使用同軸電纜製作近磁場探棒

近磁場探棒是偵測近場EMI常用的儀器，構造類似一個小型的環形天線。

除了購買以外，也可以使用同軸電纜製作。

同軸電纜構造如下圖（圖片來源：https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/coaxial-cable-illustrated）

 

中心是銅線，外面則有一層銅網屏蔽層，銅線與屏蔽層之間有塑膠隔絕。

屏蔽層外又有一層塑膠保護，有些同軸電纜的屏蔽層比較堅硬，所以最外層無塑膠。

目前常見的自製磁場探棒是以下兩種設計。

圖中橘線是銅線，黑線是屏蔽層，藍色部分是焊接點，塑膠的部分省略不畫上去。

=======================================================

第一種設計如下圖。

這種設計是將銅線與屏蔽層的最尾端一起與環形起點的屏蔽層焊起來，並且在探棒最前端切開屏蔽層藉此露出銅線（塑膠層可保留）

 

 

=======================================================

第二種方法是將銅線的最尾端與環形起點的屏蔽層焊起來，但屏蔽層尾端則保持開路。

探棒最前端不要切開屏蔽層。

 

 

 

 

 

 

 

 

=======================================================

看過一些資料說第一種比較靈敏，但我沒深入研究。

我自己實作過第一種，確實能偵測到低頻磁場。

參考資料 

Design and Study of a Wide-Band Printed Circuit Board Near-Field Probe

EMI 探头的 DIY 与使用

MagneticField Probes: What it is and how to make it (if you don’t want tobuy it)

Probing the Magnetic Field Probe 

Topic: DIY Magnetic field Probe

Make your own EMI measurement probes

EEVblog 1178 - Build a $10 DIY EMC Probe

電磁屏蔽原理：反射損失與吸收損失

金屬阻擋電阻波主要是透過兩種方法，分別是反射損失（Reflection Loss）與吸收損失（Absorption Loss）

________________________________________________ 

反射損失（Reflection Loss）是利用金屬的本質阻抗（Intrinsic Impedance，也有人稱為波阻抗）與自由空間阻抗377 Ohm的阻抗不匹配來造成反射。

金屬的本質阻抗如下[1][2][3]

 

 

 

μ是磁導率（Permeability），無磁性物質磁導率與真空相同，其值大約1.26*10^(-6)

σ是電導率（Conductivity），金屬的電導率通常都很高

ε是電容率（Permittivity），ε=ε0*εr，ε0是真空電容率（Vacuum Permittivity），εr是Relative Permittivity，有些資料會稱為介電常數（Dielectric Constant），不同物質的εr也不同，真空的εr = 1

只要金屬的本質阻抗與真空本質阻抗377 Ohm差異夠大，就能利用阻抗不匹配的原理來反射電磁波。

________________________________________________ 

吸收損失（Absorption Loss）是利用趨膚效應（Skin Effect）來讓電磁波在金屬內衰減，趨膚效應是指高頻電磁波只會在金屬表面流動而不會進入金屬內部，因此用一個厚度大於集膚深度（Skin Depth, δ）的金屬即可阻擋電磁波，公式如下[4][5]

 

 

δ單位為公尺（m）

μ與σ同上，分別是磁導率與電導率

由這個公式也可以看出低頻電磁波的δ比較大，這就是低頻電磁波會比較難阻擋的原因。

________________________________________________ 

參考資料

[1] 王博彥 . 電磁屏蔽材料之特性分析與應用模擬

[2] The Derivation of Intrinsic Impedance

[3] Wave Impedance and Phase

[4] 林漢年. 《電磁相容分析與設計 : 從PI與SI根因探討》ISBN 9789865647735.

[5] David M. Pozar. 《微波工程》ISBN 9789863780809

KiCAD新增原理圖(schematic)的方法

近日在練習使用KiCAD，卻一時之間找不到增加原理圖的方法

嘗試了幾次才知道與OrCAD或Altium Designer這類整合性較高的軟體不同，"KiCAD"這個主程式只是類似檔案總管的管理器，如果要增加原理圖，必須從KiCAD目錄中的Eeschema建立（如下圖）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

開啟Eeschema後再選擇"另存當前圖頁"，將.sch檔案存到已建立的KiCAD project所在的資料夾

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我將這個新增的原理圖取名為test2

接下來到"KiCAD"這個主程式查看目前project有哪些schematic，可以看到除了剛建立project時同時建立的test.sch之外，也有新增儲存的test2.sch

 

 

 

 

 

 

 

用BJT控制主動元件的電源

之前我寫過用BJT設計開關這篇文章，但這種方法通常用於建立邏輯電路，如果要用以控制主動元件，則需將BJT與元件串聯

下圖是用npn BJT控制運算放大器(Op Amp)的電路，CTRL高電位時，電流就會經由BJT流到Op，Op就會啟動

但使用npn BJT所需的CTRL電位可能會比pnp高，實際電壓多少要看BJT的datasheet

也有電路是將主動元件放在npn BJT的Collector與電源之間，BJT的Emitter直接接地，這種方法也是正確的

下圖是用pnp BJT控制運算放大器(Op Amp)的電路，CTRL低電位時，電流就會經由BJT流到Op，Op就會啟動

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

也有電路是將主動元件放在pnp BJT的Emitter與電源之間，BJT的Collector直接接地，這種方法也是正確的

上面的設計也可將BJT改為MOSFET

*****************************************

參考資料

Emitter-Follower 

Relay Switch Circuit

Connection diagram of PNP and NPN transistor outputs for electronic pressure switches

下拉電阻（Pull-down resistor）在開關中的用途

參考用BJT設計開關

 有次我做了一個p-type的反向器（如下圖），用以控制一顆零件的開關。

 

 

 

 

 

奇怪的是當SW高電位時，V_out應變成低電位，然而被控制的零件卻保持在高電位的狀態。

仔細檢查才注意到SW高電位時，V_out會類似於一個沒接地也沒電源的導線，與接地不同電位，需要加一顆下拉電阻（Pull-down resistor）讓V_out保持在低電位（如下圖）

 

都卜勒效應的影響

無線通訊的接收端與發射端若有相對速度，頻率會受都卜勒效應(Doppler effect)影響

然而根據 鎖相迴路應用於GPS定位系統之研究 這篇論文的計算，即使是速度三馬赫的火箭改變量只有±10.235 kHz，現在收發機中的濾波器通常沒窄頻到這種程度，所以其實設計收發機時不用過於擔憂都卜勒效應的影響

Op Amp(運算放大器)的飽和輸出電壓

 

 

 

這是一個運算放大器，某些教科書會說Vout最大值等於Vs+，最小值等於Vs-，然而實際上卻不一定

在實際的電子零件上，有不少OP的Vout最大值比Vs+小1 V，最小值比Vs-大1 V，所以若要使用上下限接近Vs的OP，就必須用有標註"rail to rail"的OP