4. Паразитная связь через электромагнитное излучение

Связь через ЭМИ возникает вследствие распространения электромагнитной энергии излучаемой источником в дальнем поле и наведением напряжения или тока в другой цепи. В отличие от помех через общее сопротивление в этом случае не требуется проводящий путь. В отличие от емкостной и индуктивной связи рецептор располагается не в ближнем электромагнитном поле источника, а в дальнем. Связь через ЭМИ является единственным возможным механизмом паразитного влияния при удалении источника и рецептора, а также всех соединительных проводов, на расстояние превышающее много длин волн. В настоящее время проявление подобного вида паразитной связи наиболее вероятно не внутри корпуса устройства, а между ЭС находящимися на некотором расстоянии друг от друга. Однако с учетом постоянного увеличения верхних значений рабочих частот вполне возможна ситуация, что данный вид паразитной связи станет обычным и в границах корпуса устройства. Так для формирования дальнего поля 2 на расстоянии 0,3 м рабочая частота должна составить около 6-7 ГГц.

Сама идея, что токи протекающие в одной цепи, могут вызвать токи в другой цепи, находящейся за стеной или даже за многие километры, захватывала и восхищала многих исследователей. Еще в 1863 году Максвелл написал свой фундаментальный труд по электромагнетизму, в котором предположил существование электромагнитных волн. Он смог вычислить скорость распространения этих волн и описать волновое отражение и дифракцию. Однако еще на протяжении 25 лет никто не смог экспериментально подтвердить существование электромагнитных волн. До начала 20 века практическая передача и прием посредством радиосигналов так и не была осуществлена. Люди представляли ЭМИ как нечто близкое к магии. Теория была трудна для понимания, а оборудование, требуемое для передачи и приема сигналов, было достаточно сложным [9].

Сегодня мы воспринимаем беспроводную связь как нечто обыденное и в ней уже нет ничего волшебного. Однако теория продолжает усложняться, а оборудование, используемое для отправки и приема сигналов, остается одним из самых высокотехнологичных. Может показаться, что ЭМИ трудно создавать и трудно обнаруживать, однако практически все электронные и электротехнические устройства создают излучение, которое является подавляющим в существующей ЭМО. Для того, чтобы цепь начала создавать ЭМИ к ней даже необязательно присоединять антенну. Структура и расположение большинства ВЧ цепей позволяют им действовать или как самостоятельным эффективным излучателям или же создавать паразитные

39

наводки на ближайшие объекты, которые уже в свою очередь выступают в качестве излучающих антенн. При разработке большинства электронных изделий одной из самых сложных задач для проектировщика является создание схем создающих минимальное паразитное ЭМИ.

Для понимания как и почему устройства создают непреднамеренную электромагнитную эмиссию полезно рассмотреть несколько основных концепций касающихся ЭМИ и теории антенн.

4.1. Поля создаваемые изменяющимся во времени током

Рассмотрим элементарный проводник с током, представленный на рис. 4.1. Ток с амплитудой I и угловой частотой распространяется по проводнику и проходит расстояние z2 z z2 . Разумеется, реальный протекание тока

не может начинаться и заканчиваться внезапно, однако распределение тока может быть смоделировано путем суперпозиции подобных элементарных проводников.

Рис. 4.1. Элементарный проводник с переменным током

Векторный потенциал магнитного поля создаваемого током может быть выражен как

где e j r - задержка между временем изменения первоначального тока и временем обнаружения изменения в точке на расстоянии r. Это уравнение совмещает сферическую координату r с прямоугольной координатой z. Однако можно избежать подобного усложнения предположив, что длина z меньше относительно величины r и длины волны . В этом случае векторный

40

потенциал магнитного поля можно выразить как

В вакууме напряженность магнитного поля может быть рассчитана из векторного магнитного потенциала как

Отметим, что точки магнитного поля в направлении ˆ расположены повсюду. Они вращаются вокруг оси тока и имеют максимальную амплитуду в плоскости перпендикулярной проводнику (sin 1). Вдоль оси z магнитное поле отсутствует.

Применяя закон Фарадея мы можем вычислить электрическое поле как

Таким образом, величина r является мерой удаления от источника относительно длины волны

r 2 r .

