Luận văn nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ trong công nghiệp

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-*** -ðẶNG GIA DŨNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG NHIỄU ðIỆN TỪ

TRONG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

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

Mã số:

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Ngọc Nhân

HÀ NỘI – 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

ðặng Gia Dũng

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS Hoàng Ngọc Nhân ñã tận tình hướng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, ñã ñịnh hướng giải quyết các vấn ñề khoa học cho luận văn ðồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, ñể luận văn hoàn thành ñúng thời hạn

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

Cơ ðiện ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ trong quá trình làm luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các ñồng nghiệp, ñã góp ý kiến xây dựng ñể luận văn có chất lượng tốt

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

ðặng Gia Dũng

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hiện tượng giao thoa của các sóng ñến từ hai ñiểm

Hình 1.2 Biểu ñồ chiếu radio và sóng ñiện từ

Hình 1.3 Lồng Faraday

Hình 1.4 Cấu tạo của cáp ñồng trục

Hình 1.5 TGA ñường cong của hợp chất cơ sở

Hình 1.6 TGA ñường cong của polyaniline pha tạp

Hình 1.7 Các kiểu bộ lọc

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

Hình 1.11 Những FSS cảm ứng và ñiện dung cùng với những mạch tương ñương

tương ứng và những ñặc tính truyền của chúng Chú ý rằng trên hình vẽ chỉ

có 4 phần tử tuần hoàn ñược thể hiện Những FSS ñặc trưng cho vùng gần hồng ngoại sẽ có hàng trăm hay hàng nghìn phần tử tuần hoàn

Hình 1.12 Một mảng hình chữ nhật và mảng hình tam giác tổng quát của các lỗ hở

(hoặc miếng ñắp) cấu thành một FSS Chú ý rằng khi góc nghiêng a = 900, mảng hình tam giác trở thành một mảng hình chữ nhật

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

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

Hình 2.3 Phối hợp hệ thống cho các phân tích về một bề mặt lựa chọn tần số

(trái) Một tế bào cơ bản có kích thước a, b (phải)

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

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

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

mm b

a' = ' = 12 ; f = 10GHz,J = 10, j= 450,d = 1 , 5mm,r = 3 , 7 Tầm quan trọng của các dòng cận biên ñược tăng lên ñối với thực tế Mặt phẳng tỷ lệ ñược mô

tả trong màu ñỏ

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

gồm các nguyên tố kim loại (bên trái) ϑ = ϕ = 0 ðịnh hướng nhân tố trong biểu ñồ Smith (bên phải)

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

lệ chuẩn ϑ=00,ϕ =900, song song với sự phân cực

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

tỷ lệ chuẩn ϑ =450,ϕ =900, song song với sự phân cực

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

tỷ lệ chuẩn 0 0

0 ,

45 =

ϑ , phân cực vuông góc

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

số phản xạ về bề mặt kim loại nguyên tố (1) tương ñương với hệ số truyền dẫn về bề mặt khe cắm (2)

Hình 2 11 Giải thích về nguyên lý tương ñương

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

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

Hình 4.1 ðặc tuyến hệ số bảo vệ và tần số

Hình 4.2 ðặc tuyến hệ số bảo vệ theo ñộ dẫn ñiện

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

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

thẩm từ

Hình 4.2 ðặc tính hệ số bảo vệ theo ñộ dẫn ñiện

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

Hình 4.4 Chiều dày thẩm từ của ñồng theo tần số

Hình 4.5 Hệ số bảo vệ theo tần số ñối với ñồng trong trường hợp chiều dày

500µm lớn hơn rất nhiều chiều dày thẩm từ

Bảng 4.1 Hệ số bảo vệ theo ñộ dẫn ñiện với chiều dày 10µm

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

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

MỤC LỤC

Trang

Lời cam ñoan ……… i

Lời cảm ơn ……… ii

Mục lục ……… iii

Danh mục bảng ……… vi

Danh mục hình ………

LỜI NÓI ðẦU ……… 1

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài ……… 1

2 Phương pháp nghiên cứu ……… 1

3 Nội dung nghiên cứu ……… 1

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

1.1 Các nguồn gây nhiễu ñến thiết bị ñiện, ñiện tử ……… 3

1.1.1 Trao ñổi về việc giao thoa sóng ñiện từ (EMI) của các thiết bị ñiện, ñiện tử ……….… 3

1.1.2 Hoạt ñộng của các thiết bị ñiện, ñiện tử sinh ra sóng ñiện từ … … 4

1.1.2.1 Thiết bị ñóng cắt và chuyển mạch ……… 4

1.1.2.2 Thiết bị chuyển ñiện năng thành ñộng năng ……….………… 5

1.1.2.3 Biến tần ……… 6

1.1.2.4 Thiết bị ñiện tử ……… 7

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

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

1.2 Phương pháp chống nhiễu ……… 14

1.2.1 Bọc kim loại 14 1.2.2 Sử dụng polymer dẫn 16 1.2.3 Sử dụng bộ lọc 19 1.2.4 Phương pháp FSS 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ BẢO VỆ SÓNG ðIỆN TỪ (SE) 29 2.1 Nghiên cứu việc giao thoa sóng ñiện từ với vật liệu theo tần số cho trước ……… 29

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

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

2.1.2.1 Trường hợp một lớp ……… 29

2.1.2.2 Trường hợp nhiều lớp ……… 30 2.2 Cơ sở lý thuyết giao thoa sóng ñiện từ với cấu trúc lựa chọn tần số

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

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

3.1.1 Vẽ ñồ thị……… ……… …… 46

3.1.1.1 Vẽ ñồ thị dùng Chart Wizard 46

3.1.1.2 Vẽ ñồ thị từ các vùng không kề nhau 46

3.1.1.3 Vẽ một ñồ thị ngầm ñịnh chỉ trong một bước 47

3.1.2 Thêm bớt dữ liệu và các ñối tượng 47

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

3.1.2.2 Thêm dữ liệu bằng kéo thả 47

3.1.2.3 Thêm nhãn dữ liệu (Data Labels) 48

3.1.2.4 Thêm các ñường lưới (Chart Gridlines) 48

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

3.1.2.6 Thêm tiêu ñề cho ñồ thị (Chart Titles) 49

3.1.2.7 Thêm ñường xu hướng (Chart Trendlines) 50

3.1.2.8 Thêm ảnh nền cho bảng tính 50

3.1.3 ðịnh dạng dữ liệu 50

3.1.3.1 ðịnh dạng các ñường ñồ thị 51

3.1.3.2 Chọn Fonts và Styles 51

3.1.3.3 ðịnh dạng số trên ñồ thị 51

3.1.3.4 ðịnh dạng các ñối tượng 52

3.1.3.5 ðịnh dạng tiêu ñề và nhãn cho ñồ thị 52

3.1.3.6 Thêm hình ảnh cho các ñường 53

3.1.4 Vẽ biểu ñồ trong Exel 53

3.1.4.1 Các dạng biểu ñồ 53

3.1.4.2 Phương pháp vẽ biểu ñồ 54

3.1.4.3 Tu sửa biểu ñồ 54

3.2 Một vài kết quả ñạt ñược và thảo luận 55

3.2.1 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu ñiện từ dùng kim loại ñồng có ñộ dày

