BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGUYÊN ĐỘ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN
ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn
TRẦN NGUYÊN ĐỘ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2
5. Bố cục đề tài 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ VÀ CÁC
NGUỒN NHIỄU 4
1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 4
1.2 KHÁI NIỆM TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 4
1.3 KIỂM TRA TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 5
1.3.1 Các quy tắc về TTĐT 5
1.3.2 Thiết bị 7
1.3.3 Quy trình kiểm tra 9
1.4 PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN NHIỄU 10
1.4.1 Các nguồn nhiễu tự nhiên 10
1.4.2 Các nguồn nhiễu công nghiệp 11

3.5.4 Phƣơng pháp đặt khe hở và chia nhỏ khe hở 52
3.5.5 Cải thiện hiệu quả bọc chắn tại khớp nối 54
3.5.6 Phƣơng pháp sử dụng các ống dẫn sóng 56
3.6 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN TRONG TRƢỜNG HỢP BỌC
CHẮN KHÔNG KÍN 58
3.6.1 Hiệu quả bọc chắn của tấm chắn có khe hở 59
3.6.2 Hiệu quả bọc chắn của tấm chắn khi khe hở chia nhỏ 61
3.6.3 Hiệu quả bọc chắn của mắt lƣới bằng vật liệu dẫn điện 62
3.6.4 Hiệu quả bọc chắn của khe hở dạng ống dẫn sóng 63
3.7 KIỂM TRA HỘP BỌC CHẮN TRONG THỰC TẾ 67
3.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG 68
CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ
ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 69
4.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG 69
4.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ PHẦN MỀM CST (Computer Simulation
Technology) 69
4.3 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH MÔ PHỎNG CẢI THIỆN HIỆU QUẢ BỌC
CHẮN 71
4.4 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ HỘP BỌC CHẮN 72
4.5 MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HỘP BỌC CHẮN KÍN HOÀN TOÀN. 73
4.6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỨC XẠ ĐIỆN TỪ HỘP BỌC CHẮN CÓ KHE
HỞ 74
4.6.1 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn tồn tại khe hở 4x3cm 74
4.6.2 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3, 12x0.2,
5x0.2, 0.8x0.2cm. 75
4.6.3 Mô phỏng bức xạ điện từ của hộp bọc chắn khi chia khe 4x3cm
thành 15 khe 76
4.6.4 Mô phỏng bức xạ điện từ của hộp bọc chắn khi chia khe 4x3cm
thành 20 khe 78
4.6.5 Mô phỏng bức xạ điện từ khi hộp bọc chắn có các khe hở cùng

Z
m
Intrinsic impedance of Trở kháng của kim loại
metal (ohms)
Z
b
Intrinsic impedance of Trở kháng của kim loại mỏng
thin metal (ohms)
Z
air
Intrinsic impedance of air (ohms)Trở kháng của không khí
Z
s
Source impedance (ohms) Trở kháng nguồn
Z
w
Wave impedance Trở kháng sóng
δ Skin depth (cm or m) Độ đâm thâu
ε Permittivity (farads/m) Hằng số điện môi
ε
0
Permittivity of air or space Hằng số điện môi của không khí
(8,84.10
-12
farads/m)
µ Permeability (henries/m) Hệ số từ thẩm
µ
0
Permeability of air Hệ số từ thẩm của không khí
(4Π.10

magnetic field thành phần từ trƣờng
TLM Transmission Line Matrix Ma trận đƣờng truyền
TE Transverse Electric Điện trƣờng ngang
TM Transverse Magnetic Từ trƣờng ngang DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu
Tên hình
Trang
1.1
Ba yếu tố trong tiến trình EMC
4
1.2
Các nguyên tắc TTÐT
6
1.3
Sơ đồ mô tả các đƣờng ghép EMI
10
1.4
Bức xạ từ bo mạch in
14
1.5
Bức xạ từ cáp
15
2.1