Вближнем поле r 1 члены со знаменателем r 3 доминируют, а

элементарный проводник создает преимущественно электрическое поле. В дальнем поле r 1, преобладает член со знаменателем r . Пренебрегая другими членами получим следующие выражения для дальнего электрического и магнитного поля

Отметим, что в дальнем поле векторы E и H перпендикулярны как друг другу, так и направлению распространения r, а отношение их амплитуд во всех

41

точках пространства равно

Эти параметры характеризуют плоскую электромагнитную волну. Вдалеке от источника, где сферический фронт волны становиться большим относительно размеров наблюдателя, излучаемое поле по сути превращается в однородную плоскую волну.

Пример 1. Если напряженность излучаемого электрического поля в вакууме на расстоянии 3 м от малого источника составляет 40 дБмкВ/м, то чему она будет равна на расстоянии 10 м от того же источника?

а) 40 дБмкВ/м б) 30 дБмкВ/м в) 20 дБмкВ/м

Для ответа на этот вопрос можно учесть, что в дальнем поле источника излучения напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию до него. Таким образом, увеличение расстояния в 3,3 раза вызовет ослабление напряженности поля также в 3,3 раза, что приблизительно составляет 10 дБ, а значит верный ответ будет 30 дБмкВ/м.

4.2. Поля создаваемые небольшим витком тока

Рассмотрим небольшой виток тока, представленный на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Небольшой виток тока

42

Подобный виток можно смоделировать как четыре элементарных проводника расположенных в форме квадрата. Пусть, как и в предыдущем примере, амплитуда тока будет I, а угловая частота . Используя принцип суперпозиции можно сложить электрические поля от каждого элементарного проводника для нахождения общего поля создаваемого витком.

Пропуская промежуточные выкладки подробно описанные в соответствующие литературе, рассмотрим окончательные выражения. Напряженность электрического поля создаваемого небольшим витком тока в вакууме определяется выражением

где s - площадь петли.

Можно отметить сходство этого выражения и выражения для магнитного поля создаваемым элементарным проводником (4.3). В обоих случаях точки

расположены во всех направлениях ˆ , а максимум соответствует 90 . Применив закон Ампера можно рассчитать магнитное поле как

Магнитное поле от витка тока очень похоже на электрическое поле от элементарного проводника. Магнитное поле перпендикулярно электрическому

полю в каждой точке пространства и имеет как компонент ˆ так и rˆ . В

Вновь можно отметить, что дальнее поле E и H перпендикулярны друг другу и направлению распространения r, а отношение их амплитуд равно 0 .

43

4.3. Поля создаваемые электрически малой цепью

Для оценки излучения от электрически малой цепи, представленной на рис. 4.3, используем ранее полученные выражения для элементарного проводника и витка тока. Анализируемая цепь содержит идеальный источник напряжения и резистор, соединенные проводами образующими петлю с размерами dh и dl много меньшими чем длина волны в вакууме.

Рис. 4.3. Анализируемая электрически малая цепь

Предположив, что резистор имеет очень малую величину сопротивления, можно ожидать, что данная цепь будет создавать излучение подобно витку с током. В таком случае ток в петле будет определяться как

где LПЕТ - индуктивность прямоугольной петли. Поместив это выражение в (10) получаем выражение для напряженности излучаемого электрического поля

Поскольку обычно интерес представляет максимальные значения излучаемого поля вне зависимости от ориентации, можно заменить sin на его максимальное значение 1, что дает следующее выражение для электрически малой низкоимпедансной цепи

При высоком импеданс цепи ее нельзя рассматривать как виток с током. Однако в случае очень большого значения R ее можно представить в виде трех элементарных проводников, как представлено на рис. 4.4.