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

công nghiệp và quốc phòng 55

3.2.2 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu ñiện từ dùng kim loại ñồng có ñộ dày lớn hơn rất nhiều chiều dày thẩm từ trong dải tần số ứng dụng cho công nghiệp và quốc phòng 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 62

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Hướng phát triển 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI NÓI ðẦU

Hiện nay, việc sử dụng các thiết bị ñiện, ñiện tử ngày càng nhiều, vấn ñề giao thoa sóng ñiện từ ngày càng nhiều và phức tạp, ñể các thiết bị hoạt ñộng một cách an toàn việc tìm giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng sóng ñiện từ ñến các thiết bị quan trọng

ðề tài “Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu ñiện từ trong công nghiệp”

mong muốn ñưa ra các nghiên cứu về nhiễu, các giải pháp chống nhiễu ñiện từ cho các thiết bị ñiện trong công nghiệp là cần thiết

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài:

- Cơ sở khoa học: ðề tài tìm hiểu các nguồn gây nhiễu ñến thiết bị ñiện, ñiện

tử, các ñặc tính nhiễu theo tần số, các phương pháp chống nhiễu ðồng thời, tìm hiểu phần vẽ ñồ thị trong excel ñể vẽ ñặc tính hệ số bảo vệ sóng ñiện từ cho một cấu trúc ñịnh trước Nghiên cứu việc giao thoa sóng ñiện từ với vật liệu theo tần số cho trước

- Tính thực tiễn: ðưa ra giải pháp chống nhiễu ñiện từ cho các thiết bị ñiện ñiện tử hoạt ñộng trong môi trường công nghiệp Giải pháp ứng dụng hợp chuẩn về chống nhiễu với hệ số lớn hơn 40dB (cho ứng dụng công nghiệp) và lớn hơn 80dB (cho ứng dụng trong quốc phòng)

2 Mục tiêu của ñề tài:

Nghiên cứu các nguồn gây nhiễu theo dải tần khác nhau, các phương pháp bảo

vệ nhiễu có sử dụng phần vẽ ñồ thị trong excel và vẽ ñặc tính bảo vệ nhiễu bằng cấu trúc lựa chọn tần số

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Về lý thuyết: Nghiên cứu các nguồn gây nhiễu ñến thiết bị ñiện, ñiện tử, các phương pháp bảo vệ nhiễu và tìm hiểu cách vẽ ñồ thị trong excel

- Về thực nghiệm: Mô phỏng bảo vệ nhiễu bằng cấu trúc lựa chọn tần số, hoặc các cấu trúc khác

4 Nội dung nghiên cứu:

Chương 1: Tổng quan về nhiễu và các phương pháp chống nhiễu ñiện từ Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tính toán hệ số bảo vệ sóng ñiện từ

Chương 3: Gới thiệu cách vẽ ñồ thị trong Excel

Chương 4: Một vài kết quả ñạt ñược và thảo luận

Kết luận chung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIỄU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG

NHIỄU ðIỆN TỪ

1.3 Các nguồn gây nhiễu ñến thiết bị ñiện, ñiện tử

1.3.1 Trao ñổi về việc giao thoa sóng ñiện từ (EMI) của các thiết bị ñiện, ñiện tử

Giao thoa là một khái niệm trong vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặc nhiều sóng mà tạo ra hình ảnh sóng mới Giao thoa là ñặc tính tiêu biểu của tính chất sóng Giao thoa thông thường liên quan ñến sự tương tác giữa các sóng mà có tương quan hoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng ñược tạo ra từ một nguồn hoặc do chúng có cùng tần số hoặc tần số rất gần nhau

Hình 1.1 Hiện tượng giao thoa của các sóng ñến từ hai ñiểm

Sự giao thoa của các sóng trên thực chất tuân theo nguyên lý chồng chập sóng

mà ở ñây chính là sự cộng gộp của các dao ñộng Tại mỗi ñiểm trong không gian nơi

có sự gặp nhau của các sóng, dao ñộng của môi trường sẽ chính là dao ñộng tổng hợp của các dao ñộng thành phần từ các sóng tới riêng biệt, mà nói theo ngôn ngữ của vật lý sóng sẽ là tổng của các véctơ sóng Nhờ sự tổng cộng dao ñộng này mà trong không gian có thể tạo ra các ñiểm có dao ñộng ñược tăng cường (khi các sóng

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

có sự giao thoa tăng cường hoặc dập tắt Hình ảnh này sẽ là một hình ảnh ổn ñịnh khi các sóng thành phần là các sóng kết hợp Trong trường hợp các sóng kết hợp, hình ảnh giao thoa là ổn ñịnh và phụ thuộc vào ñộ lệch pha giữa các sóng (phụ thuộc vào sự khác biệt về ñường truyền cũng như tính chất môi trường truyền sóng) - ñược

mô tả bởi nguyên lý Huyghen

1.3.2 Hoạt ñộng của các thiết bị ñiện, ñiện tử sinh ra sóng ñiện từ

1.1.2.1 Thiết bị ñóng cắt và chuyển mạch

Bản thân thiết bị ñóng cắt chỉ có thể gây nhiễu các thiết bị vô tuyến ở gần và gây nhiễu lưới ñiện trong quá trình ñóng hoặc ngắt Nguyên nhân là do sự duy trì hồ quang ñiện giữa hai tiếp ñiểm Tuy nhiên, vấn ñề trở lên nghiêm trọng hơn ñó là sự tiếp xúc không hoàn hảo giữa hai tiếp ñểm Dòng ñiện ñi qua tiếp ñiểm sẽ tăng, giảm theo mức ñộ tiếp xúc và phóng ñiện Qúa trình này cũng gây ra nhiễu ñiện từ

