X
تبلیغات
الکترونیک

بررسی و مقایسه آنتن­های مورد استفاده در آزمون های EMI/EMC

نویسنده مقاله: سید مصطفی نرگسی 

 

مقدمه

آنتن­های EMC در آزمون­های گسیلش تشعشعی، آزمون­های حساسیت­پذیری تشعشعی، آزمون ایمنی تشعشعی، تست صلاحیت سایت و تست اتاق­های شیلد، بکار می­روند. هر آنتن دارای پارامترهایی می­باشد که در یک کاربرد خاص، یک پارامتر ممکن است مهم­تر از دیگر پارامترها باشد. به عنوان مثال، زمانی که آنتن برای تست اتاق شیلد بکار می رود، بهره آنتن پارامتر مهمی محسوب نمی­شود]1[. بطور کلی برای آزمون­های EMC دو گروه آنتن وجود دارد. در واقع آنتن­های مورد استفاده در آزمون­های گسیلش تشعشعی متفاوت از آنتن­های مورد استفاده در آزمون­های حساسیت­پذیری تشعشعی می­باشند. علت این امر را می­توان متفاوت بودن پارامترهای مختلف آنتن­ها در این آزمون­ها، دانست. به عنوان مثال، پارامترهای کلیدی در آنتن­های مورد استفاده در آزمون­های گسیلش تشعشعی پهنای­باند، حساسیت، محدوده دینامیکی، فاکتور گیرندگی آنتن و... می­باشد. همچنین پارامترهای مهم برای آنتن مورد استفاده در اندازه­گیری حساسیت پذیری تشعشعی عبارتند از: پهنای باند، بهره و توان مورد نیاز، پهنای پرتو / نقطه، تلفات توان، اندازه و جرم می­باشد. آنتن­های EMC مورد استفاده در حساسیت­پذیری تشعشعی و یا آزمون ایمنی به دو کلاس طبقه بندی می­شوند: میدان موج آزاد و میدان موج محدود. به طور کلی، آنتن های میدان-آزاد برای آزمایش بر روی سیستم­های بزرگ و یا زیر سیستم­ها در فرکانس­های بالاتر از 30 مگاهرتز استفاده می­شود. دستگاه­های موج-محدود برای تست واحدهای کوچک به ارتفاع حدود 30 سانتی­متر در فرکانس­های زیر 300 مگاهرتز استفاده می­شوند. البته استثناهایی نیز وجود دارد. به عنوان مثال این دستگاه­ها برای آزمایش وسایل نقلیه بزرگ در شدت میدانی با مقیاس kV/m  در اندازه­گیری NEMP (پالس الکترومغناطیسی هسته­ای) استفاده می­شوند. واحدها و یا قطعات کوچک مانند سلول های کرافورد یا GTEM را می­توان در دستگاه های موج- محدود (با پوشش فرکانس تا 1 گیگاهرتز) بکار گرفت. در ادامه به معرفی آنتن هایی که بطور معمول در آزمون های EMC بکار می روند پرداخته خواهد شد.

1-     آنتن های حلقوی و پیچه های میدان مغناطیسی

     این آنتن­ها معمولاً در محدوده فرکانسی Hz20 تا MHz 30 برای اندازه­گیری میدان­های مغناطیسی بکار می­روند. اندازه­گیری در این فرکانس­ها، در ناحیه میدان نزدیک انجام می­گیرد. در واقع در این ناحیه میدان­های مغناطیسی را نمی­توان بسادگی از میدان­های الکتریکی بدست آورد. طراحی این آنتن­ها بگونه ایست که نسبت به میدان­های مغناطیسی حساس می­باشند] 1[.

     طراحی این آنتن­ها با توجه کاربرد و محدوده فرکانسی آن­ها، متفاوت می­باشد. به عنوان مثال در استاندارد MIL-STD 462 N3 RE01 با محدوده فرکانسی Hz30 تا kHz 30 و RE04 در محدوده Hz20 تا kHz50 از حلقه­ای به قطر 3/13 سانتیمتر استفاده می­شود. آنتن­های بزرگتر با مساحت حلقه بالاتر از یک متر مربع، برای اندازه­گیری شدت میدان  از KHz100 تا MHz30 در استانداردی مانند VDE 0877 و یا VDE 0871/EN55011 در رابطه با تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی بکار می­روند. آنتن­های EMC حلقوی به دو شکل کلی بکار گرفته می­شوند که عبارتند از: آنتن­های حلقوی غیرفعال و آنتن­های حلقوی فعال]2[.

