مبانی طراحی خوب EMC/EMI

به منظور طراحی ایده آل EMC-EMI باید شرایط واقعا ایده آل باشند به صورتی که در زیر نوشته ام. ولی به هر حال در عمل هیچ چیز ایده آل نیست.

1. همه چیز را درون جعبه های MU-METAL با آبکاری طلا قرار دهید.

2. در و جعبه باید به خوبی به هم وصل شده باشند. اگر می توانید آن ها را به هم جوش دهید. برای صرفه جویی و با توجه به اهداف اقتصادی می توانید هر دو اینچ و یا هر 1/4 طول موج را (هر کدام که کوچکتر بودند) جوش بدهید. توجه داشته باشید که جوش دادن حالت ایده آل است. ولی در عمل با گذاشتن پیچ مناسب در همین فواصل می توانید به خوبی انجام دهید. ولی بنابراین به خوبی EMC-EMI رعایت نمی شود.

3. از هیچ دستگاه الکتریکی ای استفاده نکنید. به جای آن از بخار استفاده کنید.

4. هیچ طراحی ای انجام ندهید که با سیم به جای دیگر متصل شده باشد. از سیگنال های مخابراتی، هیدرولیک، یا طناب استفاده کنید. اگر مجبورید از الکتریسیته استفاده کنید همه چیز را به زمین متصل کنید. حتی خطوط سیگنال را.

5. بر روی همه چیز فریت قرار دهید. حتی بر روی سیم ها. هر چه بزرگتر بهتر.

6. از موتورها استفاده نکنید، یک موش بر روی قفس چرخان گذاشته تا بدود و آن را بچرخاند، خود موش را به زمین متصل کنید. پس نمی توانید از نویز موتورهای الکتریکی و تغذیه ها سوئیچینگ کاملا خلاص شوید.

7. از دریچه های تهویه استفاده نکنید. باعث فرار سیگنال های RF می شوند.

8. همه چیز را به محکمی به صفحه زمین متصل کنید. حتی قطعات قابل حمل را.

9. نوارهای مسی یا آلومینیومی خوب نیستند. از بلوک های طلا استفاده کنید. شما می توانید این طلا را همیشه بفروشید، به خصوص اگر تست به خوبی جواب ندهد.

10. اگر مجبور هستید از منابع تغذیه استفاده کنید، حتما از باطری استفاده کنید.

11. عمق پوستی نقش مهمی در شیلدینگ EMI انجام می دهد. اگر ضخامت فلز شما به اندازه یک عمق پوستی باشد، 36% از میدان الکتریکی از باکس شما فرار می می کند. برای ضخامت جعبه و در حداقل از پنج عمق پوستی استفاده کنید تا EMI را به اندازه 40 دسیبل کاهش دهید.

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

علی شنبه 15 آبان 1395 ساعت 22:57

0 نظر

طراحی آنتن

مهندسین آنتن شبیه باقی ما نیستند، آن ها زندگی ساده ای با طراحی ساختارهای یک پورتی، پسیو خطی دارند. در حالیکه بقیه ما با مدولاسیون سیگنال بزرگ، تبدیل فرکانس، تحلیل زمانی، ضریب پایداری، دمای کانال، عدد نویز و غیره سر و کار داریم.

برخورد با 377 اهم: سوالی در ذهن ما در ارتباط با آنتن وجود دارد، امپدانس هوا 377 اهم است، چرا آنتن نیز برای دستیابی به بهترین انتقال توان، دارای امپدانس 377 اهم نیست؟ جوابی که به ذهن ما میرسد این است (اگر اشتباه می کنیم، جواب صحیح را برای ما ارسال کنید). به نظر می رسد که آنتنی با امپدانس 377 اهم خیلی عالی و مناسب است، ولی نیاز به یک سیستم با امپدانس بالا (377 اهم) داریم که به آنتن تطبیق باشد. بنابراین آنتن خودش به عنوان یک مبدل و تطبیق کننده امپدانس عمل می کند. با تبدیل امپدانس، به صورت ایده آل هیچ توانی تلف نشده و مولد(فرستنده) به بار (فضای آزاد) متصل می شود. در مورد رادیوهای FM، اغلب آنتنی که به رادیو متصل می شود، یک دیپل بوده که دارای امپدانس 300 اهم است. ولی این یک استثنا برای ما به حساب می آید.