Thiết bị ñóng cắt thường ñược dùng ñể bảo vệ hoặc ñóng cắt các thiết bị khác Qúa trình ñóng ngắt về cơ bản chỉ gây ra một số tác hại như trên Tuy nhiên, nếu nó ñược sử dụng với các tải có tính chất khác nhau thì ảnh hưởng ñến chất lượng ñiện

sẽ khác nhau Nếu sử dụng với thiết bị mang tính trở cao và công suất lớn, dòng ñiện

sẽ tăng vọt lên rất cao, kết quả là sự méo dạng sóng sin với biên ñộ lớn Còn nếu sử dụng với các thiết bị mang tính dung, quá trình ñóng ñiện có nhiều nguy hiểm do sự nạp tụ sẽ có dòng qua nó rất lớn Tác dụng này gây ra sụt áp tức thời tại thời ñiểm chuyển mạch Bản thân của tụ ñiện tích trữ năng lượng, nên quá trình ñóng ñiện diễn

ra vào thời ñiểm này, quá ñiện áp có thể xảy ra Tải cảm cũng là tải phổ biến trong mạng ñiện hạ áp Sự ñóng cắt này ít gây ra dòng ñiện lớn Tuy nhiên, nó lại tạo ra một ñiện áp tức thời lớn Vấn ñề này tạo ra quá ñiện áp trong hệ thống ñiện và biến

tính cảm Tuy nhiên, khi bắt ñầu hoạt ñộng ảnh hưởng của nó dễ dàng thấy ñược như: làm nháy ñèn, nhiễu máy thu thanh, máy thu hình,… Hồ quang ñiện phát sinh trong quá trình ngắt ñiện cũng là vấn ñề cần phải xem xét Thông thường, tải trở và tải dung ít có khả năng duy trì hồ quang Trong khi ñó, tải cảm làm cho vấn ñề hồ quang càng trở nên nghiêm trọng hơn Sự trả năng lượng về nguồn của nó khi ngắt mạch tạo ra một dòng ñiện lớn hơn dòng ñiện ban ñầu, làm tăng cường hồ quang giữa hai tiếp ñiểm ðây là trường hợp nguy hiểm nhất cần hạn chế Thông thường, ñối với các tải cảm người ta sẽ mắc thêm một ñiện trở hoặc tụ ñiện hoặc một van phóng ñiện song song với tải ðiều này tạo ra một mạch vòng ñể xả năng lượng từ trường Tác hại của hồ quang trong quá trình ngắt mạch ñối với chất lượng ñiện cũng giống như quá trình ñóng mạch Tuy nhiên, quá trình này làm tăng ñiện áp tức thời trên lưới

1.1.2.2 Thiết bị chuyển ñiện năng thành ñộng năng

Thiết bị này có một ñặc ñiểm riêng là sử dụng ñộng cơ ñiện Các loại ñộng cơ khá phong phú như: ñộng cơ không ñồng bộ, ñộng cơ ñồng bộ, ñộng cơ ñiện một chiều, ñộng cơ vạn năng, … Dẫn ñến nguồn ñiện sử dụng cũng rất ña dạng Thiết bị

sử dụng ñiện ba pha thường có hiệu suất cao hơn thiết bị sử dụng một pha ðặc tính làm việc của thiết bị ba pha ít bị ảnh hưởng ñến nguồn ñiện, do thiết bị 3 pha thường thiết kế cân bằng về tải Thiết bị 1 pha lại có sự thay ñổi về cấu trúc ñể có thể hoạt ñộng ñược với ñiện áp 1 pha Do ñó, thường hiệu suất làm việc không cao và sinh ra sóng hài ảnh hưởng ñến nguồn ñiện và các thiết bị sử dụng ñiện khác

ðặc tính chung của thiết bị chuyển ñổi ñiện năng thành cơ năng là có dòng ñiện khởi ñộng lớn và moment khởi ñộng lớn ðộng cơ không ñồng bộ có dòng ñiện khởi ñộng từ 5 ñến 7 lần dòng ñiện làm việc ñịnh mức của nó ðiều này thường gây quá tải cho ñường dây truyền tải, làm sụt giảm ñiện áp tức thời trong thời gian thiết

bị khởi ñộng Thiết bị bị ảnh hưởng ñầu tiên ñối với tác ñộng của sụt áp trong quá trình khởi ñộng, trong lúc hoạt ñộng quá tải của ñộng cơ là ñèn Trong thời gian này, các loại ñèn phóng ñiện thường bị chớp Các thiết bị ñiện tử sử dụng kỹ thuật số

thường cũng bị ảnh hưởng như khởi ñộng lại, treo khi không sử dụng nguồn auto Các ñộng cơ không ñồng bộ có công suất lớn, trong quá trình khởi ñộng người ta sẽ

sử dụng các giải pháp khác nhau ñể hạn chế dòng khởi ñộng như sao tam giác, cuộn kháng, biến áp tự ngẫu Quá trình sụt áp sẽ ñược hạn chế bằng cách sử dụng tụ bù Song song ñó, tiết diện dây dẫn và công suất nguồn phát cũng ñược tăng lên cho phù hợp

ðối với loại ñộng cơ vạn năng, do cần ñặc tính khởi ñộng lớn nên ñược thiết

kế có sử dụng chổi than Trong quá trình hoạt ñộng, sự tiếp xúc của chổi than và cổ góp phát sinh ra tia lửa ñiện Với tốc ñộ chuyển mạch lớn và dòng qua chổi than không nhỏ, tại ñây, phát sinh ra sóng ñiện từ Sóng ñiện từ này không chỉ lan truyền theo ñường nguồn mà còn lan truyền qua không khí Do ñó, khi thiết bị này hoạt ñộng, nó gây nhiễu ñối với các thiết bị vô tuyến Mặt khác, do dòng qua thiết bi không ñược liên tục, dạng sóng sin của dòng ñiện thường bị méo dạng so với dạng sóng sin chuẩn

ðối với ñộng cơ sử dụng ñiện một chiều, về bản chất, ñiện xoay chiều qua các thiết bị chỉnh lưu mà chủ yếu là diode ñể chuyển thành ñiện một chiều Thiết bị bán dẫn thường bị giới hạn ở ngưỡng ñóng/ngắt Do ñó, trong quá trình chỉnh lưu, dòng ñiện thường không liên tục khi chuyển từ nửa chu kỳ âm sang nửa chu kỳ dương và ngược lại ðiều này tạo ra một nhiễu có chu kỳ trong sóng hình sin Do sử dụng chổi than và cổ góp, do ñó, nó cũng gây ra sự nhiễu sóng ñiện từ cho các thiết bị khác Loại không sử dụng chổi than mà sử dụng thiết bị chuyển mạch ñiện tử cũng gây ra nhiễu ñiện từ do bản thân nó phải tạo ra các xung ñiều khiển Vận tốc của ñộng cơ thường cao nên tần số xung cũng rất cao Năng lượng cung cấp cho ñộng cơ lớn nên dòng ñiện cung cấp cho ñộng cơ cũng lớn ðiều này tạo ra tần số xung năng lượng lớn, kết quả nhiễu cao tần càng tăng cao, gây biến dạng sóng sin, phát sóng ñiện từ

ra bên ngoài và dẫn ñến nhiễu loạn các thiết bị khác mà ñặc biệt ở các thiết bị vô

