SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN



Samankaltaiset tiedostot
RG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

EMC Säteilevä häiriö

Receiver. Nonelectrical noise sources (Temperature, chemical, etc.) ElectroMagnetic environment (Noise sources) Parametric coupling

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s.

Maavirrat ja niistä aiheutuva jännitehäviö aikaansaavat johtumalla tapahtuvan kytkeytymisen!!

Häiriöt kaukokentässä

MUUNTAJAT. KAAVAT ideaalimuuntajalle 2 I2 Z. H. Honkanen

BY-PASS kondensaattorit

HÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT

EMC. Elektroniikan käytön voimakas kasvu mobiililaitteet, sulautetut järjestelmät

EMC Suojan epäjatkuvuudet

EMC:n perusteet. EMC:n määritelmä

Radioamatöörikurssi 2016

RF-tekniikan perusteet BL50A0300

Radioamatöörikurssi 2018

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

PIIRILEVYJOHTIMEN AALTOIMPEDANSSIN MÄÄRITTÄMINEN

EMC Johdanto EMC. Miksi? Elektroniikan käytön voimakas kasvu mobiililaitteet, sulautetut järjestelmät

Tietoa sähkökentästä tarvitaan useissa fysikaalisissa tilanteissa, esimerkiksi jos halutaan

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

Turvallinen työskentely tukiasemien lähellä

Radioamatöörikurssi 2015

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

a P en.pdf KOKEET;

Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 9. Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

Johdatus EMC:hen ja EMCdirektiiviin

Sähkömagneettiset häiriöt. Mittaustekniikan perusteet / luento 9. Sähkömagneettiset häiriöt. Sähkömagneettiset häiriöt

Radioamatöörikurssi 2014

EMC -häiröiden vähentäminen FARA - mittauksessa Arto Korpisalo

LUT, Sähkötekniikan osasto. 1. Ilmassa etenevällä tasoaallolla on sähkökentän voimakkuus z. d) vaihekerroin

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Antennit ja. syöttöjohdot. OH3TR:n radioamatöörikurssi Tiiti Kellomäki, OH3HNY

Johtuvat häiriöt. eli galvaanisesti kytkeytyvät häiriöt

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3

1 Yleistä mikroaalloista

Siirtolinjat - Sisältö

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Fysiikka 8. Aine ja säteily

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Radioamatöörikurssi 2014

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

Häiriöt, siirtojohdot, antennit, eteneminen

Suunta-antennin valinta

PIENTAAJUISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT HARJOITUSTEHTÄVÄ 1. Pallomaisen solun relaksaatiotaajuus 1 + 1

Radioamatöörikurssi 2013

N:o Liite 1. Staattisen magneettikentän (0 Hz) vuontiheyden suositusarvo.

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Radiotekniikan perusteet BL50A0301

6.YLIJÄNNITE- JA HÄIRIÖSUOJAUS

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN BIOLOGISET VAIKUTUKSET JA TERVEYSRISKIT

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Sähkökentät ja niiden laskeminen I

Antenni ja säteilykuvio

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Radioyhteys: Tehtävien ratkaisuja. 4π r. L v. a) Kiinteä päätelaite. Iso antennivahvistus, radioaaltojen vapaa eteneminen.

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

Antennit ja syöttöjohdot

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

4 in1 SUOJAA LÄHEISESI SÄHKÖKENTILTÄ. NoEM ELECTRO PROTECTOR 4IN1 on maailman ensimmäinen tuote, joka suojaa absorboimalla haitallisen säteilyn.

Infrapunaspektroskopia

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Pinces AC/DC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Aaltoputket ja mikroliuska rakenteet

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

Aaltoliike ajan suhteen:

Kryogeniikka ja lämmönsiirto. DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen

Tiedonkeruu ja analysointi

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Diplomi-insino o rien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2015 Insino o rivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Antennin impedanssi. Z A = R A + jx A, (7 2 ) jossa R A on sy öttöresistanssi ja X A sy öttöreak tanssi. 6. maaliskuuta 2008

Desibeli. OH3TR radioamatöörikurssi 2009 OH3HNY 1. Aallonpituus Siirtojohdot, SWR eli SAS Antennien ominaisuuksia.

