An innovative radiated susceptibility test based on crosstalk phenomenon

The present dissertation is the result of a continuous several months effort that has been carried out at the Electronics, Information and Bioengineering Department of the Politecnico di Milano in association with the EMC group and under supervision of Prof. S. A. Pignari. The main objective followed thorough this study was to elaborate an innovative radiated susceptibility test procedure that is suited for performing radiated immunity tests at unit level in complex systems. In particular, the ultimate procedure is targeted to be an alternative approach for the conventional methods applied in radiated susceptibility testing of multi-wire bundles interconnecting units. To this end, the proposed method resorts to an auxiliary circuit loop intended to be positioned in close proximity of the interconnecting wiring structures. The auxiliary circuit is excited in a controlled manner to give rise to Crosstalk (XT) coupling to the cable under test that induces the same electromagnetic disturbances into the terminal units as those induced through Field-to-Wire (FW) coupling caused by unit irradiations during conventional methods. The proposed test efficiency will be assured since a rigorous equivalency will be enforced between the Crosstalk and Field-to-Wire coupling mechanisms. The derived test procedure has been well fortified through software simulations and practical validation. This method is a privileged alternative to the conventional method, characterized by ease of implementation, imposing significantly less restrictions regarding the required setup and being as well more cost and energy optimized. Moreover, the test validity is guaranteed for higher frequency bands of interest and a wide range of termination loads. Having the ultimate goal declared, at the first stage we perform an introductory review upon the radiated emissions and susceptibility by introducing the related imperative governmental regulations and perusing the radiated emissions in terms of causes and effects. Afterwards, since the proposed test method is aimed at accurate FW-coupling reproduction via XT, it is worthwhile to have a more profound understanding of the FW-coupling mechanism. With this in mind, after introducing the structure under analysis, we will review the studies efficiently presenting mathematical models describing the involved mechanism in this phenomenon. The core of the research work comes after, in which the analytical XT related model will be precisely derived and perused as regard the required manipulations with the aim of reaching an equivalency to the reference (i.e. FW-coupling) model. Once the theory behind the work is well expanded, the experimental validation of the test procedure will be represented. At the final stage, a comparative study pertaining to the assessment of the achieved practical results with respect to previously developed theoretical predictions, exhibits that the proposed test method is capable of reproducing with very high level of accuracy the aimed effects at the terminal units. The advantageous results are attained for any direction of incidence and polarizations of the targeted impinging field without the employment of large and costly test facilities.

Il presente lavoro di tesi è il risultato di diversi mesi di lavoro, svolti presso il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano in collaborazione col gruppo EMC. Il principale obiettivo è stato l’elaborazione di una tecnica innovativa per verifiche di suscettibilità radiata a livello unità in sistemi complessi. In particolare, la procedura proposta rappresenta un’alternativa ai test di tipo tradizionale e può essere utilizzata per unità interconnesse da cablaggi complessi. A tale scopo, il metodo proposto fa uso di un circuito generatore positionato in stretta possimità con il cablaggio in prova in modo da indurre tramite diafonia nelle terminazioni del cablaggio lo stesso disturbo cui le unità in prova sarebbero sottoposte durante un test di suscettibilità radiata di tipo tradizionale. La procedura proposta è stata validata mediante simulazioni numeriche e verifiche sperimentali. Il metodo proposto rappresenta un’interessante alternativa rispetto alle procedure di prova tradizionali grazie alla sua semplicità e convenienza in termini di tempi e costi. Inoltre, la procedura proposta garantisce equivalenza con test di immunità radiata di tipo tradizionale in un vasto intervallo di frequenze e indipendentemente dalle specifiche terminazioni del circuito vittima. Avendo enunciato l’obiettivo principale, nella prima parte del lavoro si richiamano i concetti fondamentali alla base di emissioni e suscettibilità radiata. In particolare, dopo aver introdotto i requisiti imposti dalla normativa vigente, si esaminano le emissioni radiate in termini di cause e effetti. Similmente, si richiamano i principali riferimenti normativi in materia di suscettibilità radiata e si passano in rassegna le principali tecniche di prova previste dalla normativa vigente. In seguito, siccome lo scopo del test proposto è la riproduzione mediante diafonia del disturbo indotto alle terminazioni del cablaggio in prova da un campo elettromagnetico interferente esterno, il lavoro si concentra sul meccanismo di accoppiamento di un campo elettromagnetico (interferente) con una struttura filare (linea di trasmissione). A tale scopo, dopo aver introdotto la struttura in esame, si richiamano brevemente i principali modelli disponibili in letteratura finalizzati alla rappresentazione e predizione del fenomeno di accoppiamento tra un campo interferente e una linea di trasmissione. Si introduce, in ultimo, il modello che verrà utilizzato nel corso del lavoro. Segue la parte principale del lavoro, dove il modello predittivo della diafonia viene sviluppato e utilizzato per investigare la possibile equivalenza con il fenomeno di accoppiamento campo-linea. In virtù dei risultati ottenuti, la strategia di riproduzione degli effetti di accoppiamento campo-linea verrà elaborata dal punto di vista teorico e validata sperimentalmente. Infine, il modello proposto verrà ottimizzato per divenire più generale. Una volta che la teoria alla base della procedura di equivalenza sarà illustrata, i risultati delle validazioni sperimentali verranno presentati con specifico riferimento alla tecnica adottata per la realizzazione pratica del test nonché il setup e la strumentazione richiesta. Il confronto tra i risultati ottenuti sperimentalmente e le predizioni teoriche elaborate nella prima fase consentirà di verificare l’accuratezza della procedura di test proposta.