điều khiển ựộng cơ có nhiều giải pháp khác nhau Trong ựó, biến tần ựược sử dụng khá phổ biến Tuy nhiên, biến tần hoạt ựộng theo nguyên tắc chuyển mạch nhanh của các van ựiện tử Tốc ựộ chuyển mạch của nó phụ thuộc vào tần số ngõ ra mong muốn và cầu trúc của bộ chuyển mạch Tùy theo mục ựắch sử dụng khác nhau

mà có thể sử dụng biến tần trực tiếp hoặc biến tần gián tiếp Tuy nhiên, cả hai loại ựều tạo ra một sự méo dạng sóng sin do sự ựóng ngắt dòng ựiện và sự dóng ngắt này không sử dụng tiếp ựiểm nên khả năng phát ra nhiễu ựiện từ cho các thiết bị vô tuyến xung quanh rất thấp Trong quá trình hoạt ựộng của biến tần vẫn cần phải có xung tần số cao ựể ựiều khiển Do ựó, xung này sẽ xâm nhập vào ựường nguồn gây nhiễu các thiết bị khác Thông thường, ựể hạn chế những tác hại của biến tần, người

ta sẽ mắc thêm cuộn cảm nối tiếp vào thiết bị ựể có thể san lấp sự không liên tục và giảm sự méo dạng của dòng ựiện đối với thành phần cao tần, một mạch lọc có tổng trở cao tần lớn ựược thêm vào ựể ngăn không cho sóng cao tần xâm nhập ngược vào ựường nguồn

1.1.2.4 Thiết bị ựiện tử

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

nó mà ngành ựiện lực cũng như các nhà sản xuất phải tìm cách giải quyết các ảnh hưởng của nó lên mạng ựiện và các thiết bị xung quanh Thiết bị ựiện tử là các thiết

bị có sử dụng các linh kiện bán dẫn Nguồn ựiện cấp cho các thiết bị này là ựiện xoay chiều Tuy nhiên, do sử dụng linh kiện bán dẫn, hầu hết các thiết bị này ựều sử dụng các mạch chỉnh lưu ựể chuyển thành ựiện một chiều Loại thiết bị này ựược sử dụng chủ yếu cho việc ựiều khiển tự ựộng, hỗ trợ con người và giải trắ

đánh giá tác ựộng của thiết bị ựiện tử ựến chất lượng ựiện năng có thể phân tắch ở mặt sóng hài Sóng ựiện áp hoặc dòng ựiện có dạng hình sin Tuy nhiên, trong quá trình truyền tải từ nguồn ựến nơi tiêu thụ thường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác ựộng Kết quả là dạng sóng không còn hình sin Quá trình phân tắch dạng sóng này cho thấy, ngoài sóng hình sin ban ựầu, còn gọi là sóng cơ bản, nó còn có các

thành phần sóng sin khác có biên ựộ và tần số khác sóng cơ bản Những thành phần này ựược gọi là sóng hài

* Máy thu thanh: Về nguyên tắc hoạt ựông, máy thu thanh nhận sóng ựiện từ

của máy phát thông qua antenna Tắn hiệu này có tần số cao và cường ựộ rất nhỏ Nó ựược chọn lọc, khuếch ựại, ựổi tần và tách sóng ựể tạo thành tắn hiệu âm tần Tắn hiệu âm tần ựược khuếch ựại ựến mức có thể kắch thắch dao ựộng ở loa và phát ra âm thanh Máy thu thanh hoạt ựộng trong vùng tần số cao và trải dài cho ựến miền tần

số âm tần Do ựó nó dễ dàng bị nhiễu ựối với các tắn hiệu ựiện từ phắa bên ngoài nằm trong vùng hoạt ựộng của nó Vắ dụ, sét tạo ra một sóng ựiện từ với cường ựộ lớn, nó

dễ dàng xâm nhập vào máy thu thanh thông qua quá trình cảm ứng của các linh kiện, ựường dây mặc dù có sự chọn lọc tần số đối với ựường nguồn, nếu hệ thống ựiện tồn tại nhiều sóng hài bậc cao, những sóng này cũng xâm nhập vào hệ thống máy thu thanh và gây ra nhiễu ở tắn hiệu âm thanh phát ra ở loa Tuy nhiên, thiết bị này cũng

có ảnh hưởng ngược lại ựối với hệ thống ựiện và gây ra sụt giảm chất lượng ựiện năng đó là các dao ựộng cao tần có trong máy thu thanh Hiện nay, ựể nâng cao khả năng chọn lọc, hầu hết các máy thu thanh ựều sử dụng phương pháp thu ựổi tầng điều này yêu cầu phải cần có một mạch dao ựộng nội Mạch dao ựộng nội này hoạt ựộng ở tần số cao Chắnh dao ựộng này tạo ra sóng hài phát ngược vào lưới Song song ựó, nó còn tạo ra sóng ựiện từ phát ra môi trường xung quanh và gây nhiễu các thiết bị vô tuyến khác Với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật, các máy thu thanh hiện nay còn ựược kỹ thuật số hóa với việc ựiều khiển bằng nút nhấn, ựiều khiển từ xa Trong quá trình thực hiện các chức năng ựiều khiển ựó, bản thân nó phải tạo ra một hoặc nhiều xung ựiều khiển để ựáp ứng nhanh các tác vụ ựiều khiển, xung ựiều khiển phải hoạt ựộng ở tần số cao Do ựó, nó cũng tạo ựiều kiện cho việc gây nhiễu sóng ựiện từ ựường nguồn và không gian xung quanh nó

Sự cải tiến công nghệ ựã cho ra ựời nhiều linh kiện ựiện tử với công suất lớn,

Tuy nhiên, tín hiệu âm thanh không phải có cường ñộ không ñổi mà tăng giảm liên tục Do ñó, dòng ñiện cũng tăng giảm liên tục Nếu công suất của nguồn không ñáp ứng ñủ nhu cầu ñiện năng, sự dao ñộng ñiện áp không theo chu kỳ sẽ xảy ra ðể có thể giảm ñược nhiễu loạn phát sinh trong quá trình hoạt ñộng của máy thu thanh thông thường, người ta sẽ bao phủ toàn bộ phần cao tần của máy thu thanh bằng kim loại ðiều này sẽ ngăn không cho sóng ñiện từ phát ra môi trường xung quanh Một mạch lọc cao tần LC, RC ñược ñặt nối tiếp với nguồn ñiện dùng ñể chặn sóng cao tần lan truyền vào lưới Song song ñó, các nhiễu loạn bậc cao cũng không thể xâm nhập vào thiết bị

ðối với việc dao ñộng ñiện áp, thông thường một tụ ñiện có dung lượng lớn ñược mắc song song với mạch ñiện Tụ ñiện này có vai trò tích ñiện khi ñiện áp dư thừa và bù thêm ñiện khi nhu cầu ñiện tăng lên

* Máy thu hình: Về bản chất, máy thu hình là thiết bị nhận và xử lý thông tin

từ máy phát thông qua sóng ñiện từ Máy thu hình hiện nay khá ña dạng và phong phú Sự áp dụng các công nghệ hiện ñại ñã làm cho máy thu hình có nhiều chức năng hơn Tuy nhiên, cơ chế nhận và xử lý tín hiệu sóng ñiện từ thì ít có thay ñổi Tín hiệu ñiện từ ñược máy thu hình nhận thông qua antenna Bộ phận turner có tác dụng chọn lựa ñài phát trước khi tín hiệu vào mạch khuếch ñại Sau ñó, tín hiệu ñược ñưa vào mạch tách sóng Tại ñây, tín hiệu hình và âm thanh ñược tách ra khỏi tín hiệu chung Tín hiệu hình ñược ñưa vào mạch ñiều chế trước khi xuất ra màn hình Tín hiệu âm thanh ñược ñưa vào mạch khuếch ñại âm tần và xuất ra loa Phần lớn các ảnh hưởng của máy thu hình ñối với chất lượng ñiện là nhiễu cao tần Nguyên tắc cơ bản của nó vẫn giống như máy thu thanh Tuy nhiên, cần phải chú ý rằng, phần ñiều chế và tạo hình của máy thu hình tiêu tốn rất nhiều năng lượng ðối với màn hình CRT, năng lượng ñể bức phá electron là rất lớn và cần ñiện thế cao

