

615, Viện nghiên cứu Điện tử - Cơ khí Shenyang, và v.v

Thử nghiệm EMC đóng vai trò tích cực trong phát triển và tiêu thụ sản phẩm, giúp các nhà sản xuất và các quốc gia hội nhập nền kinh tế thế giới Thử nghiệm EMC tham gia vào tất cả các công đoạn thử nghiệm sản phẩm: thiết kế sản phẩm mẫu, sản xuất thử lô số 0, xuất xưởng, xuất khẩu và nhập khẩu sản phẩm

Để thử nghiệm khả năng tương thích điện từ của các thiết bị (điện, điện tử, vô tuyến điện) cần phải có các phòng thử nghiệm EMC theo các tiêu chuẩn quốc tế qui định Các phòng thử nghiệm phải đảm bảo thử nghiệm được tất cả các tham số EMC (nhiễu điện từ EMI và miễn nhiễm điện từ EMS) đã được các nước khác thừa nhận, và thử nghiệm được nhiều chủng loại sản phẩm, từ các sản phẩm kích thước

nhỏ như điện thoại di động, tivi, máy tính, cho đến ôtô, xe tăng, máy bay (phụ thuộc vào qui mô của phòng thử nghiệm)

1.1.3 Vấn đề Tương thích điện từ ở Việt Nam

Trong bối cảnh chung của thế giới, có hai yếu tố cơ bản làm vấn đề EMC ở Việt Nam ngày càng trở nên cấp thiết

Trước hết, yêu cầu này xuất phát từ mục tiêu hội nhập vào nền kinh tế khu vực

và thế giới mà Đảng và Nhà Nước đã đề ra Trên lộ trình hội nhập với ASEAN, APEC, WTO, việc tuân thủ các qui định của quốc tế về EMC là một điều tất yếu phải thực hiện Theo APEC reference #201-CT-07.1 DECLARENET, tháng 1/2001 cho biết, từ năm 1999, “Tiểu ban về Tiêu chuẩn và phù hợp CTI/SCSC của APEC

đã đề nghị và chuẩn bị một '' Phương án hành động '' về thương mại sản phẩm máy tính cho các nền kinh tế thành viên của APEC” Và cũng theo “Kế hoạch hành động

- SCSC’s Collective Action Plan”, vào tháng 10/2000, các thành viên APEC đã đồng ý xem xét áp dụng tiêu chuẩn quốc tế về an toàn (IEC 60950) và tương thích điện từ (CISPR 22/IEC 61000) cho các sản phẩm máy tính Thời điểm đề nghị áp dụng là năm 2005 cho các thành viên phát triển và 2008 cho các thành viên đang phát triển

Hai là, nhu cầu về việc tuân thủ các qui định về EMC xuất phát từ chính sự phát triển của nền kinh tế nước ta Trong sự đổi mới nhanh chóng của nước nhà trong thời kỳ đổi mới, một trong những sản phẩm có tốc độ phát triển nhanh nhất là sản phẩm công nghệ thông tin, liên lạc Số lượng máy tính sử dụng, lắp ráp, sản xuất tại Việt Nam trong những năm qua tăng trưởng khá cao Theo ước tính của giới chuyên trách, thị trường công nghệ thông tin ở Việt nam hiện nay vào khoảng 1

tỷ đô la Mỹ/năm và có khoảng vài triệu máy tính đang hoạt động trong cả nước Dự báo mức độ tăng trưởng của ngành công nghệ thông tin khoảng 20% mỗi năm, đây

là mức độ phát triển khá cao Các ngành sản xuất khác như điện tử dân dụng, điện thoại di động, máy thu phát hai chiều, đồ chơi điện tử, các đồ điện thông minh, thiết

bị viễn thông, cũng dần được định hình và đi vào sản xuất ổn định Với sự gia tăng của các sản phẩm điện, điện tử, tin học, thiết bị viễn thông trong đời sống xã

hội, việc áp dụng các tiêu chuẩn EMC với các sản phẩm không chỉ nhằm đảm bảo lợi ích của người tiêu dùng mà còn đảm bảo tính cạnh tranh của sản phẩm ngay tại thị trường trong nước, tạo điều kiện cho các ngành công nghiệp non trẻ của nước ta hướng tới xuất khẩu