2.11
Hệ số hiệu chỉnh phản xạ lại trong sóng phẳng
36
2.12a
Hiệu quả bọc chắn trong từ trƣờng
37
2.12b
Hiệu quả bọc chắn trong từ trƣờng đến 200dB
38
2.13a
Hiệu quả bọc chắn trong điện trƣờng
38
2.13b
Hiệu quả bọc chắn trong điện trƣờng đến 200dB
39
2.14a
Hiệu quả bọc chắn trong sóng phẳng
39
2.14b
Hiệu quả bọc chắn trong sóng phẳng đến 200dB
40
3.1
Sự chuyển đổi từ trƣờng gần đến trƣờng xa xảy ra tại
λ/2π
43
3.2
Trở kháng sóng phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn
và trƣờng là điện trƣờng hay từ trƣờng
43
3.3

53
3.10b
Dòng điện cảm ứng chạy trên tấm chắn kim loại khi
có khe hở
53
3.11
Cải thiện bọc chắn bằng việc đặt khe hở song song
với hƣớng dòng điện cảm ứng
53
3.12
Cải thiện bọc chắn bằng phƣơng pháp chia khe hở
lớn thành nhiều khe hở nhỏ
54
3.13
Kỹ thuật đệm nối
55
3.14
Ảnh hƣởng của các nắp đậy hộp bọc chắn
56
3.15
Sử dụng ống dẫn sóng để cung cấp hệ thống thông
gió và làm giảm bức xạ điện từ qua nó
57
3.16
Ống dẫn sóng dạng tổ ong
57
3.17
Kích thƣớc khe hở
59
3.18

73
4.6
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
74
4.7
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3cm và 12x0.2cm
75
4.8
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 12x0.2cm, 5x0.2,
0.8x0.2
76
4.9
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m
khi hộp bọc chắn có khe hở 4x3cm và 15 khe 0.2x4
77
4.10
Hộp bọc chắn với 15 khe và 20 khe hở có tổng diện
tích 12cm
2

78
4.11
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có 15 khe và 20 khe có tổng diện tích
12cm
2

78

4.18
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng ống lục giác có d = 6.35mm
và chiều rộng ống thay đổi
83
4.19
Hộp bọc chắn có khe hở dạng tổ ong
84
4.20
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong
84
4.21
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong với số lƣợng ống
khác nhau
85
4.22
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn có khe hở dạng tổ ong với số lƣợng ống
khác nhau
86
4.23
Mặt cắt hộp bọc chắn sử dụng tấm chắn đôi tại vị trí
có khe hở
87
4.24
Ðồ thị bức xạ điện từ tại vị trí cách hộp 3m khi hộp
bọc chắn sử dụng tấm chắn đôi
87


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện, điện
tử, tin học ngày càng không thể thiếu trong đời sống. Các thiết bị cần thiết
cho nhu cầu con ngƣời ngày một tăng đáng kể, trong một không gian giới hạn
lại có nhiều thiết bị cùng hoạt động. Vì vậy, sự ảnh hƣởng giữa các thiết bị do
bức xạ điện từ ngày một đáng kể.
Chính vì vậy, tƣơng thích điện từ ngày càng đƣợc quan tâm hơn. Tƣơng
thích điện từ nhằm giải quyết vấn đề khi các thiết bị vận hành trong một môi
trƣờng có sự hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi
trƣờng chung quanh tác động vào mà chúng vẫn hoạt động tốt. Để thực hiện
đƣợc điều này, chúng ta phải dùng một kỹ thuật nhƣ là một phƣơng tiện để
tránh những hiệu ứng không mong muốn mà sự nhiễu loạn trên có thể gây ra.
Một trong những biện pháp hiệu quả làm giảm sự bức xạ gây nhiễu của
thiết bị cũng nhƣ các nguồn gây nhiễu từ các thiết bị, môi trƣờng chung quanh
đó là dùng bọc chắn. Trong thực tế bọc chắn luôn tồn tại các khe hở do nhu
cầu làm mát, giao tiếp, cấp nguồn…. Các khe hở này làm giảm đi hiệu quả
bọc chắn do đó ta phải nghiên cứu tìm cách khắc phục, cải thiện hiệu quả của
bọc chắn. Vì vậy tôi tiến hành thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN
HIỆU QUẢ BỌC CHẮN ĐỂ ĐẢM BẢO TÍNH TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ”
nhằm đảm bảo tính tƣơng thích điện từ của các thiết bị.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của các nguồn nhiễu trong lĩnh vực tƣơng
thích điện từ.
2