Do ñó, nó cần phải có mạch tăng áp Cơ chế làm việc mạch tăng áp là sử dụng máy biến áp tăng áp với tần số dao ñộng khá cao Bộ phận lái electron sử dụng từ trường

và ñiện trường Do ñó, xung quanh màn hình CRT nói chung ñều có từ trường và

ñiện trường lớn Từ trường và ñiện trường này có cường ñộ thay ñổi theo tín hiệu hình Do ñó, nó dễ dàng xâm nhập vào các thiết bị vô tuyến khác nhất là thiết bị hoạt ñộng ở tần số thấp và trung ðối với các màn hình LCD, ñiện năng tiêu thụ giảm ñáng kể do không cần năng lượng ñể bức electron Tuy nhiên, cần phải có xung ñóng ngắt liên tục ñể làm tắt sáng từng ñiểm ảnh Công nghệ càng phát triển, yêu cầu tốc ñộ quét phải nhanh, do ñó, tần số xung ngày càng cao và càng gây ra nhiễu ñiện từ Tần số hoạt ñộng của máy thu hình nói chung cao hơn máy thu thanh Do

ñó, ñể tránh cao tần xâm nhập hoặc truyền vào lưới thông qua ñường nguồn, người

ta sử dụng cuộn kháng cao tần ñể chặn

1.3.3 Sóng ñiện từ trong dải tần rộng

Dải tần số này ñã ñược quốc tế ấn ñịnh từ 1GHZ ñến 52GHz là khoảng mà các suy giảm gây ra bởi các hấp thụ trong tầng khí quyển ở mức ñộ có thể chấp nhận ñược Trong dải tần này, một số tần số hay ñược sử dụng lại ñược sắp xếp theo các băng tần con có tên là các băng L, S, C, X, Ku, K, Ka ðây là tên gọi ñược sử dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới nhưng không phải là các qui ñịnh chính thức ñược quốc tế công nhận

1.3.4 Phổ tần số của các thiết bị sử dụng tần số

• Phổ tần số radio hay vô tuyến truyền thanh: là thiết bị kỹ thuật ứng dụng

sự chuyển giao thông tin không dây dùng cách biến ñiệu sóng ñiện từ có tần số thấp hơn tần số của ánh sáng, ñó là sóng radio

Hình 1.2 Biểu ñồ chiếu radio và sóng ñiện từ Sóng dùng trong radio có tần số trong khoảng 3Hz (dải tần ELF) ñến 300GHz (dải tần EHF) Tuy nhiên, từ dải tần SHF ñến EHF, tức là từ tần số 3GHz ñến 300GHz, bức xạ ñiện từ này thường ñược gọi là sóng vi ba

3 MHz

30 MHz

300 MHz

3 MHz

30 MHz

300 MHz

3 GHz 30

GHz

300 GHz Bảng 1.1 Phổ tần số radio

• Phổ tần số vi ba: là sóng ñiện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng

ngắn hơn sóng radio

Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30

cm (tần số 1GHz) ñến 1 cm (tần số 30GHz) Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại,

vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là tùy ý và thay ñổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, Sự tồn tại của sóng ñiện từ, trong ñó vi ba là một phần của phổ tần số cao

Phổ vi ba thường ñược xác ñịnh là năng lượng ñiện từ có tần số khoảng 1GHz ñến 1000GHz, nhưng trước ñây cũng bao gồm cả những tần số thấp hơn Những ứng dụng vi ba phổ biến nhất ở khoảng 1GHz ñến 40GHz

Phổ tần số vi ba

Ký hiệu Dải tần

Băng L 1 ñến 2 GHz Băng S 2 ñến 4 GHz Băng C 4 ñến 8 GHz Băng X 8 ñến 12 GHz Băng Ku 12 ñến 18 GHz Băng K 18 ñến 26 GHz Băng Ka 26 ñến 40 GHz Băng Q 30 ñến 50 GHz Băng U 40 ñến 60 GHz Băng V 50 ñến 75 GHz Băng E 60 ñến 90 GHz Băng W 75 ñến 110 GHz Băng F 90 ñến 140 GHz Băng D 110 ñến 170 GHz

Bảng 1.2 Phổ tần số vi ba

• Chỉ ñịnh phổ tần số lò vi sóng (IEEE):

Phát thanh cảnh báo, dẫn lái

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

kHz bình (MF) vệ biển/bờ biển

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

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

30-300 MHz 10-1 m Tần số rất cao

(VHF)

Truyền hình, phát sóng FM, kiểm soát giao thông hàng không, cảnh sát, phát thanh di ñộng

siêu cao (SHF)

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

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

bị ñiện tử ñể chống nhiễu người ta làm một lồng kim loại bọc lại ðặc biệt các thiết

bị nhạy cảm càng cần phải bọc kín

Vì vậy, thông thường các dây tín hiệu từ các cảm biến gửi về hộp ta thường thấy có dây thứ ba không có vỏ bọc bên ngoài hai dây còn lại: dây này là dây chống nhiễu ngăn không cho các sóng ñiện từ khác có thể gây nhiễu lên dây tín hiệu làm sai lệch tín hiệu gửi về hộp

• Cáp ñồng trục:

Cáp ñồng trục là một kiểu ñường truyền ñược sử dụng ñể truyền công suất ñiện tần số cao Chúng ta ñã biết, công suất ñiện tần số cao có thể truyền trong không gian tự do Công nghệ radio và truyền hình ñặt thông tin của chúng lên công suất truyền ñi, nó ñược gọi là ñiều chế Do ñó, công suất truyền ñi mang thông tin hình ảnh và âm thanh

Hình 1.4 Cấu tạo của cáp ñồng trục

Cáp ñồng trục ñược chế tạo gồm một dây ñồng ở trung tâm ñược bao bọc bởi một vật liệu cách ly là chất ñiện môi không dẫn ñiện, xung quanh chất ñiện môi ñược bọc bằng dây bện kim loại vừa làm dây dẫn vừa bảo vệ khỏi sự phát xạ ñiện từ Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc làm bằng chất không dẫn ñiện (thường là PVC, PE)

Cáp ñồng trục có hai loại: loại nhỏ và loại to Cáp ñồng trục ñược thiết kế ñể truyền tin cho băng tần cơ bản hoặc băng tần rộng Cáp ñồng trục loại to dùng cho truyền tin xa, cáp ñồng trục loại nhỏ dùng cho ñường gần Tốc ñộ truyền tin qua cáp ñồng trục có thể ñạt tới 35Mbit/s