2- آنتن های تک قطبی

     آنتن­های تک قطبی  Monopoleدوگان آنتن­های حلقوی برای میدان الکتریکی هستند. این آنتن­ها برای اندازه­گیری میدان­های الکتریکی از 30 هرتز تا 50 مگاهرتز طراحی شده­اند. از آنجایی که میله آنتن نسبت به طول موج کوچک است، از یک تقویت­کننده برای تقویت سیگنال­های کوچک استفاده می­شود. از این­رو این آنتن­ها در دو نوع فعال و غیرفعال ساخته شده­اند. شکل (3) نشان دهنده نمونه تجاری از یک آنتن تک قطبی فعال مدل C3301 ساخت شرکت ETS. Lindgren در محدوده فرکانسی Hz30  تا MHz50  مطابق با استاندارد MIL STD 461F می­باشد.

 آنتن تک قطبی

 

3-  آنتن های دو قطبی

     آنتن­های دو قطبی(دیپل) برای فرکانس­های خاصی حدود 30 مگاهرتز تا چند گیگاهرتز تنظیم می­شوند. این آنتن­ها باند باریک هستند و برای پوشش یک پهنای باند وسیع، نیاز به تنظیم بصورت دستی دارند]6[. این آنتن­ها اغلب به عنوان آنتن­های مرجع استفاده می­شود زیرا عملکرد عناصر دو قطبی از لحاظ تئوری قابل محاسبه می­باشد. نمونه­ای از آنتن دو قطبی قابل تنظیم در شکل زیر  نشان داده شده است.

 

 

 

4-آنتن های دو مخروطی

     آنتن­های دو مخروطی (Biconical) معمولاً محدوده فرکانسی از MHz20 تا MHz300 را پوشش می­دهند. تمامی آنتن­های دو مخروطی سیمی موجود در بازار، دارای شکل و اندازه برابر می­باشند. (­با عرض حدود 36/1 متر). این امر بدین علت است که این آنتن از ابتدا بر پایه استاندارد MIL STD 461 بوده­اند. با توجه به اندازه الکتریکی کوچک این آنتن در فرکانس­های زیر 50 مگاهرتز، دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی می­باشند (در نتیجه دارای VSWR بالایی هستند).  نمونه­ای از این آنتن در شکل زیر مشاهده می­شود.

 

5-آرایه های دو قطبی متناوب لگاریتمی

     آرایه­های دو قطبی متناوب لگاریتمی Log Periodic Dipole Arrays (LPDA) محدوده فرکانسی MHz80 تا چند گیگا هرتز را پوشش می­دهند. مرکز فاز در این نوع آنتن­ها با افزایش فرکانس از پشت آنتن به بخش جلویی آنتن منتقل می­شود. در استانداردهای ANSI یا CISPR ، اندازه­گیری گسیلش، از مرکز آنتن لگاریتمی انجام می­شود. برای آزمون­های ایمنی،  EN61000-4-3 نیاز به اندازه­گیری از نوک آنتن می­باشد. بهرهLPDA  به طور معمول حدود dBi5 است که سازش خوبی بین عرض پرتو  و حساسیت فراهم می­کند. نمونه­ای از این آنتن ساخت شرکت ETS. Lindgren در محدوده فرکانسی MHz200 تا GHz2 در شکل زیر مشاهده می­شود.

 

 

6-آنتن ترکیب دومخروطی و لگاریتمی Bicon/Log Hybrid

     همانطور که از نام این آنتن پیداست، این آنتن ترکیبی از آنتن دو مخروطی و آنتن لگاریتمی می­باشد و محدوده فرکانسی آن از حدود MHz20 تا چندین گیگاهرتز می­باشد. این آنتن در انجام آزمون­ها و تست­ها به طور فزآینده­ای محبوب شده است. از عوامل محبوبیت این آنتن می­توان به نداشتن هیچگونه شکست باندی در طی یک آزمون اشاره کرد.

