capítulo 5 - modelagem e medição da emissão
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Modelagem e medição da emissão.TRANSCRIPT
ELETROMAGNETISMO
APLICADO
MODELAGEM E MEDIÇÃO DA EMISSÃO
ELETROMAGNÉTICA
MEDIÇÃO DA EMISSÃO CONDUZIDA
Line Impedance Stabilization
Network – Funções da LISN 1) Apresentar uma impedância constante padronizada pelas
normas para o cabo de alimentação do produto de modo
que a medição da corrente emitida pelo produto não varie
em função das diferenças entre os diversos circuitos
conectados na rede de alimentação;
2) Evitar a entrada de ruído pré-existente na linha de
alimentação para o sistema de medição, de modo que a
medição indique apenas o ruído gerado pelo produto;
3) Permitir a passagem da corrente funcional na frequência
fundamental da rede (ou seja, 50 ou 60Hz), para não
interferir no funcionamento normal do produto.
4) A impedância do sistema de medição deve ser 50 na
faixa de frequência especificada pela norma (150 KHz a 30
MHz para CISPR22).
ESPECIFICAÇÃO DA LISN
CIRCUITO EQUIVALENTE
CORRENTE DIFERENCIAL E DE MODO COMUM
P C D D P N P C D
N C D C P N N C D
1I I I I I I V 50 I I
2
1I I I I I I V 50 I I
2
MÉTODOS PARA
REDUZIR A EMISSÃO DE
MODO COMUM
FILTRO DE INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA
D C GWC 47nF C 2,2nF L 1mH
Indutor de modo comum
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA CORRENTE DE
MODO COMUM
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA A CORRENTE
DIFERENCIAL
Separador de corrente diferencial e de modo comum
Exemplo: Filtro para fonte chaveada
IRRADIAÇÃO DA CORRENTE DIFERENCIAL E
DA CORRENTE DE MODO COMUM
1 C D
2 C D
1 2D
1 2C
I I I
I I I
I II
2
I II
2
MODELO
SIMPLES
BASEADO NO
DIPOLO
HERTZIANO
o
o 1 o 2 o
o o
j r7o o
1 2
j r j r j rj s/2 cos j s/2 cos
1 2 1 2
1 2
eE M I F M j j2 x10 f F sen
r 4
s sr r cos r r cos
2 2
e e eE M I I M I e I e
r r r
Emissão da corrente diferencial
Aproximação pelo dipolo infinitesimal:
-Os condutores são curtos e distantes da antena
de medição.
-Aplica-se a aproximação de raios paralelos.
-Considera-se que a antena está na região de
campo distante do emissor.
-O campo máximo ocorre no plano dos
condutores sobre a linha transversal mediana.
Emissão da corrente diferencial
o o o
o
1 D
2 D
j d j s/2 j s/27 DDmax
j d7 Do
8
o
D7
Dmax o
2 2
D D7 14
I I
I I
f IE j2 x10 e e e
d
f I4 x10 e sen s / 2
d
s / 2 s / sf / c 1,05x10 sf
f IE 4 x10 s / 2
d
f s I f s I4 x10 1,316x10
cd d
EXEMPLO
• Cabo plano fios AWG 28 separados por 50 mils (1.27 mm) , comprimento 1 m, frequência 30 MHz. A corrente diferencial que deve circular para emissão igual ao limite da classe B FCC (100 V/m em 30 MHz na distância 3 m) é:
2
7 3
6 14
D D
3x10 1 1,27x10100x10 1,316x10 I I 19,95mA
3
EFEITO DA CORRENTE DIFERENCIAL
• A emissão aumenta linearmente com a amplitude da corrente;
• A emissão aumenta linearmente com a área da malha;
• A emissão aumenta quadraticamente com a frequência do sinal.
Para reduzir a emissão da corrente diferencial:
• Reduzir a corrente;
• Reduzir a área da malha;
• Reduzir a frequência de operação ou aumentar os tempos de resposta dos sinais digitais.
ERROS DE ROTEAMENTO
EMISSÃO DA CORRENTE DE MODO COMUM
o o o
o
1 C
2 C
j d j s/2 j s/27 CCmax
j d7 Co
8
o
C7
Cmax
I I
I I
f IE j2 x10 e e e
d
f Ij4 x10 e cos s / 2
d
s / 2 s / sf / c 1,05x10 sf
f IE 4 x10
d
EXEMPLO
• Cabo plano fios AWG 28 separados por 50 mils (1.27 mm) , comprimento 1 m, frequência 30 MHz. A corrente de modo comum que deve circular para emissão igual ao limite da classe B FCC (100 V/m em 30 MHz na distância 3 m) é:
7
6 7
C C
3x10 1100x10 4 x10 I I 7,96 A
3
EFEITO DA CORRENTE DE MODO COMUM • Correntes de modo comum são indesejadas e
surgem devido às não idealidades do circuito: proximidade de objetos aterradas e assimetrias.
