Davide Negri
Far Field & Near Field
Far field => zona do campo lontano (o di radiazione o di Fraunhofer) si ha quando sono verifacate le seguenti condizioni:+
1. r  510D
2. r  10
3. r 
2D 2

Emissione Radiata
Siamo in condizioni di far field.
C’è un sistema perturbatore che irraggia EM in modo analogo ad un'antenna.
Analisi effettuata con tecniche analitiche o numeriche in modo da non sottostimare o sovrastimare (costi eccessivi) l’interferenza.
Emissione radiata da sorgenti non intenzionali (generalmente a banda larga)
Dipendono da tensioni e correnti dipendenti dal tempo queste generano campi radiati (correnti continue generano campi statici).
Questo disturbo è una causa imprescindibile del funzionamento di un qualsivoglia apparecchio.
Per le linee elettriche si suddivide in 3 componenti di disturbo, dovuto a:
1. Rete
2. Terra
3. Linea di segnale
L’emissione radiata può avvenire anche attraverso l’involucro di materiale conduttore o dielettrico (per l’EMC si studia solo il conduttore), esso
contiene 2 tipi di radiatori
radiatori di interferenza radiata
Circuiti interni
Aperture per cavi display ecc.
può essere generata da 2 tipi di corrente
modo comune
modo differenziale
Lo studio dell’EM dipende dalle dimensioni del circuito rispetto alla lunghezza d’onda λ
oggetti grandi rispetto a λ
oggetti piccoli rispetto a λ
studio con onda progressiva o con onda stazionaria
studio con dipolo o spira di corrente
Correnti di modo comune & di modo differenziale
L’emissione radiata varia a seconda della prevalenza di una componente, comune o differenziale, rispetto all’altra
A
ID
IC
B
ID
A
B
IC
2 conduttori sono collegati attraverso 2 correnti:
 I1  I C  I D

I 2  I C  I D
correnti di modo comune
sono modellizzabili con dipoli
correnti di modo differenziale
sono modellizzabili con spire di corrente
Alto valore di impedenza d’ingresso
Basso valore di impedenza d’ingresso
Come ridurre l’interferenza radiata:
1.
2.
Riduco le dimensioni del circuito rispetto alla lunghezza d’onda:
I.
Riduco la lunghezza del dipolo
II. Riduco l’area della spira
Aumento i tempi di salita e di discesa degli impulsi di corrente
Studio dell’interferenza Radiata
Si deve modellizzare la “vittima” e determinare l’accoppiamento EM; lo studio viene effettuato scomponendo la vittima su diversi livelli di scala
ognuno contenuto nel livello più esterno, ogni livello viene studiato a in funzione dell’OPU che lo investe, ogni livello è separato da quello
esterno da barriere che hanno solo un effetto attenuante.
Barriere
Modellizzazione
Box
1
Box
2
L’interferenza viene studiata tra l’OPU e i vari livelli del dispositivo, da quello più esterno a quello corrente, fino alle linee e ai cavi. In questi studi
il livello interno è NON VISIBILE: lo studio è identico sia che all’interno ci sia un altro livello sai che non ce ne sia nessuno: NON SI TIENE
CONTO DELL’ALTERAZIONE DELLA DISTRIBUZIONE DEL CAMPO EM.
Interferenza radiata su apparati di TLC
Studio riferito solo all’antenna e non al resto dell’apparato; uso la formula di Friis per il calcolo della potenza ricevuta.
Caratterizzazione Antenna
Area efficace Aeff
Un lobo principale
Diagramma di radiazione su (θ, φ)
Più lobi secondari
Per il caso di sorgente intenzionale, se voglio calcolare la potenza ricevuta devono essere note: la potenza utile, il guadagno, la direttività di
potenza e il coefficiente di riflessione.