     در محدوده فرکانسی 20 تا 50 مگاهرتز، این آنتن­ها (مشابه آنتن­های دو مخروطی) از نظر الکتریکی کوچک می­باشند. برای افزایش راندمان تشعشعی، از روش بارگیری انتهایی End loading Technique برای جبران سایز آنتن، استفاده می­شود. باید توجه داشت که این آنتن­ها فقط برای آزمون­های ایمنی استفاده می­شوند. در این آنتن کوپلینگ بین عناصر بارگیری و محیط اطراف بسیار قوی است، و این باعث عدم قطعیت اندازه­گیری در آزمون­های گسیل تشعشعی خواهد شد. اگر بخواهیم این آنتن برای هر دو آزمون گسیل تشعشعی و آزمون ایمنی مورد استفاده قرار گیرد، می بایست صفحه انتهایی آن در آزمون گسیل تشعشعی حذف گردد]11و8[. شکل زیر نشان دهنده یکی از بهترین نمونه های تجاری این نوع آنتن (مدل B3140)  می­باشد که محدوده فرکانسی MHz26  تا GHz3 را با VSWR برابر 2:1  پوشش می­دهد.

 

7-آنتن حلزونی لگاریتمی مخروطی

     تفاوت مشخص آنتن حلزونی لگاریتمی مخروطی Conical Log –Spiral Antenna و دیگر آنتن­ها  این است که در آن میدان الکتریکی بصورت دایروی قطبی شده است. میدان دایروی قطبی شده، نیاز به اندازه­گیری­های جداگانه افقی و عمودی را برطرف می­سازد. این آنتن عمدتاً برای اندازه­گیری در استاندارد نظامی  MIL STD استفاده می­شود و محدوده فرکانسی آن به طور معمول از 100 مگاهرتز تا 1000 مگاهرتز است. البته مدل­هایی مانند 3102 وجود دارد که محدوده 1 تا 10 گیگا هرتز را پوشش می­دهد. باید توجه که داشت در هنگام اندازه­گیری بهره آنتنی که دارای پلاریزاسیون دایروی است، نسبت به یک آنتن با پلاریزاسیون خطی، بهره 3 دسیبل پایین­تر به نظر می­رسد و این امر به دلیل عدم تطابق پلاریزاسیون می­باشد. در شکل زیر نمونه­هایی از این آنتن نمایش داده شده است.

8-آنتن های بوقی Horn

     آنتن­های بوقی یا شیپوری از متنوع­ترین و پرکاربردترین آنتن­های در آزمون­های EMC می­باشند. از انواع این آنتن­ها می­توان به موجبر بوقی پهن باند Ridged، آنتن­های بوقی اکتاو، آنتن­های بوقی مخروطی و آنتن­های بوقی با بهره استاندارد، اشاره کرد. آنتن­های بوقی با توجه به کاربرد و نوع آنتن محدوده فرکانسی MHz200 تا GHz40  را پوشش می­دهند. آنتن­های بوقی مورد استفاده برای فرکانس­های پایین، دارای سایز بزرگتری هستند.

موجبرهای بوقی پهن باند Ridged دارای محدوده فرکانسی بالا، بهره بالا و VSWR بسیار عالی هستند. نمونه­ای از این آنتن­ها در محدوده فرکانسی MHz750 تا GHz18 در شکل زیر  نشان داده شده است.

 

نتيجه‌گيري

در این مقاله ابتدا آنتن­های مورد استفاده در آزمون­های تداخل و سازگاری الکترومغناطیسی معرفی شده و پس از آن این آنتن­ها با توجه به محدوده فرکانسی، پارامترهای آنتن و استانداردهای موجود، مورد بررسی قرار گرفته اند.  در پایان  آنتن­های مورد استفاده در استاندارهای تجاری و نظامی با توجه به محدوده فرکانسی معرفی و  طبقه بندی  شده اند و سپس مقایسه­ای بین آنتن ها  انجام شد

 

 

مراجع

[1]      Chen, Z. EMC Antenna Fundamentals. ETS-Lindgren Catalogue.

[2]     Morgan, David. A Handbook for EMC Testing and Measurement. London: IEC, 2007.

[3]     Pasmooij  W. A.  “A ‘Helmholtz’ large loop antenna system for improved magnetic field measurements”, Proceedings of E.M.C. conference, p. 143-148, 1992.