Nhận thức được tầm quan trọng của EMC, một số cơ quan quản lý ngành, quản lý chất lượng sản phẩm như Tổng cục Bưu điện (nay là Bộ Thông tin và Truyền thông), Bộ Khoa học và Công nghệ, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Tổng Công ty Điện tử và Tin học Việt Nam, đã đầu tư nghiên cứu để tiếp cận với EMC nhằm triển khai, áp dụng vào nước ta

Theo kết quả khảo sát của chương trình JICA “Study on Development of Industrial Standardization, Metrology, Testing and Quality Management in the Socialist Republic of Vietnam-JICA-11/1997” thì khả năng thử nghiệm sản phẩm điện-điện tử của Việt nam còn rất hạn chế, chỉ tiến hành được một số thí nghiệm liên quan đến các chỉ tiêu an toàn đơn giản, phục vụ chủ yếu cho việc chứng nhận bắt buộc chất lượng sản phẩm điện như: thử dòng rò, thử chịu điện áp trung bình Đối với sản phẩm công nghiệp điện, điện tử của Việt nam, khả năng thử nghiệm cũng chỉ được tiến hành đối với các chỉ tiêu cơ bản, thông thường trong dây chuyền sản xuất cũng như trong kiểm tra thành phẩm Một số thiết bị thử nghiệm chủ yếu như đo điện áp, đo dòng điện, điện trở, công suất, độ dài, nhiệt độ, cách điện, dao động ký v.v còn thiếu rất nhiều thiết bị thử nghiệm tính năng như cao áp, an toàn điện, đo và phát xung, phát xạ, phòng cách âm, phòng cách nhiễu v.v Bởi vậy, đối với những loại hình thử nghiệm quy mô lớn, cần đầu tư nhiều về thiết bị, trình độ vận hành thiết bị, kiến thức thử nghiệm máy, tính tương thích điện từ, cao áp v.v Các cơ sở sản xuất, kinh doanh không thể có khả năng tự đầu tư và hiệu quả đầu tư thấp

Trong lĩnh vực Bưu chính Viễn thông, mạng lưới thông tin liên lạc của Việt nam không ngừng được hiện đại hoá, phát triển với tốc độ nhanh Nhiều thiết bị, hệ thống tiên tiến khác nhau đã được triển khai Những thành tựu trong lĩnh vực viễn thông tại Việt nam đã góp phần quan trọng thúc đẩy sự tăng trưởng nền kinh tế và

nâng cao đời sống văn hoá xã hội Trong sự phát triển này, công tác quản lý tần số

có vai trò đặc biệt quan trọng, nhằm đảm bảo thông tin được an toàn, thông suốt, đảm bảo sử dụng tần số vô tuyến điện khoa học, hiệu quả và tiết kiệm băng tần Theo điểm 6 Điều 2 của Quyết định 1010/2001/QĐ-TCBĐ ngày 3/12/2001, Cục Tần số VTĐ có nhiệm vụ “Xác định xử lý can nhiễu có hại, kiểm tra, xác nhận tương thích điện từ cho các thiết bị bức xạ vô tuyến điện theo qui định của pháp luật” Trong đó, việc kiểm tra tương thích điện từ trường bao gồm các nội dung:

- Kiểm tra nhiễu điện từ EMI liên quan đến các phép đo tần số và biên độ của các tín hiệu không mong muốn phát ra từ các thiết bị được kiểm tra, đảm bảo năng lượng điện từ trường từ các thiết bị này không ảnh hưởng tới hoạt động của các thiết bị khác

- Kiểm tra độ nhạy cảm điện từ EMS là biện pháp để xác định khả năng của các thiết bị được kiểm tra có thể hoạt động bình thường trong môi trường điện từ có các nhiễu không mong muốn

Hiện nay ở Việt nam, có các phòng thử nghiệm tương thích điện từ sau:

Phòng thử nghiệm EMC của Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 (QUATEST3), thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng – Bộ Khoa học

và Công nghệ do DK Corporation Japan thiết kế và trang bị đồng bộ theo các chuẩn mực quốc tế IEC (ủy ban kỹ thật Điện quốc tế), FCC (US), VCCI (Nhật Bản) Buồng hấp thụ SAC 3m có khả năng thử nghiệm trong dải tần số từ 26 MHz đến 40 GHz, buồng chắn nhiễu có khả năng thử nghiệm trong dải tần số từ 10 kHz đến 10 GHz