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

và trở kháng của dung môi có ảnh hưởng quan trọng ñến tính năng của cáp Dung môi có thể ñặc hoặc rỗng Tận cùng của cáp là một ñầu kết nối RF

ðặc tính của cáp ñồng trục là ñộ suy hao ít hơn so với các loại cáp ñồng khác

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

có kích thước trong phạm vi vài ngàn mét Cáp ñồng trục thường sử dụng trong các mạng dạng ñường thẳng Hai loại cáp thường ñược sử dụng là cáp ñồng trục mỏng

và cáp ñồng trục dày Cả hai loại cáp ñều làm việc ở cùng tốc ñộ nhưng cáp ñồng trục mỏng có ñộ suy hao tín hiệu lớn hơn

1.4.2 Sử dụng polymer dẫn

Tiến hành tổng hợp polyaniline có thể sử dụng làm nguyên liệu lá chắn cho sự

60dB tùy thuộc vào mức nạp của các polymer dẫn trong ma trận nhiệt dẻo Các ựặc tắnh của polymer dẫn ựược thực hiện bằng cách phân tắch trọng lượng nhiệt bằng kỹ thuật quang phổ

Các yếu tố thúc ựẩy rất nhiều công việc trên polymer dẫn là ựể tìm phương pháp thực hiện chế polymer trong mẫu thắch hợp cho các ứng dụng công nghệ chẳng hạn như che chắn nhiễu ựiện từ Những polymer hữu cơ có ựộ dẫn ựiện tương ựương với kim loại và chất bán dẫn Việc thực hiện tổng hợp polymer lần ựầu tiên phát hiện bởi Shiakawa năm 1977 có ựộ dẫn ựiện 105 S/cm, trong khi ựồng có ựộ dẫn 106S/cm Similarty khác thực hiện polymer như poly-p-phenylene, poly pyrrole, poly thiophene, poly aniline và như vậy ựộ dẫn ựiện từ 10 S/cm ựến 1000 S/cm đã có cuộc cách mạng trong lĩnh vực nghiên cứu với ý tưởng là dẫn ựiện có thể ựược thay ựổi với những pha tạp Chúng có ựược tầm quan trọng hơn vật liệu bán dẫn vô cơ trong các ứng dụng vì lượng phát thanh cường ựộ cao, ựộ bền, chi phắ thấp, và dễ chế biến chuyển thể thành phim Triển vọng của chất dẻo kim loại ựược quan tâm nhiều ựối với các ứng dụng trong công nghệ như sơn tĩnh ựiện, vật liệu che chắn tần

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

và polymethyl methacrylate, thực hiện bằng kỹ thuật pha trộn tan chảy trong khoảng nhiệt ựộ từ 180-2200C, trong một máy trộn, pha trộn trong 5 phút, ở mức ựộ 100

vòng/phút với mức nạp polyaniline khác nhau từ 1% ñến 50% pha trộn với PS, PMMA và vật liệu tổng hợp ñược nén ñúc thành các tấm có kích thước cụ thể sau ñó ñược sử dụng ñể che chắn EMI Các phép ño EMI tại 101GHz ñược thực hiện bằng cách sử dụng một bộ dao ñộng ghi giai ñoạn của máy phát ñiện 101GHz, Model No

956 W4-010-101, S/N 033 sử dụng antenna sừng hình nón, Model No 458264-1031 S/N 012 và mm sóng nhận ñược thiết lập bao gồm các antenna sừng hình kim tự tháp, Model No 861, W/387, S/N 483 Hiệu quả che chắn ñược ño bằng cách ghi nhận các năng lượng có và không có các mẫu bằng cách ñặt gần với bề mặt của antenna Mức thu tĩnh ñiện của cách ñiện polymer và sử dụng phí ño tĩnh (SCM1) ñược gắn trên một ñĩa năng lượng với một khoảng cách là 2,5cm ñi từ năng lượng ñĩa có ñiện dung là 25pF ở khoảng cách này Tĩnh thời gian phân rã của các vật liệu tổng hợp thực hiện ñược ño bằng cách sử dụng hệ thống công nghệ ñiện 406D Static Decay Meter

Sự ổn ñịnh nhiệt của polymer dẫn ñược xác ñịnh bởi phân tích nhiệt trọng bằng cách ghi các nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt ñộ phòng ñến 8000C trong khí nitơ ở tốc

ñộ quét 100C/min

Hình 1.5 Các hình ảnh nhiệt kế cho thấy một hợp chất cơ sở cho thấy tối ña trọng lượng mất không ñáng kể ở 4340C, từ 4340C ñến 5840C, trọng lượng mất là 30% mà có thể là do sự phân hủy của xương sống cao phân tử

Hình 1.6 Hiển thị các ñường cong TGA của polyaniline pha tạp với các ion hữu cơ tosylate tạp chất Các ñường cong phân tích thử nghiệm của polyaniline polymer cho thấy là ổn ñịnh nhiệt lên tới 2280C và mất trọng lượng từ 2280C ñến

3200C khoảng 40% tương ứng với tạp chất thuộc xương sống cao phân tử ðiều này

có nghĩa là polyaniline dẫn có thể ñược sử dụng cho hoạt ñộng pha trộn với nhựa nhiệt dẻo có ñiểm nhiệt ñộ nóng chảy tối ña 2200C

Hình 1.6 TGA ñường cong của polyaniline pha tạp

Hiệu quả che chắn nhiễu ñiện từ (EMI) ñược ñịnh nghĩa là sự suy giảm của một sóng ñiện từ do lối ñi của nó qua một lá chắn Nó ñược ño bằng tỷ số của cường

ñộ trường mà trên các rào cản ñối với các ñộ lớn của trường ñược truyền tải qua rào chắn và ñược biểu diễn bằng decibel (dB), tính theo:

Trong ñó P ilà công suất của sóng tới, P t là công suất của sóng truyền qua

Những thiết lập cho việc ño lường hiệu quả che chắn EMI Các kết quả cho thấy hiệu quả che chắn chỉ ra rằng nạp 2% và 5% polymer dẫn cho thấy một hiệu quả che chắn tại 4,23dB và 8,24dB, trong khi nạp 10% polymer dẫn ñiện trong polystyrene cho một hiệu quả che chắn tại 11,32dB Nạp 30% polymer dẫn ñiện trong một máy chủ lưu trữ ma trận cho một hiệu quả che chắn tại 32,46dB Nạp cao hơn của polymer dẫn cho thấy một hiệu quả che chắn tại 42,8dB (nạp 40%) và 58,6dB (nạp 50%) Tải trọng thấp của polymer dẫn ñiện trong máy chủ lưu trữ ma trận có thể sử

dụng cho hệ thống ñòi hỏi các tham số chống tĩnh ñiện trong khi nạp polymer cao có thể ñược dùng ñể che chắn các nhiễu ñiện từ (EMI) ở 101GHz hay 110GHz