به عنوان توضیح بیشتر می توان بیان کرد: دلیلی که امپدانس آنتن های 377 اهم نیست، این است که کسی در سرزمین RF تصمیم گرفت که امپدانس 50 اهم برای کار عدد مناسبی است. در واقع آنتن مبدل امپدانسی است که تلاش می کند امپدانس استاندارد سیستم های متداول (50 اهم) را به امپدانس 377 اهم هوا تطبیق کند. در واقع استاندارد 50 اهم، توازنی بین ماکزیمم توان انتقالی (ماکزیمم در 30 اهم) و تلفات اندک (مینیمم در 77 اهم) برای کابل کواکسیال با دی الکتریک هوا است.
در ذیل با معرفی برخی مفاهیم ابتدای آنتن های شروع می کنیم:

تشعشع کننده: عنصر اولیه و ابتدایی هر آنتن. هر آنتن می تواند از چندین تشعشع کننده تشکیل شده باشد.

Boresight: جهتی که آنتن را به قصد بیشترین دریافت انرژی الکترومغناطیسی قرار می دهیم.

Boresight Error (BSE): قاعدتا ماکزیمم چگالی تشعشعی باید در Boresight اتفاق بیافتد، ولی در دنیای آنالوگ هیچ چیز به طور کامل کار نمیکند. همیشه اندکی انحراف وجود دارد. تفاوت زاویه ی که بورسایت فیزیکی یا اپتیکی با بورسایت الکترومغناطیسی، خطای بورسایت نامیده می شود. این زاویه هنگام دنبال کردن سیگنال رادار بسیار اهمیت دارد.

Range: فاصله شعاعی از آنتن تا جسم، به ویژه در رادار. آنتن در راستای Azimuth و Elevation سیستم مختصات کروی ای تشکیل داده که برای تحلیل آنتن استفاده می شود.

Azimuth: زاویه از راست به چپ از یک نقطه مرجع، از 0 تا 360 درجه و یا 180- تا 180 درجه. زاویه Azimuth معمولا با حرف یونانی phi نشان داده می شود.

Elevation: زاویه با صفحه افقی از 90- تا 90 درجه. با توجه به سیستم مختصات کروی زاویه با محور z.

هم پاسخی : هم پاسخی به این معنی است که آنتن به همان صورتی که ارسال می کند، دریافت نیز می کند.

پترن آنتن: پترن آنتن، یا پترن تشعشعی، یک گراف دو بعدی (یا سه بعدی) بوده که نشان دهنده تغییرات زاویه ای در یک پارامتر آنتن، مانند شدت میدان الکتریکی در ناحیه میدان دور، است. پترن معمولا در مختصات قطبی و بر حسب dB رسم می شود.

تشعشع شده کننده ایزوتروپیک: به لحاظ تئوری تشعشع کننده ای که پترن ارسالی و یا دریافتی میدان های الکترومغناطیسی توسط آن در تمامی جهت ها یک سان است. و هیچ تلفاتی ندارد. در عمل هیچ تشعشع کننده ایزوتروپیکی وجود ندارد.

تشعشع کننده همه جهتی (Omni-directional) : آنتنی که در تمامی زوایای Azimuth به صورت یکسانی تشعشع می کند.

دیپل: یک نوع متداول از آنتن ها، در ساده ترین حالت اش، که شامل یک سیم بلند از وسط نصف شده که هر کدام از این سیم ها را می توان به یک رسانای خط انتقال متصل کرد.