Thử nghiệm về tương thích điện từ cho các nhóm sản phẩm điện-điện tử như thiết bị điện, điện tử gia dụng, máy tính và thiết bị ngoại vi, thiết bị viễn thông Phòng thử nghiệm EMC được Bộ Thông tin và Truyền thông chỉ định là phòng thử nghiệm EMC cho các sản phẩm công nghệ thông tin và viễn thông từ tháng 7-2007

Các phương pháp thử nghiệm: TCVN, QCVN, IEC/CISPR, EN, FCC, ITU

Thiết bị chính:

- Buồng hấp thu bán cách nhiễu 3m

- Buồng điều khiển

- Đồng hồ đo công suất

Phòng đo của Cục Tần số được hoạt động từ năm 1999 Đây là công cụ cần thiết và hữu ích trong việc quản lý tương thích điện từ

Phòng đo tương thích điện từ của Cục Tần số đã trở thành phòng thử nghiệm được công nhận trong hệ thống các phòng thí nghiệm của Việt Nam năm 2000 mã số VILAS

060 Năm 2010, phòng được trang bị mới hệ thống thiết bị phòng đo EMC 3m, công nghệ hiện đại đạt chuẩn quốc tế Trang thiết bị đo mới này đáp ứng được đầy đủ các phép đo kiểm về EMC (bao gồm đo phát xạ và thử miễn nhiễm điện từ) Tháng 7/2011, hệ thống thiết bị, phòng đo EMC 3m được đưa vào khai thác, sử dụng

Phòng đo EMC của Cục Tần số vô tuyến điện, Bộ Thông tin và Truyền thông khai trương vào ngày 10/11/2011 Đây là phòng đo EMC đầu tiên tại Hà Nội và thứ hai của Việt Nam Phòng đo EMC này còn là môi trường thử nghiệm rất hữu ích và cần thiết đối với các đơn vị nghiên cứu, các nhà sản xuất nhằm đưa đến tay người tiêu dùng các sản phẩm có chất lượng, an toàn cao Các doanh nghiệp sản xuất, nhập khẩu thiết bị điện, điện tử sẽ có thêm cơ hội lựa chọn nơi kiểm tra, đối chiếu chất lượng sản phẩm của mình Trang thiết bị của Phòng đo EMC bao gồm: Phòng

đo EMC 3 mét, phòng che chắn SR1, SR2, hệ thống đo nhiễu điện từ (không gây nhiễu đến thiết bị, hệ thống thiết bị khác) và hệ thống đo miễn nhiễm điện từ (khả năng hệ thống thiết bị vô tuyến điện, điện, điện tử hoạt động bình thường trong môi trường điện từ)

Ngoài ra, Viện Rađa, Trung tâm Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự (KHKT và CNQS) - Bộ Quốc phòng có một phòng thử nghiệm tương thích điện từ nhỏ để đo anten

1.2 Tiêu chuẩn EMC của Việt Nam và thế giới

1.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam

Việt Nam đã xây dựng được một số Tiêu chuẩn về tương thích điện từ do Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng Việt Nam biên soạn, như: TCVN 6989-1: Qui định kỹ thuật đối với thiết bị đo và phương pháp đo nhiễu và miễn nhiễm tần số rađio Phần 1: Thiết bị đo nhiễu và miễn nhiễm tần số rađio, năm

2003 TCVN 6989-2: Qui định kỹ thuật đối với phương pháp đo và thiết bị đo nhiễu

và miễn nhiễm tần số rađio Phần 2: Phương pháp đo nhiễu và miễn nhiễm, năm

2001 TCVN 6988: Thiết bị tần số rađio dùng trong công nghiệp, nghiên cứu khoa học và y tế (ISM) Đặc tính nhiễu điện từ Giới hạn và phương pháp đo, năm 2001 TCVN 7189: Thiết bị công nghệ thông tin Đặc tính nhiễu tần số rađio Giới hạn đo

và phương pháp đo, năm 2003

TCVN 7317: Thiết bị công nghệ thông tin Đặc tính tính miễn nhiễm Giới hạn

và phương pháp đo, năm 2003

Bộ Thông tin và Truyền thông cũng đã biên soạn một số tiêu chuẩn về tương thích điện từ, nhiễu phát xạ và miễm nhiễm điện từ, như: TCN 68-191/192/193/194/195:2000; TCN 68-196/197:2001; TCN 68-207/208/209/210:

1.2.2 Tiêu chuẩn EMC của Thế giới

Hệ thống tiêu chuẩn về EMC đã được xây dựng khá hoàn chỉnh và được bổ sung, cập nhật thường xuyên bởi các tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế như sau:

Tại Hoa kỳ:

- Federal Communication Commission (FCC)

- Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)

- International Society for Measurement and Control (ISA)

- Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits (IPC)

- National Institute of Standards and Technology (NIST)

- National Standards System Network (NSSN)

- Society of Automotive Engineers (SAE) International

- Telecommunications Industry Association (TIA)

- Underwriters Laboratories, Inc (UL)

- American National Standards Institute (ANSI)

Châu Âu:

- European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC)

- European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

Quốc tế:

- International Special Committee on Radio Interference (CISPR)

- International Electrotechnical Commission (IEC)

- International Organization for Standardization (ISO)

- International Telecommunication Union (ITU)

Tuân theo các chuẩn thương mại để:

- Được đóng dấu CE

- Được đưa sản phẩm ra thị trường

Có 3 loại tiêu chuẩn:

- Tiêu chuẩn cơ sở (ví dụ CISPR 16, EN 61000-4)

- Các tiêu chuẩn chung (ví dụ EN 55082)

- Các tiêu chuẩn sản phẩm (ví dụ EN55014(ISM), ETS 300 342-1 (GSM)) Các nhóm tiêu chuẩn thương mại chính:

- CISPR, IEC, ISO, ITU và các nhóm quốc tế

- CELENEC, ETSI ở Châu Âu

- ANSI, FCC, SAE ở Hoa kỳ

Một số tiêu chuẩn thương mại về EMC được trình bày trong phụ lục C

Vấn đề tiêu chuẩn hóa EMC được tập trung vào 3 mảng sau:

Các tiêu chuẩn EMC cơ bản bao gồm phương pháp đo và thử phát xạ và miễn nhiễm

Các tiêu chuẩn EMC tổng quan Các tiêu chuẩn này xác định tập hợp các loại nhiễu cơ bản, phương pháp đo thử và mức thử tương ứng cho một lớp môi trường (ví dụ khu dân cư) đối với phát xạ và miễn nhiễm

Tiêu chuẩn họ sản phẩm EMC liên quan đến một lớp thiết bị trong tiêu chuẩn

họ sản phẩm hoặc liên quan tới một loại thiết bị cụ thể trong tiêu chuẩn sản phẩm (các tiêu chuẩn này thường bao gồm cả phát xạ và miễn nhiễm)

Các tiêu chuẩn EMC cơ bản được xây dựng chủ yếu bởi IEC, trong khi ITU, CISPR thường tập trung xây dựng tiêu chuẩn EMC họ sản phẩm

1.3 Phòng thử nghiệm tương thích điện từ

Trong luận văn này sẽ đề cập đến phòng cho thử nghiệm tương thích điện từ cho các sản phẩm điện, điện tử, vô tuyến điện và công nghệ thông tin được nhập khẩu hoặc chế tạo trong nước, bước đầu có khả năng thử nghiệm các sản phẩm này theo các tiêu chuẩn quân sự và một số tiêu chuẩn thương mại Quốc tế đã được các nước trên thế giới chấp nhận

Ngoài ra còn đưa ra phương pháp thiết kế phòng thử nghiệm EMC các thiết bị viễn thông phù hợp với các tổ chức ở các nước và quốc tế khác chấp nhận kết quả thử nghiệm, như IEC (Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế), CISPR (Ủy ban quốc tế đặc biệt về nhiễu rađio), FCC (Ủy ban thông tin liên bang của Hoa Kỳ), ANSI (Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ), và các tổ chức khác chấp nhận kết quả thử nghiệm

CHƯƠNG II

MÔ HÌNH ĐO LƯỜNG ĐÁNH GIÁ EMC

Đo lường và đánh giá EMC bao gồm có đo lường và đánh giá EMS và EMI, trong hình 2.1 biểu diễn mô hình tóm tắt đo EMC

