Giải pháp mô phỏng tấm chắn sóng điện từ có khe hở

Trong bài viết Giải pháp mô phỏng vỏ chắn điện từ đã đề cập đến phương pháp đánh giá của tấm chắn sóng điện từ bằng các vật liệu kim loại khác nhau và đánh giá sự ảnh hưởng của độ dày tấm kim loại đến hiệu quả chắn sóng điện từ. Bài viết này giới thiệu giải pháp đánh giá hiệu quả chắn sóng điện từ của tấm chắn có khe hở, hiệu quả chắn sóng điện từ được đánh giá bằng hệ số SE (Shielding Effectiveness).

Khả năng ứng dụng của giải pháp

Giải pháp này được ứng dụng rất nhiều và quan trọng trong lĩnh vực tương thích điện từ (EMC - Electromagnetic Compatibility), giúp các kỹ sư kiểm tra, bố trí các khe hở tản nhiệt làm mát sao cho đảm bảo không vi phạm các tiêu chuẩn EMC nghiêm ngặt (như CISPR, IEC,…), một số ứng dụng thực tế điển hình như:

• Ngăn chặn nhiễu sinh ra từ linh kiện bên trong thoát ra ngoài gây ảnh hưởng đến thiết bị khác hoặc vi phạm tiêu chuẩn an toàn: Lò vi sóng, vỏ máy tính, bộ biến tần (inverter), bộ chuyển đổi (converter),…
• Bảo vệ linh kiện nhạy cảm bên trong khỏi các nguồn nhiễu từ môi trường bên ngoài: Chip, linh kiện quan trọng trong điện thoại/máy tính, bộ điều khiển trung tâm,…

Giải pháp này được xây dựng nhằm hỗ trợ các kỹ sư trong việc:

• Tối ưu hóa thiết kế tấm chắn/vỏ hộp, thay đổi vật liệu và bố trí khe hở.
• Đảm bảo tấm chắn/vỏ hộp đạt tiêu chuẩn EMC ngay từ giai đoạn thiết kế.
• Giảm chi phí và thời gian sản xuất kiểm thử.

Đặt vấn đề

Bức xạ điện từ là lý do chính gây ra hiện tượng nhiễu điện từ (Electromagnetic Interference - EMI), ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của các linh kiện nhạy cảm. Một trong các biện pháp có thể giảm thiểu được bức xạ điện từ ảnh hưởng giữa các thiết bị điện tử là sử dụng tấm chắn (shield). Tuy nhiên, thiết kế tấm chắn cần phải có các khe hở (aperture) để đảm bảo khả năng đối lưu không khí và tản nhiệt, tránh gây quá nhiệt cho thiết bị bên trong.

Hình 1. Ngăn chặn sự lan truyền sóng điện từ giữa bên trong (trái) và bên ngoài (phải) vùng không gian tấm chắn

Mô hình phân tích

Bài viết này sẽ đánh giá hiệu quả chắn sóng điện từ của tấm chắn dưới tác động của bức xạ điện từ đến từ không gian bên ngoài tấm chắn.

Hình 2. Mô hình hóa nguồn nhiễu từ không gian bên ngoài tấm chắn

Kết quả phân tích

Để đánh giá hiệu quả chắn sóng điện từ bằng hệ số SE, có thể thấy khi tần số thay đổi giá trị SE cũng thay đổi (hình 3). Giá trị SE càng lớn hiệu quả chắn sóng điện từ càng tốt, không bị ảnh hưởng bởi bức xạ điện từ bên ngoài. Tuy nhiên, tại tần số cộng hưởng giá trị SE là nhỏ nhất, khi đó tấm chắn sóng điện từ hoạt động không đúng với mục đích ban đầu.

Hình 3. Hệ số SE tại các tần số khác nhau theo khoảng cách từ nguồn bức xạ điện từ

Ngoài đánh giá hiệu quả chắn sóng điện từ theo khoảng cách, hiệu quả chắn sóng điện từ còn được đánh giá thông qua tần số (hình 4), từ kết quả này hoàn toàn có thể xác định được tần số cộng hưởng của tấm chắn, qua đó kỹ sư có thể thiết kế hệ thống hoạt động trong dải tần số phù hợp.

Hình 4. Hệ số SE khi có và không có tấm chắn

Quan sát kết quả hình 5, có thể thấy tấm chắn sóng điện từ hoạt động tốt trước bức xạ điện từ đến từ không gian bên ngoài tấm chắn.

Hình 5. Cường độ điện trường không gian bên trong và bên ngoài tấm chắn

Ngoài ra, với cách mô hình hóa tương tự, kỹ sư hoàn toàn có thể mô phỏng đánh giá hiệu quả chắn sóng điện từ, đảm bảo bức xạ điện từ bên trong không gian tấm chắn không gây ảnh hưởng đến môi trường bên ngoài tấm chắn.

       

Hình 6. Hiệu quả chắn sóng điện từ trước bức xạ điện từ ở không gian bên trong tấm chắn