پهنای پرتو (Beam Width) : پهنای لوب اصلی که 3 دسیبل از ماکزیمم گین کمتر شده باشد. در شکل بالا پهنای پرتوی آنتن 60 درجه است.

جهت ورزی (Directivity) : نسبت تشعشع الکترومغناطیسی در یک آنتن واقعی در زاویه ی AZ/EL (معمولا در زاویه بورسایت) به تشعشع اش در تمامی زوایا که در یک کره میانگین گیری شده باشد. این اندازه گیری در میدان دور انجام می شود.

جهت ورزی یک آنتن ایزوتروپیک که با شدت میدان مشابه در تمامی جهت ها در حال ارسال سیگنال است، 0dB می باشد. آنتن های جهتی در مقایسه با آنتن ایزوتروپیک سنجیده می شوند. چون این آنتن ها در یک جهت تشعشع می کنند، جهت ورزی آن ها وقتی بر حسب dB بیان می شود، مثبت است. جهت ورزی می تواند به عنوان تابعی از "دهانه موثر" آنتن و طول موج بیان شود:

راندمان: راندمان یک آنتن با توجه به تلفات اهمی سنجیده می شود، و برابر با تقسیم توان تشعشع شده به توان تشعشع شده توسط همان آنتن در حالت ایده آل و بی تلف محاسبه می شود. راندمان تابعی از زاویه AZ/EL نیست.

بهره: ماکزیمم شدت سیگنال یک آنتن در زاویه مشخص AZ/EL، معمولا در زاویه BORESIGHT، نسبت به (معمولا) آنتن ایزوتروپیک، بر حسب dBi (dB from isotropic) بیان می شود. پهنای پرتو باریک تر دارای بهره ی بیشتر است. بهره برابر با جهت ورزی ضرب در راندمان است، یا جهت ورزی بعلاوه راندمان بر حسب dB.

بنابراین اگر شما شعاع یک روزنه را دو برابر کنید، و یا فرکانس کاری را دو برابر کنید، میتوانید بهره را چهار برابر نمایید ( یا 6dB افزایش دهید).

در زیر یک رابطه برای محاسبه سر انگشتی بهره آنتن ارائه می کنیم:

بهره آنتن برابر است با =27000 تقسیم بر (تتا1 ضربدر تتا2)

که در این رابطه تتا1 و تتا2 زوایای صفحات نصف توان به درجه هستند.

میدان نزدیک: ناحیه نزدیک به آنتن جایی که میدان های الکترومغناطیسی از رابطه ساده (R/یک) تبعیت می کنند.

میدان دور: در ناحیه ای دور از آنتن جایی که چگالی توان الکترومغناطیس (در واحد سطح) با نسبت (2^R/یک) افت می کند.

لوب های فرعی: پاسخ های دارای بهره ی ناخواسته آنتن، در راستاهایی غیر از راستای لوب اصلی آنتن.

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

آنتن پسیو پترن میدان

علی چهارشنبه 5 آبان 1395 ساعت 16:21

0 نظر

فیزیک سطح مقطع راداری

قبل از اینکه درباره کاهش سطح مقطع راداری یک جسم صحبت کنیم، بهتر است درباره فیزیک پشت سطح مقطع راداری صحبت کنیم. در یک سیستم آنتنی جهت دار، بیشتر توان تشعشعی به صورت مستقیم و در جهت بهره آنتن ارسال می شود:

چگالی توان (S) که به هدف می رسد از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن GT بهره آنتن و PT توان منتشر شده توسط آنتن است.

موج برخوردی به پراکنده کننده (SCATTERER- هدفی که تمایل به مخفی کردن آن دارید) باعث تحریک جریان هایی بر روی سطح شده که سپس این جریان ها در سطح جسم باعث ایجاد آنتی متناسب با ابعاد و اشکال جسم شده و با پترن خاص به خود تشعشع می کند. توان بازگشتی PR با معیار سطح مقطع راداری (RCS) اندازه گیری می شود. RCS به مساحت یک آینه ایده آل گفته می شود که توان را به سمت منبع منعکس می کند.