Hình 2.1: Mô hình tóm tắt đo EMC

2.1 Đo lường và đánh giá EMI

Các nguồn nhiễu điện từ đến từ thiên nhiên như tạp âm khí quyển, tạp âm vũ trụ, phóng tĩnh điện (EDS) hoặc nguồn nhiễu kỹ thuật như nhiễu RF cố ý do băng thông hẹp năng lượng cao trong lĩnh vực viễn thông, dẫn đường…và nhiễu RF không cố ý do băng thông rộng năng lượng thấp trong các thiết bị điện tử công suất lớn, các máy tính điện tử, phân phối năng lượng, các hệ thống đánh lửa, các động cơ chuyển mạch, hàn hồ quang…

Nhiễu dẫn là loại nhiễu đực dẫn theo dường nguồn hoặc đường tín hiệu, có thể

đo bằng đơn vị dòng điện hoặc điện áp

Nhiễu bức xạ có thể được coi như là được phát ra từ anten Trường điện từ quanh anten có thể được coi như là trường gần và trường xa

Thực hiện đo nhiễu điện từ theo đường phát xạ qua không gian và truyền dẫn

qua các dây cáp kết nối (đường dây nguồn, tín hiệu)

Hình 2.2: Nguyên lý đo nhiễu điện từ EMI

Các đại lượng cần đo EMI và các bộ biến đổi được biểu diễn trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Các đại lượng vật lý cần đo EMI và các bộ biến đổi

Điện áp EMI LISN cùng với thử nghiệm bên ngoài

Cường độ từ trường EMI Anten vòng

Cường độ điện trường EMI Anten lưỡng cực

Công suất EMI Với kẹp hấp thụ công suất

Yêu cầu chung về bộ khuếch đại công suất RF

Nguyên lý đo nhiễu điện từ EMI: EUT cần đo EMI là nguồn gây ra nhiễu điện

từ Nhiễu dẫn điện từ qua đường nguồn hoặc đường tín hiệu được đưa đến hệ thống

đo kiểm thông qua dòng EMI, công suất EMI hoặc điện áp EMI tùy thuộc vào tiêu chuẩn quy định đo kiểm cho từng loại thiết bị cần đo kiểm

Sử dụng dòng EMI khi yêu cầu cần đo dòng, ở đây sử dụng các bộ kẹp dòng ở đường nguồn, và đưa tín hiệu đến hệ thống đo kiểm để kiểm tra EUT

Tương tự như vậy trong hình 2.2 ta cung thấy ở phần đo điện áp phát xạ theo đường nguồn sử dụng LISN Thông thường hay sử dụng cách này để đo EMI theo đường nguồn Việc đo dòng hay áp đều có thể biến đổi qua lại

Sử dụng bộ kẹp hấp thụ công suất để đo công suất EMI đối với các thiết bị gia dụng có công suất tiêu thụ lớn LISN/AMN được sử dụng để tạo một trở kháng xác định ở tần số cao trên đường cáp nguồn tại điểm đo và tạo ra sự cách ly giữa đường dây được kiểm tra với tạp âm nhiễu nền trên dây nguồn

Mạch nguồn giả AMN được sử dụng để tạo ra một trở kháng xác định ở tần số cao trên đường cáp nguồn tại điểm đo và tạo được sự cách ly giữa đường dây được kiểm tra với tạp âm nhiễu nền trên dây nguồn

Hình 2.3: Mạng ổn định trở kháng đường dây nguồn

Kịch bản đo nhiễu bức xạ điện từ EMI, theo đường nguồn với tần số 10 kHz đến 30 MHz nhiễu dẫn đến các thiết bị khác, nhiễu bức xạ qua không gian ảnh hưởng đến các thiết bị xung quanh nó

Hình 2.4: Kịch bản đo nhiễu bức xạ điện từ EMI

Phân loại các đường kết nối và các thủ tục đo EMI được thể hiện trong hình 2.5, trong dải tần số 0.01-0.1 MHz đo nhiễu dẫn (chế độ khác nhau) Trong dải tần 0.16-30 MHz đo điện áp, cường độ từ trường, nhiễu dẫn (chế độ chung), ghép trường gần (điện trường) Trong dải tần 30-1000 MHz đo cường độ điện trường (ghép trường đo)

Hình 2.5: Các đường kết nối và các thủ tục đo EMI

Các hệ số hiệu chỉnh khi đo EMI:

Vout = KT*input (2.1)

Vout = K* Vin (2.2 )

Display = KRT*Vin (2.3)