44

Рис. 4.4. Схематическое представление цепи с высоким импедансом

Излучение от двух горизонтальных элементарных проводников соединяющих резистор с источником будет относительно малым, поскольку токи равны по величине и текут в противоположных направлениях. Для определения величины тока протекающего в вертикальной секции цепи на стороне источника, горизонтальные проводники представляются как короткая линия передачи. Поскольку величина R велика, импеданс линии передачи со стороны источника приблизительно равен входному импедансу линии передачи со стороны открытого конца

Таким образом, ток протекающий в левой вертикальной секции цепи приблизительно равен

Объединяя данное выражение и выражение (4.5) для вычисления дальнего электрического поля от элементарного проводника, получим

приблизительно соответствует 0 , данное выражение можно упростить.

Аналогично случаю низкоимпедансной цепи, можно рассмотреть только максимальное значение этого выражения. В результате получается следующее упрощенное выражение для оценки максимальной напряженности излучаемого поля от электрически короткой высокоимпедансной цепи

45

Можно заметить сходство данного выражения с выражением (4.14) для низкоимпедансной цепи. Оба выражения пропорциональны напряжению источника и площади петли, пропорциональны квадрату частоты и обратно пропорциональны расстоянию от источника. Разница заключается в том, что выражение для низкоимпедансной цепи имеет дополнительный член 0 ZПЕТ .

Объединяя выше приведенные выкладки для практической оценки максимальной напряженности излучаемого электрического поля от любой электрически малой цепи, получим

Пример 2. Вычислить максимальную напряженность излучаемого электромагнитного поля от цепи, представленной на рис. 4.5. Радиус проводников принять равным 0,5 мм. Определить, удовлетворяет ли уровень помехоэмисии от этой цепи требованиям нормативов FCC класс B?

Рис. 4.5. Анализируемая цепь

Для начала необходимо определить является ли данная цепь электрически короткой при рабочей частоте 80 МГц. На данной частоте длина волны составляет 3,75 метра. Поскольку максимальный размер цепи 0,05 м, что намного меньше длины волны, то данную цепь можно считать электрически короткой и использовать систему выражений (4.19) для оценки максимальной напряженности электромагнитного поля.

Импеданс цепи составляет 500 Ом, что больше чем волновое сопротивление вакуума (377 Ом), поэтому из (4.19) берется верхнее выражение. Оценку напряженности необходимо произвести на расстоянии r=3 м, что соответствует требованиям FCC класс B

46

Требования FCC класс B на частоте 80 МГц ограничивают помехоэмиссию на уровне 100 мкВ/м или 40 дБмкВ/м. Таким образом, создаваемая напряженность поля на 2,5 дБ превышает допустимый уровень. Кроме того необходимо учесть, что это расчетное значение получено для вакуума, а реальное тестирование по требованиям FCC проводятся в полубезэховой камере над заземленным слоем, отражение от которого могут суммироваться как в фазе, так и в противофазе с основным излучением от цепи. Поскольку рассчитывается максимальное излучение, то полученную напряженность поля необходимо удвоить, т.е. добавить 6 дБ для учета влияния слоя заземления. В таком случае аналитическая оценка максимальной помехоэмиссии от цепи над заземляющим слоем составит 48,5 дБмкВ/м, что на 8,5 дБ превышает допустимые значения стандарта FCC класс B.

Пример выше показывает, что наличие слоя заземления затрудняет определение реальной величины излучения. Если слой заземления бесконечен (или очень большой по отношению к длине волны), то амплитуда излучаемого поля может быть почти в два раза больше значения без слоя заземления. В связи с этим может возникнуть вопрос, а действуют ли подобным образом заземляющие слои печатной платы или стенки металлического корпуса. В общем случае, если слой намного больше длины волны и размеров источника, его можно смоделировать поместив «зеркальный» источник ниже слоя.

Рис. 4.6 иллюстрирует некоторые простые конфигурации тока и их отражения относительно идеального проводящего слоя. Направление «зеркальных» токов протекающих перпендикулярно слою будет совпадать с направлением источника-оригинала. Направление «зеркальных» токов текущих параллельно слою будет противоположным направлению источника-оригинала. Таким образом, можно предположить, что поля от токов текущих вблизи заземляющего слоя и параллельные ему будут ослабляться, в то время как поля от источников с током перпендикулярным проводящему слою будут усиливаться.

Рис. 4.6. Источники тока и их отражения относительно идеально проводящего слоя.