در این معادله AR مساحت گیرندگی آنتن است. مقدار کاهش توان متناسب با (R^4/ ) است. برای اینکه رنج شناسایی را نصف کنیم، مقدار تلفات بازگشتی شیئ به صورت زیر محاسبه می شود:

یک جاذب با مقدار 12dB تلفات بازگشتی به ما اجازه می دهد که دو برابر به یک رادار نزدیک تر شویم، در مقایسه با جسمی با 0dB تلفات بازگشتی، قبل از اینکه ما را شناسایی کند.

سطح مقطع راداری بیشتر توسط شکل جسم تعیین می شود، همان طور که در سه مثال زیر توضیح داده شده هنگامی که یک شیئ نسبت به طول موج برخوردی بزرگ باشد، زیرا این شکل جسم است که تعیین می کند چه میزان از توان برخوردی به شیئ مجددا به سمت منبع منعکس می شود. مثال سمت چپ بیانگر بازتابش آینه ای است، در این حالت بازتابش متناسب با (2^(lambda)/ یک) است. مثال وسطی نشان دهنده دامنه سیگنال بازگشتی از یک استوانه عمودی است. به سیلندرهایی که در نقاط ماکزیمم بازتابش هستند توجه کنید. با این حال، در زوایای معینی میزان بازتابش قابل توجهی وجود دارد. برای یک استوانه سیگنال بازگشتی متناسب با (lambda/یک) است. مثال سمت راست نشانگر یک کره است، که سیگنال را متناسب با شعاع کره (و نه تابعی از طول موج برخوردی) برمیگرداند.

زاویه شیئ بسیار مهم است. بدترین حالت زمانی اتفاق می افتد که موج برخوردی متعامد بر بخش مسطح شیئ باشد، که این امر باعث ایجاد انعکاس آینه ای خواهد شد.

هنگام طراحی برای RCS پایین به رفلکتورهای گوشه ای (corner reflector) توجه داشته باشید. گوشه ها و لبه های داخلی می توانند RCS تان را بیش از آنچه تصور می کنید، افزایش دهند.

اگر این اکو نیز تشعشع کند، نقش بسیار مهمی در میزان RCS خواهد داشت. این امر به دلیل انکسار رخ می دهد، که از ناپیوستگی های روی سطح ناشی می شود. ناپیوستگی ها باعث ایجاد تغییر در شرایط مرزی می شوند، و شرایط مرزی تعیین کننده میزان و نحوه ی توزیع میدان ها هستند. فلزات در فرکانس های رادیویی تقریبا مشابه رسانای الکتریکی کامل (PEC) عمل می کنند. یکی از شناخته شده ترین قوانین ماکسول بیان می کند که: میدان الکتریکی مماسی در سطح یک رسانا صفر است.

هنگامی که میدان الکتریکی مماسی صفر است، انرژی کجا می رود؟ به میدان مغناطیسی تبدیل می شود:

میدان الکتریکی در سطح فلزات معمولا عمود و میدان مغناطیسی مغناطیسی موازی سطح است. در بخش سایه میدان الکتریکی به سطح چسبیده و با سرعت نور بر روی سطح حرکت می کند. بارهایی با بار مخالف می مقدار برابر در سمت دیگر ایجاد شده که تقریبا هیچ استکترینگی ایجاد نمی کنند. در سمت دیگر ما شاهد موج های رونده که شامل امواج برخوردی و بازتابش میشوند، هستیم.

در حالت پولاریزاسیون افقی حاشیه های بیرونی اجسام، مانند بال های یک هواپیما، هستند که به شدت موجب پراکندگی موج می شوند. در لبه ها جریان های بسیار قدرتمندی ایجاد می شود که وظیفه ی آن ها تولید میدانی است که دقیقا میدان الکتریکی مماسی بر روی سطح را صفر کند. واضح است که عمل کاهش RCS برای لبه های بیرونی متفاوت است.