Hình 2.6: Các hệ số hiệu chỉnh khi đo EMI

Mô hình đo điện áp nhiễu dẫn điện từ, nhiễu dẫn điện từ qua đường nguồn LISN để ghép máy thu đo với nguồn nuôi 220 VAC EUT được nối với LISN , EUT được nối với LISN, LISN đua tín hiệu nhiễu dẫn đến máy thu đo EUT phải được đặt tại vị trí sao cho khoảng cách giữa EUT và LISN xấp xỉ 0.8 m

Hình 2.7: Mô hình đo điện áp nhiễu dẫn điện từ

Mô hình đo công suất nhiễu dẫn RF

Hình 2.8: Mô hình đo công suất nhiễu dẫn RF

Kẹp hấp thụ có thể được sử dụng để kết nối với máy thu đo EMI trong mô hình đo công suất nhiễu dẫn trên đường dây nguồn hoặc tín hiệu

Hình 2.9: Cặp hấp thụ

Mô hình đo cường độ từ trường

Hình 2.10: Mô hình đo cường độ từ trường

Mô hình đo bức xạ trường gần

Hình 2.11: Mô hình đo bức xạ trường gần

Mô hình đo bức xạ trường xa, đây là mô hình đo OATS tiêu biểu để đo bức

xạ, thường được áp dụng cho dân sự, trường xa, thành phần điện, dải tần từ 30 đến

1000 MHz

Hình 2.12: Mô hình đo bức xạ trường xa

Để xác định hệ số anten cho phép đo nhiễu phát xạ điện từ dựa vào phương trình sau đây:

V1(V) * K(1/m) = E (V/m) (2.4) Suy ra: E[dBuV/m] = V1 [dBuV] * k[dB(1/m)] (2.5)

2.2 Đo lường và đánh giá EMS

Miễn nhiễm là khả năng của một dụng cụ thiết bị hoặc một hệ thống hoạt động không bị suy giảm chất lượng khi có nhiễu điện từ

Mô hình đo nhạy cảm điện từ EMS được mô tả trong hình 2.13

Trong mô hình này thiết bị cần đo kiểm hoạt động bình thường dưới tác động của điện từ trường phát xạ từ anten để kiểm tra EMS của EUT

Thiết bị được kiểm tra miễn nhiễm ESD bằng cách tác động trực tiếp hoặc gián tiếp phóng tĩnh điện vào EUT theo cách phóng điện tiếp xúc vào các mặt dẫn điện và mặt phẳng ghép hoặc phóng điện qua không khí vào các mặt cách điện

Để đo kiểm miễn nhiễm dẫn điện từ ta đưa nhiễu dẫn qua bộ chèn dòng vào mạch ghép, sau đó đưa đến EUT

Hình 2.13: Mô hình đo độ nhạy cảm điện từ EMS

Để đo kiểm miễn nhiễm dẫn điện từ ta đưa nhiễu dẫn qua bộ chèn dòng vào mạch ghép, sau đó đưa đến EUT

Nhiễu điện trường do điện áp tăng đột ngột, do xung sét đưa qua bộ EFT/Burst sau đó được đưa đến mạch ghép hoặc cặp ghép, và nhiễu dẫn được đưa tới EUT Trong bảng 2.2 biểu diễn các đại lượng vật lý cần đo EMS và các bộ biến đổi

Bảng 2.2: Các đại lượng vật lý cần đo EMS và các bộ biến đổi

Trường EM Lưỡng cực (ăng ten log chu kỳ, ăng ten hai chóp)

Chèn dòng EM Kẹp dòng, các mạch tách/ghép

Đột biến nhanh (EFT) Mạch ghép chính, kẹp điện dung

Sự phóng tĩnh điện Súng ESD

Hình 2.14: Mô hình đo EMS theo chuẩn EN 61000-4-3

Hình 2.15: Sơ đồ kết nối hệ thống trong mô hình đo EMS

Cơ sở để đo EMS theo đường phát xạ điện từ

- Để đo độ nhạy cảm điện từ, các nguồn nhiễu khác nhau trong thực tế được thay bằng các máy phát phù hợp, các tín hiệu nhiễu được đưa tới EUT nhờ các bộ biến đổi phù hợp (mạch ghép nối, anten)