47

Пример 3. Вычислить максимальную напряженность излучаемого электромагнитного поля от цепи, представленной на рис. 4.7. Размеры заземляющего слоя принять равными 0,1х0,1 м, радиус проводника принять равным 0,5 мм. Определить, удовлетворяет ли уровень помехоэмисии от этой цепи требованиям нормативов FCC класс B?

Рис. 4.7. Анализируемая цепь над заземляющим слоем

Сопротивление нагрузки равное 50 Ом меньше чем волновое сопротивление вакуума равное 377 Ом, поэтому в данном случае необходимо использовать нижнее выражение из (4.19). Также необходимо определить ограничивает ли ток индуктивность цепи. Для вычисления индуктивности полупетли над заземляющим слоем заменим его на эквивалентное отражение. В результате получается виртуальная петля размером 0,05 х 0,03 м, что представлено на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Замена заземляющего слоя при помощи эквивалентного преобразования

Используя выражение для определения индуктивности прямоугольной проводной петли получается значение равное 114 нГн. В таком случае индуктивность полупетли составит 57 нГн, что соответствует реактивному

48

импедансу 29 Ом на частоте 80 МГц. Несмотря на то, что теория отражения применима для вычисления индуктивности петли, ее нельзя использовать для определения излучения от цепи. Размеры слоя заземления являются малыми по отношению к длине волны и таким образом его можно рассматривать как широкий проводник, чем бесконечную плоскость. Выражение для определения величины излучения от цепи над широким проводником получено не было, но для грубой оценки вполне может быт применено (4.19)

56,3 дБмкВ/м

Отметим, что в расчете была использована фактическая площадь петли образуемая цепью, при этом наличие слоя заземления не учитывалось. При добавлении к полученной оценке 6 дБ для учета эффекта измерения в полубезэховой камере, величина составит 62 дБмкВ/м, что на 22 дБ выше ограничений FCC класс B.

4.4. Входной импеданс и сопротивление излучения

Как правило, при возникновении переменного напряжения между двумя любыми проводящими объектами между ними начинает протекать переменный ток создающий ЭМИ. Электрически малые цепи, описанные в предыдущих подразделах, являются относительно слабыми источниками ЭМИ. В то же время, крупные резонирующие структуры при сопоставимом возбуждающем напряжении могут создавать достаточно сильные излучаемые поля. Рассмотрим пример базовой структуры антенны, представленной на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схематическое представление простейшей антенны

Источник синусоидального напряжения, подключенный между двумя металлическими структурами, в момент положительной полуволны перемещает электрические заряды с одной части на другую. Спустя половину цикла полярность меняется и распределение зарядов инвертируется, что вызывает появление тока. Отношение напряжения источника к создаваемому току называется входным импедансом антенны, который в общем случае имеет

49

На НЧ количество заряда, которое может удерживаться элементами структуры при заданном напряжении, определяется их взаимной емкостью. В

где f – частота источника, С – взаимная емкость.

Если элементы структуры являются хорошими проводниками, то на НЧ RВХ 0 и от источника доставляется очень малая часть действительной

мощности. При возрастании частоты происходит увеличение размеров элементов структуры по отношению к длине волны, а объединение нескольких факторов приводит к изменению входного импеданса антенны:

-индуктивность, связанная с токами текущими в элементах структуры и соответствующее магнитное поле, начинает влиять на реактивную часть входного импеданса;

-в результате проявления скин-эффекта увеличиваются активные потери;

-мощность тратиться на излучение, что вносит вклад в действительную часть входного импеданса.

Действительную часть входного импеданса удобно выражать как сумму двух членов

Отношение излучаемой мощности к общей мощности, подводимой к излучающей структуре, называется КПД передающей антенны и может быть рассчитано с использованием следующего выражения

Пример 4. Рассчитать эффективность излучения электрически малой 500 омной цепи с размерами 0,05 х 0,02 м, представленной ранее на рис. 4.5.