Interferenza radiata per maglia di terra
RIDURRE INTERFERENZA PER MAGLIA DI TERRA
ridurre al minimo l’area sottesa tra il piano di segnale e il piano di massa
Accoppiamento OPU “piccolo” loop
Piccolo loop: spira di piccole dimensioni.
Se si considera l’accoppiamento tra l’OPU e il piccolo loop si deve considerare la fem indotta,
per ridurre l’induzione (causa dell’accoppiamento )
ridurre l’area della spira
orientare la spira in direzione parallela ad H.
Accoppiamento radiato su linea di trasmissione
A
2 regioni sono interconnesse usando conduttori con lunghezze non molto minori di λ, i collegamenti sono
considerati come linee di trasmissione.
Il campo E presente in una certa zona è dato dalla sovrapposizione di tre effetti: E incidente, E di scattering legato
alla presenza di conduttori, E guidato legato alla presenza di modi di propagazione.
B
campo guidato
ΣTE +
ΣTM
+
ΣTEM
IL DISTURBO E’ DOVUTO ALLA COMPONENTE DI CAMPO MAGNETICO NORMALE E ALLA COMPONENTE DI CAMPO ELETTRICO TRASVERSALE RISPETTO AL
PIANO DEI DUE CONDUTTORI.
Interferenza radiata per Impedenza di trasferimento
In una struttura schermata dagli effetti esterni viene indotta una correte Is sullo schermo x cui c’è un accoppiamento indotto sui conduttori interni.
Conduttore dello schermo
Continuo ma reale
diffusione EM per
effetto pelle
continuo ma esistono fori,tagli, ecc
a fili intrecciati
accoppiamento capacitivo e induttivo
PER AUMENTARE L’EFFETTO SCHERMO SI DEVE RIDURRE L’IMPEDENZA DI TERRA, CASO IDEALE NULLA.
Emissione radiata da aperture
Apertura soggetta a disturbi
Compo E ortogonale all’apertura
Non varia al variare dell’apertura
Campo E parallelo all’apertura
stringendo l’apertura si ha meno interferenza
Strutture circuitali grandi rispetto a λ
Lo studio di questi fenomeni deve essere effettuato attraverso l’analisi dei parametri distribuiti (correnti e tensioni non uniformi), lo studio
dell’emissione radiata da conduttori la cui correte è espressa per onde progressive è fattibile attraverso modelli a linee di trasmissione.
I1
A
.
.
.
B
IN
Si vengono a creare correnti di modo comune e di modo differenziale che danno origine a onde stazionarie del tipo I  I 0 (e  jK0 z  e jK0 z )
Dove I  I 0 e  jK0 z rappresenta l’onda progressiva e il termine e jK0 z dove il ρ rappresenta il fattore di riflessione deve essere considerato solo
nell’onda contropropagante.
Modellizzazione strutture circuitali grandi rispetto a λ
Metodologia delle schiere lineari con 2 elementi radianti
Modo differenziale
Modo comune
I 2 elementi radianti sono
2 distribuzioni di corrente
con stessa ampiezza
e sfasamento δ=π
I 2 elementi radianti sono
2 distribuzioni di corrente
con stessa ampiezza
e sfasamento δ=0
δ =K0z
Interferenza condotta
Si propagano tensioni e correnti lungo le vie condotte di interfacciamento tra 2 sistemi:
1. rete di alimentazione
2. rete di massa
3. rete di segnale
MINIMIZZARE DISTURBO CONDOTTO
Minimizzare l’impedenza della rete di alimentazione
schermare le linee di segnale
Cross Talk (diafonia)
Interferenza che avviene tramite il mutuo accoppiamento in condizioni di near field (condizione legata alla lunghezza d'onda, quindi dipendente
dalla frequenza e dalle dimensioni del circuito).
I fenomeni di accoppiamento sono capacitivo (nasce campo elettrico) o induttivo (campo magnetico).Nascono correnti e tensioni indotte su un
sistema per effetto dell'accoppiamento con un altro sistema.