- Nghiên cứu cải thiện tính tƣơng thích điện từ bằng kỹ thuật bọc chắn.

Technology) để mô phỏng kiểm chứng sự cải thiện hiệu quả bọc chắn, so sánh
hiệu quả bọc chắn trong các trƣờng hợp cụ thể.
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu đƣợc sử dụng trong quá trình làm luận văn là các
sách chuyên ngành, bài báo trên các tạp chí chuyên ngành, báo cáo của các
hội thảo chuyên ngành.

4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
VÀ CÁC NGUỒN NHIỄU

1.1 GIỚI THIỆU CHƢƠNG
Chƣơng này đề cập về khái niệm tƣơng thích điện từ, các quy tắc, quy

(EMS: Electromagnetic Susceptibility).
Có ba cách đƣợc áp dụng để làm giảm nhiễu bức xạ và nhiễu dẫn.
Triệt sự phát xạ tại nguồn phát.
Làm vô hiệu hóa đƣờng ghép nối càng nhiều càng tốt.
Làm cho bộ thu miễn dịch với nguồn phát.
Tóm lại, thiết bị điện tử tƣơng thích điện từ (ElectroMagnetic
Compatibility – EMC) là hệ thống, thiết bị có khả năng hoạt động “tƣơng
thích” với những hệ thống, thiết bị khác và không gây nhiễu cho môi trƣờng,
không chịu ảnh hƣởng của nhiễu từ môi trƣờng và không gây ra nhiễu cho
chính nó.
1.3 KIỂM TRA TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
1.3.1 Các quy tắc về TTĐT
Các vấn đề TTĐT thông thƣờng có thể gồm sự kết hợp giữa các quy tắc
nhƣ sự kết hợp của các tần số, kích thƣớc của các thành phần, việc lắp ráp các
bộ phận lại với nhau…
TTĐT đƣợc chia thành 3 nguyên tắc dựa trên kỹ thuật kết nối:
- Đƣờng dẫn bức xạ
6

- Đƣờng dẫn thiết bị dẫn
- Sự kết hợp của 2 kỹ thuật trên
Trong mỗi kỹ thuật bức xạ hay thiết bị dẫn thì đƣợc chia thành 2 quy
tắc nhỏ nữa là sự phát xạ và sự miễn nhiễm. Ta có sơ đồ sau:

Hình 1.2 Các nguyên tắc TTĐT
Nhƣ vậy hiện tƣợng bức xạ chia làm hai loại:
- Bức xạ phát xạ (RE): liên quan đến cơ chế sinh ra các năng lƣợng bức
xạ điện từ không mong muốn vào môi trƣờng chung quanh gây ảnh hƣởng
đến các thiết bị điện tử khác.
- Bức xạ miễn nhiễm (RI): liên quan đến cơ chế chống lại các bức xạ

số có thể kết hợp các kỹ thuật đƣợc mô tả ở trên, ví dụ là phân tích phổ
thời gian thực. Các tín hiệu xử lý đƣợc rẽ xuống chuyển đổi sử dụng tần
số phách và sau đó đƣợc phân tích với bộ phân tích biến đổi Fourier
nhanh (FFT).
8