50

Расчет следует начать с вычисления рассеиваемой мощности. Если предположить, что в основном мощность рассеивается в нагрузке, то ее можно определить как

Для оценки излучаемой мощности учтем, что максимальная напряженность электрического поля на расстоянии 3 м составляет 134 мкВ/м (в соответствии с расчетом в примере 2). Таким образом, максимальная плотность излучаемой мощности

Это максимальное значение плотности излучаемой мощности и предположив, что мощность излучается во всех направлениях можно рассчитать верхний предел излучаемой мощности, проведя интегрирование по сфере радиусом 3 м

PИЗЛ ИЗЛ 4 r2 24 10 12 4 32 2,4 нВт.

Таким образом, КПД излучения у данной цепи составляет

Отметим, что входной импеданс антенны может зависеть как от окружающей среды, так и от ее размеров и формы. Например, сопротивление излучения и излучаемая мощность любой антенны будут падать до нуля при размещении ее в полностью экранированном резонирующем корпусе.

4.5. Резонансный полуволновый симметричный вибратор

Антенна, состоящая из двух простых проводников, возбуждаемых относительно друг друга одним источником, называется дипольной антенной. Проволочная антенна с возбуждающим источником расположенным в центре называется диполем с центральным возбуждением. Входной импеданс такого диполя как функция его электрической длины l , представлен на рис. 4.10.

51

Рис. 4.10. Входной импеданс симметричного вибратора с центральным возбуждением

На очень НЧ, т.е. при l , входной импеданс почти полностью

реактивный и обратно пропорционален частоте ZВХ 12 fC . Однако с увеличением частоты (уменьшением длины волны) амплитуда отрицательного реактивного сопротивления становится меньше и в конечном итоге проходит через ноль, после чего становится положительной и продолжает расти. Реактивное сопротивление становится равным нулю при общей длине провода чуть меньше чем половина длины волны. Дипольная антенна с таким размером имеет действительный входной импеданс около 72 Ом и называется полуволновым резонансным симметричным вибратором.

Пример 5. Рассчитать излучаемую мощность полуволнового резонансного диполя без потерь, возбуждаемого источником напряжением 1 В. Определить максимальную напряженность излучаемого поля на расстоянии 3 м от антенны.

Поскольку как входное сопротивление, так и сопротивление излучения около 72 Ом, то верное решение будет следующим

Для нахождения максимальной напряженности излучаемого поля на расстоянии 3 м от антенны, во-первых, необходимо определить максимальную плотность излучаемой мощности

52

направленности полуволнового симметричного вибратора.

Максимальное значение электрического поля может быть найдено с использованием выражения

Сравнивая полученное значение с напряженностью излучаемого поля электрически короткой цепи рассмотренной в примере 4, можно сделать вывод о влиянии размера и формы антенны на ее эффективность излучения. Предположив, что в обоих примерах возбуждение происходит на частоте 80 МГц, при максимальном размере цепи равном 0,05 м и максимальном размере диполя 0,375 м (половина длины волны на частоте 80 МГц) разница будет в 7,5 раз. Однако увеличение помехоэмиссии составит 280 мВ/134 мкВ =2000 раз или

66 дБ.

Пример 6. Рассчитать эффективность излучения полуволнового симметричного вибратора с центральным возбуждением сделанного из медного провода радиусом 0,5 мм на частоте 100 МГц.

Излучаемая мощность резонансного полуволнового симметричного вибратора определяется как

PИЗЛ 12 I 2 72 Ом 36 I 2 ,

где I - ток создаваемый источником. Для вычисления рассеиваемой мощности необходимо определить удельное сопротивление медного провода на частоте

100 МГц.

Тогда суммарная рассеиваемая мощность в полуволновом симметричном вибраторе равна

Таким образом, эффективность данного резонансного полуволнового симметричного вибратора равна

53

Сравнивая полученное значение с эффективностью излучения малой цепи из примера 4 можно отметить, что резонансные проволочные антенны излучают гораздо большую эффективность по сравнению с электрически малыми паразитными антеннами. Разница может быть в пределах 4-6 порядков.

