Davide Negri

Far Field & Near FieldFar field => zona do campo lontano (o di radiazione o di Fraunhofer) si ha quando sono verifacate le seguenti condizioni:+1. 2.

3.

Dr 105

22Dr

10r

Emissione RadiataSiamo 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. Rete2. Terra3. Linea di segnaleL’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 λoggetti 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 differenzialeL’emissione radiata varia a seconda della prevalenza di una componente, comune o differenziale, rispetto all’altra

2 conduttori sono collegati attraverso 2 correnti:

correnti di modo comune correnti di modo differenziale sono modellizzabili con dipoli sono modellizzabili con spire di corrente

Alto valore di impedenza d’ingresso Basso valore di impedenza d’ingresso

Come ridurre l’interferenza radiata:1. Riduco le dimensioni del circuito rispetto alla lunghezza d’onda:

I. Riduco la lunghezza del dipoloII. Riduco l’area della spira

2. Aumento i tempi di salita e di discesa degli impulsi di corrente

A B A BID

ID

IC

IC

DC

DC

III

III

2

1

Studio dell’interferenza RadiataSi 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.

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.

Box1

Box 2

Modellizzazione

Barriere

Interferenza radiata su apparati di TLCStudio 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 Diagramma di radiazione su (θ, φ)

Un lobo principale 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 terraRIDURRE INTERFERENZA PER MAGLIA DI TERRA

ridurre al minimo l’area sottesa tra il piano di segnale e il piano di massa

Accoppiamento OPU “piccolo” loopPiccolo 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 trasmissione2 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.

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 trasferimentoIn 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 continuo ma esistono fori,tagli, ecc a fili intrecciati

diffusione EM per accoppiamento capacitivo e induttivoeffetto pelle

PER AUMENTARE L’EFFETTO SCHERMO SI DEVE RIDURRE L’IMPEDENZA DI TERRA, CASO IDEALE NULLA.

A B

Emissione radiata da aperture

Apertura soggetta a disturbi

Compo E ortogonale all’apertura Campo E parallelo all’apertura

Non varia al variare dell’apertura stringendo l’apertura si ha meno interferenza

Strutture circuitali grandi rispetto a λLo 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.

Si vengono a creare correnti di modo comune e di modo differenziale che danno origine a onde stazionarie del tipoDove rappresenta l’onda progressiva e il termine 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 I 2 elementi radianti sono2 distribuzioni di corrente 2 distribuzioni di corrente

con stessa ampiezza con stessa ampiezzae sfasamento δ=π e sfasamento δ=0

δ =K0z

A B...

I1

IN

)( 000

zjKzjK eeII

zjKeII 00

zjKe 0

Interferenza condottaSi propagano tensioni e correnti lungo le vie condotte di interfacciamento tra 2 sistemi:1. rete di alimentazione2. rete di massa3. 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 altoHo due circuiti che interagiscono tra di loro:1 perturbatore 2 vittimaC’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 diminuire R2: parallelo delle resistenze del circuito

tra i 2 circuiti C12 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 C 2G RS1

RL1 C1G C2G

C12

R2

Cross talk induttivo (campo magnetico, basse impedenze) Comportamento passa altoHo due circuiti che interagiscono tra di loro:1 perturbatore 2 vittimaSi studia il circuito elettrico equivalente con gli effetti induttivi parassiti

DIMINUIRE IL DISTURBO CROSS TALK INDUTTIVO

Agire sulla mutua induttanza M12 diminuire il carico della vittima rispetto aumentare il carico del perturbatore alla sorgente della vittima RL2 rispetto a RS2 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

RS1 M12

RL1

R2L1 L2

RS2

Misure di emissioneQueste 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:

Schema per la misura di emissione condotta:

Caratteristica delle antenne per misure di emissione radiata1. Larga banda: per catturare tutti i disturbi, antenne che hanno caratteristiche pressoché uniformi su tutta la banda; S/N>12. Bassa direttività: in modo che l’antenna si possa accoppiare con tutta la radiazione emessa da un qualsivoglia disturbatore.3. Fattore d’antenna noto per antenne a banda larga.

Reti di accoppiamento LISN

disturbi differenziali disturbi comuniDisaccoppia 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.

DUTRICEVITORE emi

DUT LISN RIFERIMENTO

RIC. EMI

Ricevitore EMIPuò essere costituito da un analizzatore di spettro, il funzionamento del ricevitore è di tipo supereterodina.

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 segnaleOscillatore locale:1. Definisce la frequenza di lavoro del sistemaFiltro:1. Elimino i disturbiRivelatore:1. Di picco 2. Di quasi picco

1. Tempo di salita più lento di quello di picco3. Di valor medio

1. Rivelatore di picco più passa basso

preselettore filtro rivelatore

Oscill. locale

X