1.4.3 Sử dụng bộ lọc

Những bộ lọc thường ñược dùng trong việc lọc các tín hiệu trong một băng tần và ñược phân loại thành bộ lọc thông thấp (cho tần số thấp ñi qua), bộ lọc thông cao (chỉ cho tần số cao ñi qua), bộ lọc thông dải (cho tần số ở một băng ñi qua) và băng cấm (không cho một băng tần số ñi qua) Biểu ñồ thường dùng ñể biểu diễn ñặc ñiểm của ñáp ứng tần số là sự suy hao theo tần số với sự suy hao có ñơn vị là dB ñược vẽ trên mức chia ñộ tuyến tính và tần số ñược vẽ trên mức chia ñộ theo logarit

Ví dụ, biểu ñồ lý tưởng cho bốn dạng của bộ lọc ñược biểu diễn trên hình 1.7

Hình 1.7 Các kiểu bộ lọc Những bộ lọc có cùng trở kháng ngõ ra hoặc ngõ vào có thể ñược ghép với nhau ñể kiểm soát toàn bộ các ñặc tính của dải thông/loại bỏ Ví dụ, bộ lọc thông thấp có thể ñược ghép với bộ lọc thông cao ñể tạo thành bộ lọc thông dải (hình 1.8) Chú ý tần số cutoff của bộ lọc thông cao nằm ở bên dưới tần số cutoff của bộ lọc thông thấp

Hình 1.8 Ghép bộ lọc thông cao và thông thấp ñể tạo thành bộ lọc thông dải Bằng cách ghép khác nhau có thể tạo ra bộ lọc loại bỏ băng (hình 1.9) Dĩ nhiên bộ lọc thông thấp và thông cao với tần số cutoff trùng nhau có thể ñược kết nối ñể tạo nên bộ lọc thông dải ngoại trừ ghép cuối tới cuối

Hình 1.9 Ghép bộ lọc thông cao – thông thấp ñể tạo thành bộ lọc thông chắn

ðồ thị vẽ ñặc tính ñáp ứng tần số của bốn loại bộ lọc ñã ñược lý tưởng hóa, ñó

là các cạnh vuông ở tần số cutoff Chúng ta thấy rằng, không có gì là lý tưởng và giảm suy hao tại tần số cutoff là ñộ dốc tương ứng theo sơ ñồ (hình 1.10) Tần số cutoff bây giờ ñược ñịnh nghĩa như là sự xuất hiện của nó khi suy hao ñi 3dB

Lý thuyết của góc pha mạng antenna cung cấp ñiểm khởi ñầu cho việc nghiên cứu FSS Amitay, Galindo and Wu4 ñã nghiên cứu một cách kỹ lưỡng vấn ñề này Nhiều lý thuyết cho FSS dựa trên cơ sở lý thuyết của góc pha mạng antenna, phương pháp thích hợp nhất cho cấu trúc FSS ñược nghiên cứu bởi Wu Mặc dù các lý thuyết FSS ñược mô tả ñã khẳng ñịnh, vẫn còn nhiều việc phải làm trong phạm vi phân tích ñịnh lượng lý thuyết các cấu trúc ñó

Cùng với sự phát triển của máy tính trong nửa thập niên qua, cho phép phân tích số học toàn diện dựa vào các ñặc ñiểm quang phổ của FSS, như tính chu kỳ, kích thước hình học của các lỗ hở/miếng ñắp Mô hình của Chen dựa trên cơ sở phân tích số học cho một mẫu bề mặt lựa chọn tần số phẳng, mỏng và dẫn ñiện hoàn toàn

Thiết kế phẳng nhiều phần tử tuần hoàn còn có lợi ích là nó cho phép những phần tử hình chữ nhật ñơn giản ñược sắp xếp trong một nhóm ñể tạo ra ñược những thiết kế bộ lọc phụ thuộc vào ñộ phân cực thấp hơn trong khi vẫn duy trì ñược ñặc tính cộng hưởng

Như ñã nói ở trên, một tấm vật liệu dẫn ñiện ñược ñục lỗ hở một cách tuần hoàn hoặc một mảng những miếng ñắp tuần hoàn bằng kim loại cấu thành nên một

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

ñã ñược bàn ñến trong các tài liệu [5] Hình dạng thứ nhất, thường ñược gọi là một FSS cảm ứng, hoạt ñộng tương tự như một bộ lọc dải cao Trường hợp thứ hai, hay FSS ñiện dung, tương tự như bộ lọc dải thất Nếu những thành tố tuần hoàn trong số những ñặc tính cộng hưởng FSS, FSS cảm ứng sẽ nhận tất cả sự truyền tại những bước sóng gần với bước sóng cộng hưởng trong khi FSS ñiện dung sẽ nhận tất cả sự phản xạ

Những FSS cảm ứng và ñiện dung lấy tên của chúng theo lý thuyết mạch Hình 1.11 biểu diễn một FSS cảm ứng và ñiện dung ñặc trưng tương ứng ñược xây dựng từ những lỗ hở và miếng ñắp hình chữ nhật tuần hoàn Hình vẽ cũng bao gồm

cả những mô hình mạch tương ñương cho từng FSS cùng với những ñặc tính truyền tương ứng Những miếng ghép hình chữ nhật bằng kim loại trong FSS ñiện dung hoạt ñộng tương tự như một mạch ñiện dung Tương tự như vậy, những lỗ hở hình

chữ nhật trong FSS cảm ứng hoạt ñộng giống như một mạch cảm ứng Miller17 cung cấp một cuộc bàn luận thấu ñáo về kỹ thuật lý thuyết mạch trong mối quan hệ với các FSS

Hình 1.11 Những FSS cảm ứng và ñiện dung cùng với những mạch tương ñương tương ứng và những ñặc tính truyền của chúng Chú ý rằng trên hình vẽ chỉ

có 4 phần tử tuần hoàn ñược thể hiện Những FSS ñặc trưng cho vùng gần hồng

ngoại sẽ có hàng trăm hay hàng nghìn phần tử tuần hoàn

Gỉa sử những lỗ hở và miếng ñắp hình chữ nhật trong hình 1.11 có kích thước

và tính chu kỳ giống nhau thì hai bộ lọc sẽ chính là sự bổ sung lẫn nhau Nếu cấu trúc kim loại của bộ lọc ñược coi là dẫn ñiện tuyệt ñối thì những ứng dụng của nguyên lý Babinet sẽ chỉ ra rằng ñặc tính phản xạ của FSS ñiện dung sẽ giống sự phản xạ của ñặc tính truyền FSS cảm ứng Tính truyền của FSS ñiện dung, Tcapacitive,

sẽ bằng với số lượng (1-Tinductive), trong ñó Tinductive là tính truyền của FSS cảm ứng Chú ý rằng, ứng dụng của nguyên lý Babinet cho cấu trúc FSS yêu cầu không có sự

