Nội dung

iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN ĐỨC TRƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ ĐẢM BẢO TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRƢỜNG CHO CÁC THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2020 iv BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HàVÀ NộiCÔNG - 2020NGHỆ QUÂN SỰ VIỆN KHOA HỌC NGUYỄN ĐỨC TRƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ ĐẢM BẢO TƢƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRƢỜNG CHO CÁC THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử Mã số: 9 44 01 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS HỒ QUANG QUÝ 2. PGS. TS BÙI VĂN SÁNG Hà Nội - 2020 iiii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung, số liệu và kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chƣa có tác giả nào công bố trong bất cứ một công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ. Hà nội, ngày 02 tháng 9 năm 2020 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Đức Trƣờng iiiv LỜI CẢM ƠN Luận án đƣợc thực hiện tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự/Bộ Quốc phòng. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồ Quang Quý, PGS.TS Bùi Văn Sáng, các thầy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, trang bị phƣơng pháp nghiên cứu, truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức khoa học và kiểm tra, đánh giá các kết quả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo/Viện KH và CNQS, Viện Điện tử/ Viện KH và CNQS là cơ sở đào tạo, Cục Tiêu chuẩn - Đo lƣờng - Chất lƣợng/BTTM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy, cô, các nhà khoa học, đồng nghiệp và bạn bè thuộc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Điện tử, Cục TC-ĐL-CL, Khoa Vô tuyến Điện tử/Học viện KTQS đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi rất nhiều trong thời gian qua. Tôi xin dành lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình, vợ, con, bạn bè, dòng họ, những ngƣời đã luôn đồng hành, động viên và là chỗ dựa về mọi mặt, giúp tôi vƣợt qua mọi khó khăn để có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. TÁC GIẢ Nguyễn Đức Trƣờng iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................. x MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ ĐẢM BẢO EMC CHO THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ............................................................................... 6 1.1. Khái niệm và các đặc trƣng EMC của thiết bị vô tuyến ............................. 6 1.1.1. Khái niệm chung ................................................................................. 6 1.1.2. Đặc trƣng EMC của thiết bị vô tuyến ................................................. 9 1.2. Một số giải pháp đảm bảo EMC cho thiết bị vô tuyến ............................. 14 1.2.1. Giải pháp che chắn điện từ ................................................................ 15 1.2.2. Giải pháp ƣớc lƣợng khoảng cách .................................................... 18 1.2.3. Các giải pháp khác ............................................................................ 22 1.3. Các mô hình đánh giá nhiễu thiết bị vô tuyến .......................................... 24 1.3.1. Mô hình thống kê công suất cực đại của nhiễu................................. 24 1.3.2. Một số mô hình đánh giá khác .......................................................... 26 1.4. Nhận xét và bàn luận về các giải pháp EMC cho các thiết bị VTĐT ...... 32 1.5. Bài toán xây dựng giải pháp đánh giá và đảm bảo tƣơng thích điện từ trƣờng cho các thiết bị vô tuyến ...................................................................... 36 1.5.1. Đặt bài toán ....................................................................................... 36 1.5.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu và giới hạn của bài toán ................. 36 1.5.3. Phƣơng pháp, nội dung nghiên cứu và hƣớng giải quyết ................. 37 1.6. Kết luận chƣơng 1 ..................................................................................... 38 CHƢƠNG II. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO EMC KHI THIẾT KẾ THIẾT BỊ VÔ TUYẾN ....................................................................................... 39 2.1. Đề xuất giải pháp ...................................................................................... 39 2.1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................... 39 iv 2.1.2. Mô hình thực hiện ............................................................................. 40 2.2. Phân tích giải pháp đề xuất ....................................................................... 41 2.2.1. Giải pháp bọc kim ............................................................................. 41 2.2.2. Giải pháp ƣớc lƣợng khoảng cách .................................................... 