4.6. Четвертьволновый несимметричный вибратор

Полуволновый симметричный вибратор является отличной антенной и применяется во многих случаях. Однако, но НЧ его конструкция громоздка и кроме того он не может работать вблизи крупных металлических поверхностей. Четвертьволновый несимметричный вибратор представляет собой одну часть полуволнового симметричного вибратора возбуждаемого относительно большой металлической поверхности, как представлено на рис. 4.11. С учетом того, что нижняя половина такого несимметричного вибратора может быть смоделирована как отражение его верхней части, то излучающие свойства такой антенны похожи на свойства полуволнового симметричного вибратора. Входной импеданс резонансного четвертьволнового несимметричного вибратора равен половине входного импеданса резонансного полуволнового симметричного вибратора и составляет около 36 Ом.

Рис. 4.11. Четвертьволновый несимметричный вибратор

В конструкциях ЭС подобными несимметричными антеннами могут быть кабели возбуждаемые относительно крупных металлических корпусов. Поскольку резонансный несимметричный вибратор является очень эффективным источником излучения важно убедиться, что разность потенциалов между кабелем и корпусом на возможных резонансных частотах достаточно мала.

54

Пример 7. Определить, чему приблизительно равна частота излучения проводника длиной 0,25 м присоединенного к крупному металлическому объекту и образующего четвертьволновую несимметричную антенну?

Точное значение частоты назвать сложно, так как она зависит от ориентации проводника, его поперечного сечения, размера и формы металлического объекта и множества других факторов. Ориентировочно можно считать, что 0,25 м составляют четверть волны для частоты 300 МГц. То есть именно в районе данной частоты кабель может резонировать и эффективно излучать.

4.7. Вибратор возбуждаемый не в центре

При возбуждении проволочной антенны в центре, она будет продолжать демонстрировать резонансы вблизи полуволновых значений, однако сопротивление излучения на резонансах будет являться функцией положения источника. Подобный график представлен на рис. 4.12. Отметим, что сопротивление быстро увеличивается при удалении источника напряжения от центра и при его нахождении вблизи конца проводника он не сможет эффективно обеспечивать питание антенны даже в случае резонанса.

Рис. 4.12. Сопротивление излучения резонансного полуволнового симметричного вибратора как функция от положения источника.

4.8. Характеристика эффективных и неэффективных антенн

Большинство непреднамеренных источников излучения с которыми встречается ЭМС-инженер могут быть смоделированы как простая дипольная

55

антенна. Для эффективного излучения подобной паразитной антенной необходимо выполнение трех основных условий:

-антенна должна иметь две часть;

-обе части должны быть электрически малыми;

-между этими двумя частями должно присутствовать возбуждающее напряжение.

При попытках обнаружить паразитный источник излучения важно помнить первое условие. Не верно утверждать, что определенный проводник или металлическая часть является «антенной». Одиночный проводник не может являться эффективной антенной пока он не будет возбужден относительно другой подходящей структуры, которая также будет являться неотъемлемой частью антенны. После обнаружения паразитной антенны дальнейшие возможные варианты ослабления помехоэмиссии становятся вполне очевидными.

Нахождение второй части паразитной антенны упрощается при использовании второго условия. Например, при поиске паразитной антенны способной излучать на частоте 50 МГц ( =6 м), необходимо обращать внимание на проводящие структуры с размерами около 1,5 метра. Маловероятно, что искомая паразитная антенна будет расположена на ПП. Большинство приборов настольного типа способны создавать существенную помехоэмиссию на НЧ только при подключении к ним соединительных кабелей. На частотах ниже нескольких сотен МГц количество возможных частей паразитных антенн ограничено и, как правило, они очевидны без детального осмотра всего изделия.

Используя третье условие можно эффективно предотвращать нежелательное ЭМИ. Локализовав вероятные части антенны и обеспечив минимально возможную разность потенциалов между ними можно значительно ослабить уровни помехоэмиссии. Лучшим способом для этого будет расположение таких частей вблизи друг от друга и устранение возможных ВЧ цепей между ними. Также полезным будет обеспечение хорошего электрического соединения по ВЧ между ними.

Пример 8. Определить, какая из антенн в каждой паре, представленных на рис. 4.13, излучает более эффективно?