Bề mặt tuần hoàn FSS có thể là phẳng, hoặc có thể là một mặt nghiêng Ở ñây,

ta chỉ xét những FSS phẳng Những kỹ thuật in thạch bản ñặc trưng sẽ tạo ra một bề mặt bộ lọc kim loại phẳng ñọng trên chất nền ðối với bộ lọc loại cảm ứng, một tấm kim loại (thường ñọng trên một chất nền) ñược ñục thủng ñể có các lỗ hở

ðộ dày của FSS liên quan ñến bước sóng mà nó ñược sử dụng sẽ quyết ñịnh liệu FSS ñó ñược phân loại là dày hay mỏng Nếu ñộ dày vật lý của FSS là một phân

số của bước sóng nhỏ nhất trong chế ñộ bước sóng mà nó sẽ ñược sử dụng, thì FSS

ñó có thể ñược mô hình là một bộ lọc mỏng ðối với những bộ lọc mỏng, có thể mô hình hóa chúng giống như trường hợp hữu hạn “mỏng vô hạn” Một mô hình như vậy, giả sử rằng những vùng tới và vùng truyền gặp nhau tại mặt phẳng bộ lọc, với những ñiều kiện ranh giới bộ lọc sau ñó ñược lên khuôn tại mặt phẳng bộ lọc này Trong mô hình bộ lọc này, ranh giới vùng tới vừa khít với mặt tới của bộ lọc (ñỉnh của bộ lọc) Mô hình này có hai vùng ranh giới khác biệt nhau cần ñược nối khít lại như ñược lên khuôn thành một vùng duy nhất trong mô hình mỏng

Gỉa sử rằng bề mặt là dẫn ñiện tuyệt ñối, người ta có thể làm ñơn giản quá trình mô hình hóa, ñặc biệt là ñối với mô hình bộ lọc mỏng Một số kỹ thuật, ví dụ như công trình của Chen 1, 2, 3, kết hợp những trường hợp hi hữu khi chất liệu dẫn ñiện tuyệt ñối với giả ñịnh mô hình mỏng vô hạn, ñể giúp nới lỏng những yêu cầu tính toán của vấn ñề này Vì hầu hết những kỹ thuật in bàn thạch sử dụng trong việc xây dựng FSS trong vùng hồng ngoại ñều sử dụng những kim loại như nhôm hoặc vàng – những chất liệu có tính dẫn ñiện cao trong chế ñộ bước sóng này, nên một

mô hình giả sử rằng một chất liệu dẫn ñiện tuyệt ñối sẽ cung cấp một xấp xỉ hợp lý cho bộ lọc thực tế

Vì những lý do ñược nói ở phần này, người ta ñã quyết ñịnh mô hình hóa FSS

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

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

ñể sử dụng trong vùng bước sóng hồng ngoại

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

Cần phải chỉ ra rằng trường tới ñược coi là sóng phẳng Góc tới và phân cực không hạn chế trong mô hình FSS Các trạng thái phân cực ñược chia thành trạng thái trực giao TE (trường ñiện vuông góc với mặt phẳng tới) và song song TM (trường ñiện song song với mặt phẳng tới)

Tính chu kỳ FSS ñã ñược mô tả trong mối quan hệ với hình 1.12 Vì những lỗ hở/miếng ñắp của FSS ñược sắp xếp theo kiểu tuần hoàn nên có thể mô tả trường tại mặt phẳng bộ lọc dưới dạng một ngăn tuần hoàn bộ phận duy nhất ðịnh lý của Floquet phát biểu rằng nếu một biểu thức vi phân tuyến tính có những hệ số tuần hoàn và ñiều kiện biên, khi ñó những giải pháp ổn ñịnh sẽ là một hàm tuần hoàn nhân với một hàm giảm theo mũ18 Trong suốt ứng dụng ñịnh lý này, trường trong bất cứ ngăn tuần hoàn nào khác cũng sẽ liên quan ñến ngăn tham khảo dưới dạng một hàm mũ Tại những bước sóng nhỏ hơn bước sóng sườn nhiễu xạ, những thứ tự nhiễu cao hơn sẽ sinh ra trong vùng trường xa Với những bước sóng lớn hơn bước sóng sườn nhiễu xạ, chỉ thứ tự 0 sinh ra

Tại một bước sóng ngắn hơn một chút khi một thứ tự nhiễu cao hơn bắt ñầu sinh ra, những sự bất bình thường của Wood (Wood’s anomalies19, 20, 21) có thể xuất hiện ðây là những vùng bước sóng của phản hồi quang phổ bất thường – nơi có những thay ñổi nhanh chóng trong ñặc tính truyền/phản xạ của FSS (và những lưới

sườn nhiễu xạ liên quan ñến khoảng cách của những mảng kề cận nó Khoảng cách

kề cận gần nhất trong trường hợp này là khoảng cách vật lý giữa tâm của hai phần tử tuần hoàn ñược ño dọc theo trục y nghiêng

Hình 1.12 Một mảng hình chữ nhật và mảng hình tam giác tổng quát của các lỗ hở (hoặc miếng ñắp) cấu thành một FSS Chú ý rằng khi góc nghiêng a = 900, mảng

hình tam giác trở thành một mảng hình chữ nhật

Trong vùng bước sóng hồng ngoại, những bề mặt lựa chọn tần số trước tiên ñược dùng trong những ứng dụng lọc Một số ứng dụng bao gồm những bộ lọc thông dải, bộ phân cực và bộ tách tia Như ñã nói ở trên, nếu những phần tử tuần hoàn trong một FSS tạo ra những ñặc ñiểm cộng hưởng, thì FSS cảm ứng sẽ chứa tất cả sự truyền tại những bước sóng gần bước sóng cộng hưởng, trong khi ñó, FSS ñiện dung

sẽ chứa tất cả sự phản xạ ðặc ñiểm này cho phép FSS với những phần tử thích hợp hoạt ñộng giống như bộ lọc thông dải hẹp Tương tự như vậy, một thiết kế bổ sung

có thể ñược tạo ra ñể phản xạ có lựa chọn những vùng thông dải hẹp Những ứng dụng chi tiết của những loại bộ lọc FSS này bao gồm những bộ lọc dải hẹp dùng trong thiên văn học và những bộ lọc dùng cho thiết bị tàu vũ trụ

Nếu những phần tử tuần hoàn trong một FSS tạo ra một ñặc ñiểm cộng hưởng phụ thuộc vào sự phân cực, thì một ñặc tính như vậy có thể ñược khai thác ñể tạo ra

bộ phân cực Nếu sự phụ thuộc vào sự phân cực này ñược sử dụng sao cho sự phân cực ñược phản xạ hoàn toàn trong khi sự phân cực trực giao ñược truyền hoàn toàn thì khi ñó FSS có thể ñược sử dụng làm bộ tách tia Sử dụng những FSS cho phép xây dựng những bộ phân cực và bộ tách tia cho tất cả bước sóng – nơi những vật liệu truyền thống dùng ñể làm những thiết bị như vậy là bất khả thi