47 2.2.3. Giải pháp kết hợp .............................................................................. 49 2.3. Mô phỏng giải pháp đề xuất ..................................................................... 50 2.3.1. Mô phỏng giải pháp bọc kim ............................................................ 50 2.3.2. Mô phỏng giải pháp ƣớc lƣợng khoảng cách.................................... 54 2.3.3. Mô phỏng kết hợp hai giải pháp ....................................................... 55 2.4. Thử nghiệm trên mạch thực tế .................................................................. 57 2.5. Đề xuất giải pháp đảm bảo EMC khi thiết kế thiết bị VTĐT .................. 63 2.6. Kết luận chƣơng 2 ..................................................................................... 66 CHƢƠNG III. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUỒN NHIỄU GẦN NHẤT THAY CHO TỔNG CÔNG SUẤT NHIỄU........................................... 68 3.1. Đề xuất giải pháp đánh giá nguồn nhiễu gần nhất.................................... 72 3.1.1. Trƣờng hợp tất cả các tín hiệu nhiễu hoạt động................................ 77 3.1.2. Trƣờng hợp (k - 1) nguồn nhiễu gần nhất bị loại bỏ ......................... 80 3.1.3. Loại bỏ một phần (k - 1) nguồn nhiễu gần nhất ................................ 83 3.1.4. Trƣờng hợp theo tổng công suất nhiễu ............................................. 85 3.2. Ảnh hƣởng của pha-đinh đến xác suất gián đoạn hoạt động .................... 87 3.2.1. Ảnh hƣởng của pha-đinh loại Rayleigh ............................................ 87 3.2.2. Ảnh hƣởng của pha-đinh chuẩn log và pha-đinh kết hợp ................. 92 3.2.3. Ảnh hƣởng của lớp rộng phân bố pha-đinh ...................................... 93 3.3. Kết luận chƣơng 3 ..................................................................................... 95 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 97 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .................... 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 100 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT r Khoảng cách, [m] λ Bƣớc sóng, [m] Z Trở kháng sóng, [Ω] E Điện trƣờng, [V/m] H Từ trƣờng, [V/m] S Véc tơ Poiting, [W/m2] SE Hiệu quả che chắn, [dB] R Độ suy giảm do phản xạ, [dB] A Độ suy giảm do hấp thụ, [dB] B Độ suy giảm do phản xạ nhiều lần, [dB] Dgh Bán kính hình tròn mô hình mạng vô tuyến, [m] Ncl số lƣợng cluster CSc Diện tích cluster, [m2] n Chỉ số suy hao sóng điện từ P2 Công suất tín hiệu ở đầu vào máy thu, [W] P1 Thế năng của đƣờng vô tuyến, [W] Gth Hệ số khuếch đại anten thu Gph Hệ số khuếch đại anten phát N Số tín hiệu đầu vào Пmax công suất bề mặt, [W] Emax cƣờng độ điện trƣờng tại điểm thu, [V/m] Pmax công suất của tín hiệu, [W] Petr Công suất bức xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng (EIRP) , [W] Ptr Công suất cấp cho anten phát, [W] Ga Hệ số khuếch đại của anten Cν Hằng số vi Dim dải động tự do xuyên điều chế, [m] Dds dải động tự do của máy thu, [m] Rmax Bán kính lớn nhất, [m]  ( , R) Hàm tọa độ cực  ( , , R) Hàm tọa độ cầu pk( N  V ) xác suất mà nguồn phát k sẽ rơi vào trong vùng thể tích  V N V Số nguồn phát xạ trung bình k Số nguồn phát xạ  độ từ thẩm tƣơng đối của vật liệu  độ dẫn điện tƣơng đối của vật liệu t là độ dày lớp vỏ bọc kim, [cm] m Số chiều không gian da Tỉ số nhiễu trên tạp D Khoảng cách giữa máy thu và máy phát, [m] Dx1 Các miền thời gian, [s] V Thể tích, [m3] ΔV’ Vi phân của thể tích, [m3] B(V ') Xác suất điểm trong thể tích, [%] N tb Số tín hiệu trung bình nằm trong dải thông Pthuc.te Công suất nhiễu thực tế, [W] Ptap Công suất tạp âm, [W] η Hệ số tạp tƣơng đƣơng Ptap Công suất tạp âm nội bộ, [W] P n  Công suất của các tín hiệu nhiễu, [W] Knkcy Hệ số nhiễu không cố ý ktg Hệ số chọn lọc thời gian vii IC Vi mạch INR Tỉ số nhiễu tạp n Các số nguyên MT Máy thu vô tuyến MF Máy phát vô tuyến IEC Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế CISPR Tƣơng thích điện từ - Yêu cầu đối với thiết bị gia dụng, dụng cụ điện BTS Trạm thu phát sóng di động MS Trạm di động BS Trạm gốc CDMA Đa truy nhập phân chia theo mã TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian VTĐ Vô tuyến điện EMC Tƣơng thích điện từ trƣờng EMI Bức xạ điện từ EMS Độ nhạy cảm điện từ PTVT Phƣơng tiện vô tuyến CCDF Hàm phân bố tích lũy NKCY Nhiễu không cố ý FCC Ủy ban truyền thông Liên bang TBVT Thiết bị vô tuyến HTVT Hệ thống vô tuyến TTDĐ Thông tin di động TCĐT Tác chiến điện tử PLC Bộ điều khiển lô gic có lập trình BTTM Bộ tổng tham mƣu BQP Bộ Quốc Phòng viii TEM Phƣơng pháp camera TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN/QS Tiêu chuẩn Quân sự Việt Nam MIL STAND Tiêu chuẩn quân sự Mỹ DS Trải phổ FH Nhảy tần EIRP Công suất bức xạ tƣơng đƣơng PCB Mạch in nhiều lớp và không dẫn điện