b. Máy phát tín hiệu
Máy phát tín hiệu sản xuất tín hiệu có dạng sóng điện tử có chu kỳ hoặc
không có chu kỳ trong cả hai hình thức kỹ thuật số hoặc tƣơng tự. Máy phát
sản xuất dạng sóng với bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số và sử dụng kỹ thuật số để
chuyển đổi ra tƣơng tự (DAC) để tạo ra một đầu ra tƣơng tự. Máy phát tín
hiệu có khả năng sản xuất tín hiệu sóng sin trong khoảng từ tần số thấp lên
đến nhiều GHz.
c. Bộ khuếch đại điện tử
Bộ khuếch đại điện tử lấy tín hiệu từ nguồn cung cấp và tạo ra một tín
hiệu mới có công suất cao cùng với nhiệt thải ra. Các nhà sản xuất bộ khuếch
đại luôn luôn phấn đấu để giảm trở kháng của các phần tử mạch khuếch đại.
Điều này làm tăng hiệu quả và giảm thiểu công suất tiêu tán, làm cho các bộ
phận khuếch đại hoạt động với độ tin cậy cao.
d. Anten phát / anten thu
Anten đƣợc sử dụng để truyền hoặc nhận sóng điện từ trong buồng.
Các đặc tính quan trọng nhất đối với anten phát, anten thu trong buồng triệt
nhiễu là băng thông. Băng thông là phạm vi tần số anten có thể thu hoặc nhận
năng lƣợng đúng. Các đặc tính khác đạt đƣợc nhƣ định hƣớng, độ lợi và sự
phân cực bị mất trong buồng do hiện tƣợng cộng hƣởng.
e. Bộ phận thăm dò
Bộ phận thăm dò bao gồm ba anten băng thông rộng độc lập định
hƣớng trực giao mà mỗi máy đo một thành phần của điện trƣờng. Các tín hiệu
từ đầu dò đƣợc truyền kỹ thuật số thông qua một liên kết sợi quang đến đơn vị
đọc hoặc máy tính. RMS (root có nghĩa là vuông, giá trị hiệu dụng) giá trị cho


1.4 PHÂN TÍCH CÁC NGUỒN NHIỄU
Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử nên các loại nguồn
giao thoa điện từ (EMI) cũng tăng lên, ảnh hƣởng của EMI ngày càng đa dạng
và phức tạp. Những hiệu ứng này đe dọa đến sức khỏe và sự an toàn của con
ngƣời, hoặc gây ra sự trục trặc hệ thống điện – điện tử khác, làm cho các thiết
bị hoạt động không đúng theo yêu cầu và dễ bị hỏng hóc. Nhiễu EMI có thể
lan truyền theo kiểu dẫn hoặc bức xạ đƣợc minh họa nhƣ hình vẽ:

Hình 1.3 Sơ đồ mô tả các đường ghép EMI
Các nguồn nhiễu EMI trong lĩnh vực TTĐT đƣợc chia làm 2 phần
chính: Các nguồn nhiễu tự nhiên và các nguồn nhiễu công nghiệp.
1.4.1 Các nguồn nhiễu tự nhiên
Các nguồn nhiễu tự nhiên có thể là :
- Từ trƣờng mặt đất và các cơn dông từ.
- Điện trƣờng trong điều kiện thời tiết tốt.
- Hoạt động của các cơn dông và nhiễu khí quyển.
- Dòng và trƣờng đất.
- Nhiễu vũ trụ.
11

Trƣờng điện từ có nguồn gốc tự nhiên xuất hiện ở khắp nơi giữa mặt
đất và tầng điện ly (từ 0 đến 100km), trong đó phần lớn là hoạt động của các
cơn dông và chúng đƣợc xem nhƣ một nguồn bức xạ.
1.4.2 Các nguồn nhiễu công nghiệp
a. Các nguồn nhiễu vô tuyến điện
Tất cả các thiết bị điện hoặc điện tử tồn tại các cấp nguồn nhiễu vô
tuyến điện khác nhau. Các thiết bị này có thể đƣợc phân loại tùy theo bản chất
của các tín hiệu vô tuyến điện mà thiết bị tạo ra và tùy theo kiểu nhiễu mà nó
sinh ra.