- Đo EMS sẽ mô phỏng tác động xấu nhất của môi trường EUT

- Tổng quan: tín hiệu bức xạ càng lớn, càng gây ra các hiệu ứng khắc nghiệt

- Các mạch ứng dụng khắc nghiệt phải có mức miến nhiễm cao

Hai nguyên lý quan trọng trong đo EMS phát xạ điện từ là:

- Các phép đo nhiễu dẫn: tần số thấp, ghép qua đường dây điện

- Các phép đo nhiễu phát xạ: tần số cao, bức xạ vào nơi đặt thiết bị

Trong hình 2.14 và 2.15 là mô hình đo EMS, bên trong phòng hấp thụ EUT đuợc đặt trên bàn xoay không dẫn điện cao khoảng 80 cm, đầu dò điện trường đo cường độ điện trường và nối tới bộ điều khiển bên ngoài phòng hấp thụ Anten trong phòng hấp thụ được nối tới các bộ khuếch đại, máy phát và bộ điều khiển

2.3 Các thiết bị đo dùng trong phòng thử nghiệm EMC

2.3.1 Anten

Hình 2.16: Anten sừng kiểu ống dẫn sóng đỉnh kép

Các loại anten đặc biệt dùng trong phòng thử nghiệm EMC:

Anten sừng kiểu ống dẫn sóng đỉnh kép (double-ridged waveguide horn antennas) bao gồm các anten băng rộng phân cực tuyến tính dải tần khoảng từ 100 MHz đến 40 GHz Các anten này được thiết kế và xây lắp ráp đặc biệt cho đo lường

và kiểm tra việc tuân thủ thông số kỹ thuật EMI Tuy nhiên, cũng có thể sử dụng anten trong các mô hình đo lường, giám sát, ứng dụng miễn nhiễm EMC trong quân đội và trong lĩnh vực ô tô

Anten hai chóp (Biconical) được thiết kế để hoạt động trong dải tần từ 20 MHz đến 200 MHz để đáp ứng thông số kỹ thuật EMI của quân sự và bộ quốc phòng Các thành phần của anten hai chóp được làm từ nhôm hàn lại Các bộ phận được gắn kết trong một mạng cân bằng được làm từ nhựa phê-nô-lic và được trang bị các thành phần trở kháng phù hợp Các vật liệu nhẹ dễ dàng vận chuyển và lưu trữ Mỗi anten đều được hiệu chỉnh trong quá trình sản xuất Kết quả của những hiệu chỉnh được sử dụng trong kiểm tra thử nghiệm tuân thủ

Hình 2.17: Anten hai chóp

Anten vòng (loop antenna) được thiết kế đặc biệt cho việc đo kiểm tiêu chuẩn gây nhiễu của các sản phẩm thương mại Bộ tiền khuếch đại tần số vô tuyến được tích hợp vào trong anten vòng và đưa ra trở kháng 50 Ω bằng cách sử dụng bộ nhận

Bộ tiền khuếch đại giúp cho anten vòng giúp đưa ra độ nhạy tốt nhất và hầu hết các

hệ số anten không đổi

Hình 2.18: Anten vòng

2.3.2 Mạch ổn định trở kháng đường dây nguồn

Mạch ổn định trở kháng đường dây nguồn là mạng lọc thông thấp 2 kênh được thiết kế để cách điện EUT khỏi nguồn bên ngoài khi lái bất kỳ một tín hiệu tần số vô tuyến từ cổng đường nguồn 50 Ω

LISN là một thiết bị tạo ra trở kháng được biết trên đường nguồn của thiết bị điện trong quá trình thử nghiệm nhiễu điện từ, LISN thường được thiết kế để cho phép đo nhiễu điện từ tồn tại trên đường nguồn

Nó thực hiện ba chức năng chính:

Bộ lọc điện áp và ngăn chặn các tần số cao hơn tần số nguồn điện

Cung cấp một trở kháng đặc tính cho thiết bị được thử nghiệm (EUT)

Điện áp nhiễu dẫn được sinh ra bởi EUT chuyển đổi sang thiết bị đo ví dụ như

bộ phân tích phổ hoặc máy thu EMI

Hình 2.19: Bộ ổn định trở kháng đường dây nguồn

2.3.3 Đầu dò

Hình 2.20: Đầu dò điện trường

Đầu dò điện trường (Electric field probe) thể hiện những cải tiến mới nhất trong thiết kế cảm biến đẳng hướng, nhiễu thấp, giảm kích thước Mỗi đầu dò là