کانال تلگرام

صفحه Linkedin

میدان مایکروویو رادار سطح مقطع راداری RCS

علی جمعه 30 مهر 1395 ساعت 19:45

0 نظر

مفاهیم امواج الکترومغناطیس در آنتن ها

امواج الکترومغناطیس توسط جریان و بار متغیر با زمان به وجود می آیند. اثر متقابل و تداخل و تعامل امواج الکترومغناطیس با مواد گوناگون از شرایط مرزی قوانین ماکسول تبعیت می کند. امواج الکترومغناطیس می توانند توسط یک ساختار (خطوط انتقال) و یا فضای آزاد هدایت شوند. آنتن ساختاری است که میدان های الکترومغناطیسی را از یک منبع به سمت محیط پیرامون، و یا به صورت هم پاسخ، امواج را از محیط پیرامون به گیرنده هدایت می کنند. شکل و ابعاد آنتن انتقال از ناحیه میدان نزدیک به میدان دور را تعیین می کند.

رفتار میدان نزدیک به طور واضحی در اطراف یک آنتن کوچک دیده می شود، دیپل الکتریکی یک شیئ خازنی است:

میدان های نزدیک شامل میدان های نزدیک راکتیو، با نام میدان های نزدیک شبه استاتیک نیز شناخته می شوند، و میدان های نزدیک تشعشعی که با ناحیه فرزنل نیز شناخته می شوند. در میدان های نزدیک شبه استاتیک مشاهده می شود که میدان ها به شدت مشابه میدان های الکترواستاتیک یک دیپل شارژ شده برای یک آنتن دیپل و میدان های مغناطیسی یک دیپل مغناطیسی برای یک آنتن حلقه ای (loop antenna) هستند. در آنتن های بزرگ میدان های شبه استاتیک در نزدیک لبه های آنتن قابل مشاهده هستند.

در ناحیه فرزنل امواج به صورت مشخصی غیر صفحه ای و ممکن است دارای اختلاف فازی باشند که به صورت خطی با فاصله از آنتن تغییر نکند.

از ناحیه میدان نزدیک به سمت میدان دور، تشعشعات الکترومغناطیسی از حالت امواج کره ای به امواج صفحه ای تغییر حالت می دهند. میدان های دور معمولا ناحیه فرانهوفر نامیده می شوند.

اگر فاصله شما از آنتن بیشتر از 2d^2/lambda باشد، شما در ناحیه میدان دور قرار دارید.

حلقه کوچک در یک دیپل مغناطیسی یک شیئ مغناطیسی است.

در تمامی آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی (کوچکتر از یک طول موج) میدان های نزدیک در محیطی که آنتن قرار دارد، به وجود می آیند. این آنتن به همراه محیط اطرافش است که باعث تشعشع امواج الکترومغناطیس می شود. آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی شامل موارد زیر هستند:

قبل از اینکه به میدان های نزدیک بپردازیم، بهتر است که رفتار میدان های دور را درک کنیم. میدان های الکترومغناطیسی در ناحیه دور از منبع به صورت مسطح بوده و می توان آن ها را امواج صفحه ای در نظر گرفت. چگالی توان به صورت زیر محاسبه می شود:

Ptransmitted/Area spread out = W/m2

در ناحیه میدان دور، میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناسب با (شعاع/1) هستند. بردار پوینتیگ (مساحت/توان) با رابطه (E cross H) بیان می شود. بنابراین چگالی توان با نسبت (2^(شعاع)/1) کاهش می یابد.

آنتن هایی که به صورت الکتریکی بزرگ هستند، منابع بسیار خوبی برای تولید امواج صفحه ای در آزمایشگاه می باشند. یک آنتن بزرگ توان را متمرکز می کند، به این عمل جهت ورزی (directivity) و یا بهره جهتی (directive gain) گفته می شود. در زیر مثال هایی از آنتن های بزرگ آورده شده است.