56

Рис. 4.13. Конфигурации антенн

Для ответа на поставленный вопрос необходимо рассмотреть каждую антенну и определить две ее части возбуждаемые изображенным источником напряжения. Так как хотя бы одна из частей каждой антенны является электрически малой, то именно она и будет ограничивать общую эффективность излучения данной антенны. На рис. 4.13(а) короткий верхний участок правой антенны оказывает наибольшее ограничение, таким образом, левая антенна будет излучать более эффективно. На рис. 4.13(б) к каждой антенне добавлен дополнительный отрезок провода. Короткий верхний участок правой антенны снова в большей степени ограничивает уровень излучения, а значит антенна слева остается более эффективной. Отметим, что удлинение короткой половины электрически малой антенны будет иметь большее влияние на эффективность антенны, чем удлинение большей стороны.

4.9. Щелевые антенны

Другим типом потенциальных паразитных антенн, с которым должен быть хорошо знаком ЭМС-инженер, являются щелевые антенны. Как показано на рис. 4.14 щелевая антенна формируется длинной тонкой прорезью в проводящей поверхности. В результате разрыва поверхностных токов в такой прорези формируется электрическое поле, которое в свою очередь создает ЭМИ. Обычно щелевые антенны анализируются путем замены электрического поля на эквивалентный, но фиктивный, магнитный ток и дальнейшим определением излучаемых полей, которые имеют ту же форму, что и поля от резонансного полуволнового симметричного вибратора. Подобно проволочным антеннам, электрически малые щели увеличивают эффективность излучения по

57

мере приближения размера к половине длине волны.

Рис. 4.14.Щелевая антенна

4.10. Приемные антенны

В общем случае структуры являющиеся хорошими излучающими антеннами также могут выступать и как хорошие приемные антенны. В связи с этим большинство способов применяемых для нахождения источников помехоэмиссии, а также устранения возникающих в связи с этим проблем, могут быть использованы и для повышения помехоустойчивости. Однако в отличие от проблем излучения, где импеданс источника почти всегда мал по отношению к входному импедансу антенны, структуры создающие проблемы в части помехоустойчивости почти всегда имеют высокоимпедансный вход. Таким образом, не обязательно, что более высокое входное сопротивление антенны соответствует более плохим параметрам антенны. Мощность, принимаемая компонентом подключенным к дипольной антенне, может быть рассчитана с использованием следующей формулы

отражения по напряжению в приемнике.

Это выражение может быть трудноприменимым на практике так-как

58

требует много информации как об антенне, так и о приемнике. Для определения приблизительного порядка амплитуды удобно проводить оценку через максимальное падение напряжения на высокоимпедансном входе как

где lАН - длина дипольной антенны или 2 , в зависимости от того, что больше.

Пример 7. Сравнить фактическое максимальное напряжение наводимое полуволновым диполем в приемнике, имеющим входное сопротивление 500 Ом с расчетным значением по формуле (4.27)

Предположив, что приемник расположен на диполе в точке, где его импеданс согласован с сопротивлением излучения, выражение для принимаемой мощности имеет вид

Сравнивая полученную величину с расчётным значением

VПР 0,5 EВХ ,

можно видеть, что точность определения в данном случае составляет около 2 дБ.

Пример 8. Сравнить фактическое максимальное напряжение наводимое электрически коротким диполем в согласованном приемнике с расчетным значением по формуле (4.27)

Сопротивление излучения электрически короткого диполя приблизительно равно

Таким образом, принимаемое напряжение равно

59

Сравнивая полученную величину с расчётным значением

VПР l EВХ ,

можно видеть, что в данном случае напряжение завышено от 4 до 12 дБ.

4.11. Контрольные вопросы к разделу

1.В чем особенность паразитной связи через ЭМИ по сравнению с другими видами паразитных связей?

2.Поля какого вида создает элементарный проводник с током в ближнем и дальнем поле?

3.Поля какого вида создает небольшой виток с током в ближнем и дальнем поле?

4.Какова последовательность аналитической оценки полей создаваемых различными типами электрически малых цепей?

5.Каким образом в конструкции электронного устройства может образоваться паразитная дипольная антенна?

6.За счет чего в конструкции электронного устройства может образоваться паразитный четвертьволновый несимметричный вибратор?

7.Чем опасно наличие в корпусе щелей и стыков с размерами кратными длинам рабочих частот?

60