• A emissão aumenta linearmente com a amplitude da corrente;
• A emissão aumenta linearmente com o comprimento do condutor;
• A emissão aumenta linearmente com a frequência do sinal.
Para reduzir a emissão da corrente de modo comum:
• Reduzir a corrente;
• Reduzir os comprimentos dos condutores;
• Reduzir a frequência de operação ou aumentar os tempos de resposta dos sinais digitais.
BLINDAGEM
• Ordinariamente blindagem é um gabinete metálico
que envolve completamente os circuitos que estão
irradiando ou que devem ser protegidos da
irradiação externa.
• Os objetos condutores apresentam alto coeficiente
de reflexão de ondas eletromagnéticas. Além disso,
as ondas que penetram no condutor são
atenuadas. Os coeficientes de reflexão e de
atenuação dependem da condutividade do objeto e
da frequência da onda incidente.
42
( )
c o
c o
joc
oo
o
o
coeficiente de reflexão
fe impedância característica de um bom condutor
impedância do vácuo ar
f coeficiente de atenuação em um bom condutor
incE
refE
refK incK
cE
cK
o c
transE
transK
o
1020 loginc
trans
ESE dB
E
5100 10inc
trans
ESE dB
E
UM CABO QUE
PENETRA A
BLINDAGEM PODE
REDUZIR
DRASTICAMENTE A
SUA EFICIÊNCIA
CONECTAR A BLINDAGEM
A UM “TERRA” RUIDOSO
GERA EMISSÃO
MODELO DE
TRANSMISSÃO
EM UMA
PLACA
CONDUTORA
CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DE BLINDAGEM DE UMA PAREDE
CONDUTORA
o o o
oo
o
j j j
ar condutor j
j
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS DA PROPAGAÇÃO DAS
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS NO AR E NO CONDUTOR
CONDIÇÕES DE CONTORNO NAS INTERFACES
o o
i r 1 2i r 1 2
o o
j t j tt t t t t1 21 2 t
o
E E E EE E E E
EE EE e E e E e e e e
Assumindo que:
2
2 /11
o
o
tot e e
f
2 2
2 / 2 /
41o o o
o o
j tt j t t j ti
t
Ee e e e e
E
/104 4
20log 8.686 o oi t
tRdB AdB
E te SE
E
SOLUÇÃO GERAL E APROXIMAÇÕES
Obtemos:
PERDA POR REFLEXÃO
• Quanto maior a condutividade maior a perda por reflexão;
• Quanto maior a frequência menor a perda por reflexão (-10
dB/dec );
• Materiais magnéticos tem menor perda por reflexão que
outros metais de mesma condutividade;
j /4je
j
10 104 4
10 10 10
20log 10log
10log 10log 168 10log32
o
o r
r r
r r
dB f
Cuf f
o
R
PERDA POR ABSORÇÃO
• Quanto maior a condutividade maior a perda por absorção;
• Quanto maior a frequência maior a perda por absorção;
• Materiais magnéticos tem maior perda por absorção que
outros metais de mesma condutividade;
8.686 8.686 131,4 dB o Cu r r r r
tA t f t f
INFLUÊNCIA DA CONDUTIVIDADE E DA
PERMEABILIDADE
EXEMPLO 1
EXEMPLO 2
IMPEDÂNCIA DE ONDA PARA CAMPO PRÓXIMO –
DIPOLO ELÉTRICO
2 3
o o o
We o 2
o o
o
j /2oWe
o
o o oWe
j / r 1/ r j / rEZ
H j / r 1/ r
se r 1
Z er
Z 602 r r
IMPEDÂNCIA DE ONDA PARA CAMPO PRÓXIMO
– DIPOLO MAGNÉTICO
2
o o
Wm o 2 3
o o o
o
j /2
Wm o o
oWm
o o
E j / r 1/ rZ
H j / r 1/ r j / r
se r 1
Z r e
2 r rZ 2368
PERDA POR REFLEXÃO NO CAMPO PRÓXIMO
3 2
2
10 4
10
10
20log
60
368
322 10log
14,57 10log
W
r
r
r
r
ZdB
oWe
Wmo
edBf r
f rmdB
R
Zr
rZ
R
R
PERDA POR
REFLEXÃO NO
CAMPO
PRÓXIMO
PERDA POR REFLEXÃO NO CAMPO PRÓXIMO PLACA DE COBRE – 20 MILS
BLINDAGEM DE CAMPO MAGNÉTICO DE BAIXA
FREQUÊNCIA
Blindagem ferromagnética –
confina o fluxo magnético no
seu interior.
Blindagem com curto circuito
– cria correntes que se
opõem ao fluxo aplicado
Limitações: A permabilidade magnética diminui com o
aumento da frequência. A permeabilidade magnética diminui
com o aumento do campo aplicado (saturação).
RESPOSTA EM
FREQUÊNCIA
DOS
MATERIAIS
FERROMAGNÉ
TICOS
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA PARA ALGUNS
MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS.
EFEITO DE ABERTURAS NA BLINDAGEM