MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA

1. MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA Juan C. Fernandez 8 – Modelo AF-Radiación FIUBA 2012

2. Corrientes y tensiones inducidas Fuente Campos Acoplamiento capacitivo Inductivo baja frecuencia Acoplamiento conductivo alta y baja frecuencia Acoplamiento por radiación alta frecuencia RADIACION ELECTROMAGNETICA En casos de alta frecuencia y/o cuando la fuente de interferencia se halla lejos del sistema víctima para que sea efectivo el acoplamiento capacitivo-inductivo, debe usarse la teoría de campos (modelo de radiación). MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 FIUBA 2012

3. Fuente Campos Víctima RADIACION ELECTROMAGNETICA En este modelo de acoplamiento la fuente genera campos que a su vez ocasionan la presencia de tensiones y corrientes de interferencia sobre el sistema víctima. MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 • La interferencia por radiación se caracteriza por campos que: • son ondas electromagnéticas que propagan energía, • los campos están relacionados entre sí, • las relaciones entre los campos son sencillas • Las fuentes de interferencia por radiación se pueden clasificar como: • radiación de estructuras conductoras • radiación de aberturas en estructuras conductoras Las estructuras conductoras suelen modelarse como superposición de elementos rectos (alambres) o elementos finitos (superficiales). FIUBA 2012

4. donde RADIACION ELECTROMAGNETICA Modelo general (estructuras conductoras) MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Introducimos los potenciales electrodinámicos A y : De las ecuaciones de Maxwell: para los que valen ecuaciones de onda inhomogéneas: con soluciones: t´= t – R/c FIUBA 2012

5. z L y I(t) x RADIACION ELECTROMAGNETICA Modelo general (estructuras conductoras) MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 t´= t – R/c • Dipolo eléctrico corto: • Estructura radiante básica • Permite, por superposición, hallar la radiación de estructuras complejas • Hipótesis: • conductor cilíndrico recto. Longitud L<<  0. • corriente uniforme armónica. FIUBA 2012

6. Er A H E r z L y I(t)  1/r x RADIACION ELECTROMAGNETICA Dipolo eléctrico corto MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 densidad de potencia radiada FIUBA 2012

7. <Nr> Hrad Erad r z L y I(t) x RADIACION ELECTROMAGNETICA Dipolo eléctrico corto – Campos de radiación MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Modo TEM • Los campos de radiación: • dependen como 1/r, • son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación radial, • la relación entre ellos es la impedancia intrínseca del vacío, • constituyen una onda esférica elemental. FIUBA 2012

8. <Nr> Hrad Potencia media radiada: Erad r z S L y I(t) x z 0  30 30 60 60 90 90 120 120 150 150 180 z RADIACION ELECTROMAGNETICA Dipolo eléctrico corto – Campos de radiación MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 diagrama de radiación (anisotropía) FIUBA 2012

9. Er H E r z L y I(t) x RADIACION ELECTROMAGNETICA Dipolo eléctrico corto – Campos de inducción MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 • no transportan energía (en valor medio), • decrecen como 1/rn, con n2, • pueden inducir interferencia cerca del radiador, • son menores que los campos de radiación para • r • la distribución espacial de los campos de inducción es generalmente diferente de la correspondiente a los campos de radiación. • esta distribución depende de la distancia al radiador • para distancias menores que  siempre es necesario tener en cuenta los campos de radiación y de inducción FIUBA 2012

10. R r factor de fase por posición r’ RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de estructuras de alambres extensas MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 • podemos pensar el campo radiado (o el campo de induc-ción) por una estructura cualquiera de conductores fili-formes como la superposición de los campos generados por cada elemento de longitud, considerado como un dipolo corto, • para ello debemos tener en cuenta las diferencias de caminos de las ondas emitidas por cada elemento, • se puede demostrar que, para grandes distancias, el campo generado por un dipolo fuera del origen de coordenadas es: El defasaje entre los distintos elementos de la estruc-tura radiante introduce interferencia y redistribución espacial de la energía. FIUBA 2012

11. L L/ = 1/2 L/ = 3/2 L/ = 5 0 0 0    30 30 30 30 30 30 60 60 60 60 60 60 90 90 90 90 90 90 120 120 120 120 120 120 150 150 150 150 150 150 180 180 180 RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de estructuras de alambres extensas - Ejemplos MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Dipolo largo – En este caso L/ es cualquiera estructura resonante FIUBA 2012

12. L CM DM d/ = 0.1 d/ = 0.5 d/ = 1.0 d/ = 2.0 z x r1 z r2 r d/2 -d/2 L=/2 L= L=3/2 L=5 RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de estructuras de alambres extensas - Ejemplos MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Radiación de onda viajera Radiación en modo común y en modo diferencial FIUBA 2012

13.  = /4 d/ = 1/5 d/ = ½ d/ = 1 z r1 d/2 x r r2   -d/2 0 0 0 0 0 0 0 0 0          30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150  = /2 d/ = 1/5 d/ = ½ d/ = 1 180 180 180 180 180 180 180 180 180  = 0 d/ = 1/5 d/ = 1/2 d/ = 1 RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de estructuras de alambres extensas - Ejemplos MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Conjuntos de radiadores • Radiadores isótropos • Las corrientes están • defasadas en FIUBA 2012

14. zn ln z h  H E I V ~ I RADIACION ELECTROMAGNETICA Antenas para mediciones de EMC MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Antena bicónica Antena log-periódica Antenas de banda ancha FIUBA 2012

15. RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de aberturas MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 • Las aberturas son inevitables en el diseño electrónico • Constituyen puntos de entrada (o de salida) de señales de interferencia • El modelado de estos campos es complejo Hipótesis del modelo: Principio de Huygens – Cada punto del frente de ondas es un radiador isótropo emisor de ondas esféricas Se puede demostrar rigurosamente a partir de la ecuación de ondas de Helmholtz y el teorema de Green. Se obtiene que el campo en un punto cualquiera dentro de un recinto se expresa en función del campo sobre la superficie del recinto: FIUBA 2012

16. sobre el plano conductor sobre la abertura x S3 S2 z R r’ S1 r RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de aberturas MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Método de Kirchhoff: Es la aplicación práctica del principio de Huygens al cálculo del campo emitido por una abertura El campo lejano creado por la abertura radiante es la transformada de Fourier de la distribución de campo en la abertura. FIUBA 2012

17. x b  a r  z y RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de aberturas - Ejemplo MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Diagrama de radiación vertical (plano xz) Diagrama de radiación horizontal (plano yz) FIUBA 2012

18. fxz(dB)fyz(dB) fxzfyz sen  sen  x b  a r  z y RADIACION ELECTROMAGNETICA Radiación de aberturas - Ejemplo MODELOS EN COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA 6 Diagrama de radiación vertical (plano xz) Diagrama de radiación horizontal (plano yz) FIUBA 2012