capítulo 5 - modelagem e medição da emissão

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