•Bassa impedenza
spira di corrente
accoppiamento induttivo
•Alta impedenza
accoppiamento capacitivo
Cross talk capacitivo (campo elettrico, alte impedenze)
Comportamento passa alto
Ho due circuiti che interagiscono tra di loro:
1 perturbatore
2 vittima
C’è una capacità di accoppiamento tra i due circuiti e capacità di accoppiamento anche verso massa.
Gli oggetti devono essere piccoli rispetto alla lunghezza d’onda.
DIMINUIRE IL DISTURBO CROSS TALK CAPACITIVO
diminuire la capacità di accoppiamento
tra i 2 circuiti C12
diminuire R2: parallelo delle resistenze del circuito
vittima R2=RL2//RS2
spostamento del polo a frequenze maggiori
variazione del taglio in frequenza
Si potrebbe anche aumentare la capacità di accoppiamento del circuito vittima con massa C2G
RS1
C12
RL1
C1G
C2G
R2
Cross talk induttivo (campo magnetico, basse impedenze)
Comportamento passa alto
Ho due circuiti che interagiscono tra di loro:
1 perturbatore
2 vittima
Si studia il circuito elettrico equivalente con gli effetti induttivi parassiti
RS1
M12
L1
RL1
R2
L2
RS2
DIMINUIRE IL DISTURBO CROSS TALK INDUTTIVO
Agire sulla mutua induttanza M12
diminuire il carico della vittima rispetto
alla sorgente della vittima RL2 rispetto a RS2
aumentare il carico del perturbatore
RL1
Diminuzione numerica dell’accoppiamento spostamento del taglio in bassa frequenza Diminuzione numerica dell’accoppiamento
In ogni frequenza
in ogni frequenza
Per non far comparire fenomeni capacitivi è opportuno non aumentare le impedenze
Misure di emissione
Queste misure riguardano la verifica del rispetto delle normative.
Si vuole misurare la radiazione di un DUT (dispositivo sotto test) , si ricercano le frequenze di massima radiazione.
Lo studio di emissione condotta invece riguarda le tensione e le correnti di disturbo che il DUT genererà sui conduttori alla porta di segnale alla
porta di rete o a quella di alimentazione.
Schema per la misura di emissione radiata:
DUT
RICEVIT
ORE emi
Schema per la misura di emissione condotta:
DUT
RIFERIM
ENTO
LISN
RIC.
EMI
Caratteristica delle antenne per misure di emissione radiata
1.
2.
3.
Larga banda: per catturare tutti i disturbi, antenne che hanno caratteristiche pressoché uniformi su tutta la banda; S/N>1
Bassa direttività: in modo che l’antenna si possa accoppiare con tutta la radiazione emessa da un qualsivoglia disturbatore.
Fattore d’antenna noto per antenne a banda larga.
Reti di accoppiamento
LISN
disturbi differenziali
disturbi comuni
Disaccoppia il DUT e la rete di interfacciamento, con un impedenza di trasferimento stabile ed accessibile a tutti; si effettua una funzione di filtro
rispetto ai disturbi di alimentazione.
Ricevitore EMI
Può essere costituito da un analizzatore di spettro, il funzionamento del ricevitore è di tipo supereterodina.
preseletto
re
X
filtro
rivelatore
Oscill.
locale
Preselettore:
1. Serve per preselezionare la frequenza di disturbo del segnale da esaminare.
2. Serve per ridurre il tempo di misura eseguendo la misura solo sulle frequenze preselezionate.
3. Si usa anche al di fuori del’EMI.
4. Non serve per selezionare la frequenza di lavoro dell’apparato.
5. Limita la banda del segnale
Oscillatore locale:
1. Definisce la frequenza di lavoro del sistema
Filtro:
1. Elimino i disturbi
Rivelatore:
1. Di picco
2. Di quasi picco
1. Tempo di salita più lento di quello di picco
3. Di valor medio
1. Rivelatore di picco più passa basso