[4]     RF Emission Testing a handy guide. Schaffner Catalogue

[5]     RF immunitly testing a handy guide. Schaffner Catalogue.

[6]     S. J. Porter, A. C. Marvin, “A New Broadband EMC Antenna for Emissions and Immunity,” Roma International Symposium on EMC; Rome, Italy, September 1994.

[7]     Z. Chen, M. Foegelle, “A Numerical Investigation of Ground Plane Effects on Biconical Antenna Factor,” IEEE International Symposium on EMC; Denver, Colorado, 1998.

[8]     Lv, F., Zhao, H., Du, W., and Jin, H.  “Electromagnetic Interference and Electromagnetic Compatibility Test Technology”.  In Proceedings of MVHI. 2010, pp.584-587.

[9]     Rasmussen, K. EMC Precompliance Solutions. ROHDE & SCHWARZ catalogue.

[10]  Williams, Tim. EMC for Product Designer. 4th ed. Newnes, 2007.

[11]  HP EMC Antenna catalogue.

[12]  سید مصطفی نرگسی " طراحي و ساخت آنتن حلقوي همراه با سيستم نمايشگر براي اندازه­گيري ميدان مغناطيسي در آزمون های EMI/EMC." پایان نامه کارشناسی ارشد مخابرات، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مهرماه 1390.

 

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

کنفرانس ها دوشنبه 25 شهریور1392

http://www.ncniee.ir/

تاریخ های مهم کنفرانس

 

تاریخ های مهم

مهلت دریافت مقاله کامل (جدید)

6/17/ 1392 92/6/27

اعلام نتایج پذیرش مقاله

1392/6/27

مهلت دریافت مقاله نهایی

1392/7/18

زمان برگزاری کنفرانس

1392/8/15,16

 

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

جمعه 20 مرداد1391
در این شب عزیز   از همه دوستان التماس دعا دارم

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

پانزدهمین کنفرانس دانشجویی مهندسی برق ایران

 

http://iscee.ir/2012/index_f.php

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

اولين كنفرانس ماهواره براي توسعه پايدار

قطب علمي مخابرات دانشگاه صنعتي امير كبير

زمینه های موضوعی کنفرانس

      • فناوری ماهواره های كوچك
      • مخابرات ماهواره ای
      • ايستگاههای زمينی
      • ايستگاههای TT&C
      • ناوبري ماهواره ای
      • مديريت منابع طبيعی
      • مديريت بلايای طبيعی
      • بهره وری از منابع غذائی
      • ساير موضوع های مرتبط

      • فناوری ماهواره های كوچك
      • مخابرات ماهواره ای
      • ايستگاههای زمينی
      • ايستگاههای TT&C
      • ناوبري ماهواره ای
      • مديريت منابع طبيعی
      • مديريت بلايای طبيعی
      • بهره وری از منابع غذائی
      • ساير موضوع های مرتبط

http://ssd2012.aut.ac.ir/intro.aspx

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

اولين كنفرانس مهندسي الكترومغناطيس ايران

اولين كنفرانس مهندسي الكترومغناطيس ايران در تاريخ 6 و 7 دیماه 1391 در دانشكده مهندسي برق دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار خواهد شد.
كميته علمي از پژوهشگران، صاحبنظران، متخصصين در زمينه مهندسي الكترومغناطيس دعوت مي‌نمايد تا مقالات خود را در موضوعات كنفرانس، از طریق وب سایت كنفرانس ارسال نمايند

http://www.iceme.ir/index.aspx

The first Iranian Conference on Electromagnetic Engineering (ICEME) will be held at Iran University Of Science And Technology in 26-27 Dec. 2012

نوشته شده توسط سید مصطفی نرگسی  | لینک ثابت |

 
مراكز بین المللی فناوری اطلاعات

موسسه فناوری اطلاعات

انجمن مدیریت فناوری اطلاعات

انجمن جهانی مدیریت فناوری اطلاعات

انجمن فناوری اطلاعات آمریكا

انجمن مدیریت منابع اطلاعات

انجمن فناوری اطلاعات آمریكا

انجمن فناوری اطلاعات كانادا

انجمن متخصصین فناوری اطلاعات آمریكا

انجمن فناوری اطلاعات و ارتباطات آمریكا

مركز فناوری اطلاعات میشیگان

انجمن بین المللی فناوری اطلاعات