Elektroniikka, kierros 3

AALTOLIIKEOPPIA FYSIIKASSA

Reititys. Reititystaulukko. Virtuaalipiirin muunnostaulukko. Datasähkeverkko. virtuaalipiiriverkko. Eri verkkotekniikoita

Matalataajuisten säteilevien emissioiden kenttämittaus PV-järjestelmässä

Magneettikenttä. Magneettikenttä on magneettisen vuorovaikutuksen vaikutusalue. Kenttäviivat: Kenttäviivojen tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta

Häiriökysymykset. Häiriöt mittauksissa. Teknillinen korkeakoulu Mittaustekniikan laboratorio. Esa Häkkinen Kim Fallström Atte Haapalinna Petri Kärhä

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

Radioamatöörikurssi 2012

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Kuuloaisti. Korva ja ääni. Melu

+ 0, (29.20) 32 SÄHKÖMAGNEETTISET AALLOT (Electromagnetic Waves) i c+ ε 0 dφ E / dt ja silmukan kohdalla vaikuttavan magneettivuon tiheyden

Transkriptio:

SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN H. Honkanen SÄHKÖMAGNEETTISEN KYTKEYTYMISEN TEORIAA Sähkömagneettinen kytkeytyminen on häiiöiden siitymistä sähkömagneettisen aaltoliikkeen välityksellä. Sähkömagneettisen kentän ominaisuudet määäytyvät säteilylähteestä, väliaineesta sekä lähteen ja takastelupisteen välisestä etäisyydestä. Lähikentässä aaltoimpedanssi, eli sähkö ja magneettikenttien suhde, määäytyy lähteen ominaisuuksista. Pieni-impedanssisessa piiissä vita on suui, jolloin magneettikenttä on hallitseva ja aaltoimpedanssi on pieni, < 377 Ω. Suui-impedanssisessa piiissä vita on pieni, jolloin sähkökenttä on hallitseva ja impedanssi on suui, >377 Ω. Kaukokentässä, ajaetäisyyttä ( l > λ/6 ) kauempana, sähkö ja magneettikenttä ovat kohtisuoassa sekä toisiaan että etenemissuuntaansa vastaan. Impedanssi saadaan sähkökentän ja magneettikentän suhteesta: Z H E Sähkömagneettisen säteilyn ( = kaukokenttä) sähkö- ja magneettikentän suhde määäytyy väliaineen dielektisyyden mukaisesti. Tyhjössä aaltoimpedanssi on täten : Z E H 0 0 4 *0 8,86*0 7 H / m F / m 2 377 Kuva: Aaltoimpedanssi suhteessa lähteen etäisyyteen ja aallonpituuteen

SIGNAALIN KULKUNOPEUS Dielektiset aineet hidastavat sähkömagneettisen aaltoliikkeen kulkunopeutta: Nopeus tyhjössä ( c ) Nopeus ( v ) m Mm c 299792458 300 v s s 0 0 0 0 v c AALLONPITUUS Aallonpituuden saamme signaalin jaksonajan ( Taajuuden käänteisluku ) ja signaalin kulkunopeuden avulla. Aallonpituus ( ) : v Aallonpituus mateiaalissa tyhjöön nähden: v 0 SIGNAALIN KULKUNOPEUS PIIRILEVYJOHTIMESSA Signaalin kulkunopeus ( v ) piiilevyllä ( FR4 -> 4.5 ) on vain hiukan alle puolet Mm c 300 s Mm valonnopeudesta: v 4 4,5* s Esimekki: Täten esimekiksi 00 MHz taajuisen signaalin aallonpituus piiilevyjohtimessa on: v 4 Mm / s 00 MHz,4 m SIGNAALIN KULKUNOPEUS KOAKSIAALIKAAPELISSA Koaksiaalikaapelihan on, sähkömagneettisessa mielessä, lähes ideaalinen komponentti, koska se ei muodosta ympäilleen sähkö- eikä magneettikenttää. ( Sähkömagneettinen kenttä muodostuu vain johtimen ja vaipan välille ) Signaalin kulkunopeus ( v ) koaksiaalikaapelissa: v Esimekki: Kaapelin kapasitanssi on 00 pf / m ja Induktanssi 0,25 H / m. Signaalin kulkunopeus: v LC 0,25x0 6 Aallonpituus 00 MHz taajuudella: v 200 Mm / s 00MHz ( H / m) x00x0 2,0 m LC, jossa L = Kaapelin Induktanssi, H / m C = Kaapelin kapasitanssi, F / m 2 ( F / m) 200Mm/ s

Elektonisten laitteiden johtimet toimivat sekä säteilyn lähetys- että vastaanottoantennina! Antennivaikutus on eityisen tehokas niillä taajuuksilla, joilla johtimen pituus on signaalin aallonpituuden neljäsosan moniketa l n 4 Antennivaikutus heikkenee huomattavasti, kun johtimen pituus on pienempi kuin kahdeksasosa 8 l signaalin aallonpituudesta. Tuvallinen johtimen pituus on alle kahdeskymmenes osa suuitaajuisimman signaalin aallonpituudesta. l 20 SIIRTOLINJA Johdinta tulisi käsitellä siitolinjana, jos pulssin edestakainen kulkuaika on vähintään nousu- tai laskuajan ( nopeampi määää ) pituinen. Siitolinjassa sähkö- ja magneettikenttä muotoutuu kaukokentäksi, jolloin eillisistä sähkö- ja magneettikentistä muodostuu sähkömagneettinen kenttä. Sähkömagneettisen kentän absoboitumista tai sen heijastusvaikutusta voidaan pienentää mekittävästi sovittamalla siitolinja. Tämä takoittaa siitolinja sovittamista ( Sovitusimpedanssit ) Linkki aiheeseen. Johdinta tulisi käsitellä siitolinjana, jos sen pituus ( s ) ylittää: s v t 2 Esimekki: Otamme esimekiksi piiilevyjohtimen ( v = 4 Mm / s ). Pulssin nousuaika on 5 ns ( 0% - 90% ), kuinka pitkää johdinta tulisi käsitellä siitolinjana? v t 4Mm5ns s 0,353 m 353mm 2 s 2

