Elektromanyetik uyumluluk için baskılı devre kartlarından kaynaklanan emisyonların modellenmesi

Abstract

ÖZET Bu tez çalışması çerçevesinde, (Printed Circuit Board, PCB) baskılı devre kartları üzerinde bulunan hat çiftlerinden akan akımlardan kaynaklanan elekromanyetik ışımalar ile hatların geometrisi arasındaki ilişki bir model yardımıyla incelenmiştir. Teorik sonuçların doğruluğu özel test ortamlarında yapılan ölçümlerle kıyaslanmıştır. Hatların geometrik yapısının parametreleri olarak; herbir hattın kalınlığı, hatlar arası uzaklık, hatların uzunluğu, dielektrik malzemenin £r katsayısı ve tabaka kalınlığı teorik hesaplamalara dahil edilmiştir. PCB hatlarının kendi aralarında ikişer ikişer bir transmisyon hattı modeli oluşturduğu düşünülerek, değişik geometrik ölçülere sahip hat çiftleri test amacıyla üretilmiştir. Teorik model olarak, hat çiftlerinin dipol anten dizisi oluşturduğu kabul edilmiş olup, Hertz dipol anten modeli uygulanmıştır. Emisyonlara neden olan akımın kaynağı incelenip ortak veya fark modunda olması durumuna göre elde edilecek sonuçlar araştırılmıştır. Bunu incelemek için bir akım kelepçesinden faydalanılmış ve alınan sonuçlar teorik model içine dahil edilmiştir. Ölçümler 30 MHz-1 GHz arasında yapılmasına rağmen akım kelepçesinin etkin çalışma frekansının ancak 200 MHz'e kadar çıkabilmesi nedeniyle karşılaştırmalar 30MHz-200MHz arası yapılmıştır. Giriş bölümünde, tez içerisinde kısaca ismi geçen kavramlar hakkında detaylı bilgiler verilerek konuya yabancı olanlar için bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde PCB hatlarına ait temel bilgiler ve hesaplamalar verilmiştir. Üçüncü bölümde, kullanılan modele ait açıklamalar verilmiş ve ileriki bölümlerde test ortamlarında elde edilen sonuçlar ile model karşılaştırılarak yorum yapılmıştır. VIITez içinde vurgulanmak istenen diğer bir nokta ise, benzer ölçümleri değişik test ortamlarında gerçekleştirerek ortamlar arası karşılaştırmaya imkan sağlamaktır. Test ortamlarınından kast olunan birimler: Giga hertz Transverse Electromagnetic (GTEM) olarak adlandırılan test ortamı veya Full Anechoic Chamber veya Compact Diagnostic Chamber(CDC)-Tam Yansımasız Oda (TYO) olarak adlandırılan test ortamı veya Open Area Test Site (OATS)-Açık Saha Test Alanı (ASTA) olarak adlandırılan test ortamlarıdır. TÜBİTAK MAM UEKAE bünyesinde bulunan bu ortamlardan sonuncusu tez çalışması sırasında tam olarak kullanıma hazır olmadığı için, üzerinde ölçümler gerçekleştirilmeyip, yapı hakkında kısaca bir bilgi diğer ortamlarla birlikte EK-A'da verilmiştir. VIII

SUMMARY Electromagnetic Compatibility (EMC) regulations and standards have become more and more important for digital equipment manufacturers day by day. Since the main part of the electronic equipments is a PCB land, most of the unintentional emissions on equipments origin from PCB lands. During the last decades, very important investigations have been made in literature. The environment of PCB lands is highly inhomogenious, therefore obtaining the analytical expressions for design parameters is so difficult even for such a simple two parallel tracks. The transmission line model is the most famous for the PCB and wire radiation mechanism modelling An effective method on the calculation of transmission line parameters is the capacitance matrix calculationThe numerical methods; Method Of Moments, Finite Element Method also applied to solve this problem. The last one gives more accurate results, but construction of the mesh type for each case is another problem and the several valuable investigations published on this phenomena. In this thesis a simple model is applied on the prediction of radiated emissions from PCB lands. Basically this model assumes that, PCB lines act as dipole antenna arrays and the measurement point is in the far field region. For EMC measurements, an OATS (Open Area Test Site) or Semi-anechoic Chamber tests are approved by FCC. The far field conditions can be achieved at these setups for the defined frequency range. On the other hand a GTEM cell (Giga hertz Transverse Electro Magnetic) can be used for emission and susceptibility tests. But the confirmation of radiation tests has been approved only under limited conditions by the FCC. Only susceptibility tests are validate in standards. Since the test area is limited in a GTEM cell comparing with a Semi-anechoic Chamber, the usability of GTEM cell for measuring the radiated emissions from PCB lands and the applicability of a simple far field model are also investigated. For this purpose, measurements are made both in a GTEM cell and in a Compact Diagnostic Chamber. IX