DIGITAALIPULSSI Digitaalipulssihan sisältää peustaajuuden lisäksi unsaasti peustaajuuden ( paittomia ) hamonisia keannaisia. Ei taajuuskomponenttien käsittely eillään olisi aika työlästä, joten on huomattavasti helpompi takastella taajuuskomponentteja signaalieunan nousunopeuden avulla. Nousueunan nopeuden peusteella voimme käyttää johdettuja kaavoja. Signaalin tehosisällöstä 95 % sisältyy peustaajuiseen ja kymmeneen ensimmäiseen hamoniseen komponenttiin. Tästä voidaankin johtaa kaavan suuimpaan mekittävään hamoniseen taajuuteen: C 0,4 t max, jossa t = Pulssin nousu- tai laskuaika ( Nopeampi määää ) Kuva: Digitaalisignaali, tapetsiaalto Digitaalisignaalin spektin vehokäyä voidaan määittää kellotaajuuden ja nousunopeuden avulla: Kuva: Tapetsiaallon spektin vehokäyä Lisätietoa aiheesta signaalin taajuussisältöä käsittelevästä luentomonisteesta

JOHTIMEN ja SILMUKAN SÄTEILY Johdinsilmukat ovat potentiaalisia säteilylähteitä suuilla taajuuksilla, koska silmukan säteily on suoassa suhteessa taajuuden toiseen potenssiin!! Seuaavissa kaaviokuvissa on esitetty johtimen ja silmukan kokonaissäteily ( = Häiiösäteily ) tapetsipulssin spektin yhteydessä. Kaavoissa: E = Sähkökentän voimakkuus ( V / m ) I = Vita ( A ) I cm = Yhteismuotoinen vita ( A ) = Taajuus ( Hz ) l = Johtimen pituus ( m ) A = Silmukan pinta-ala ( m² ) d = Etäisyys silmukasta ( m ) Johtimen säteily kasvaa suoassa suhteessa taajuuteen, eli 20 db / Dekadi. Tapetsiaallon spekti vaimenee suuilla taajuuksilla -40 db / dekadi. Tästä seuaa säteilytason lasku ylemmän ajataajuuden t jälkeen Silmukan säteily kasvaa taajuuden neliössä, eli 40 db / Dekadi. Täten säteilytaso ei laske suuillakaan taajuuksilla, koska vaikka signaalin spektin vaimentuma onkin -40 db / Dekadi, niin silmukan vahvistus on yhtäsuui. Hyvin suuilla taajuuksilla säteilytasoon tulee esonansseista johtuvia tasomuutoksia Johtopäätökset: Alle 300 MHz taajuuksilla pääasiallisina säteilylähteinä toimivat johtimet Yli 300 MHz taajuuksilla säteilylähteet ovat yleensä silmukoita Silmukan säteilyn pienentäminen: Silmukoiden säteily voidaan pitää pienenä pitämällä kaikkien silmukoiden pinta-alat ( A ) pieninä!! Tehonsyöttöpiieihin muodostuu helposti silmukoita. Lisätietoa aiheesta tehonsyöttöä ja maadoitusta käsittelevästä luentomonisteesta Linkki

SÄHKÖMAGNEETTISTEN HÄIRIÖDEN PIENENTÄMINEN Kytkeytyminen elektonisiin laitteisiin tapahtuu joko sähkö- tai magneettikentän välityksellä tai sähkömagneettisen kentän avulla. Säteilemällä eteneviä häiiöitä voidaan eliminoida: Pitämällä kiittisten linjojen johdotukset ( piiilevyllä ) iittävän lyhyinä ( l < (/20)λ ) Kiittiset linjat sovitettava ( Aaltoimpedanssi ) Vältetään tapeettoman suuia signaalin nousunopeuksia. Vältettävä silmukoiden muodostumista ja pidettävä muodostuvien silmukoiden pinta-alat pieninä. Muista myös tehosyöttöön muodostuvat silmukat! Kunnollisella koteloinnilla. Suodattamalla kaikki ( johtimien ) läpiviennit läpivientikohdissa.