Limiti fondamentali della taratura delle sonde di corrente a radiofrequenza

Nella compatibilità elettromagnetica (EMC) la misura di correnti è particolarmente importante, specie alle alte frequenze. Infatti, al crescere della frequenza, la tensione tende a perdere di significato in quanto la variazione del flusso concatenato con la spira di misura è tale per cui il campo elettrico diviene non-conservativo e non vale più il concetto di potenziale. In altre parole la forza elettromotrice rilevata dipende dalla forma della spira di misura quindi la misura o non è riproducibile oppure, se resa riproducibile, ha solo valore convenzionale. Al contrario la corrente non perde mai di significato fisico ed è la sorgente dei campi di disturbo [1, §3.21]. Per le misure di correnti a radiofrequenza (RF) sono comunemente impiegate nella EMC delle sonde di corrente basate sul principio del trasformatore. Il primario è costituito dal circuito sotto misura, il secondario dall’avvolgimento che realizza la sonda di corrente. Le sonde sono dotate di uno schermo selettivo (reiezione del campo elettrico ma non del campo magnetico) e sono apribili a pinza. Comune è anche l’impiego di pinze di iniezione per prove di immunità. Sono dispositivi molto simili alle sonde di corrente che vengono però impiegati nel funzionamento inverso, per indurre anziché misurare correnti. Per un’introduzione al funzionamento e all’impiego di sonde di corrente e pinze di iniezione si veda [2]. Il campo di frequenza di impiego di entrambi i dispositivi per prove normalizzate si estende generalmente fino ad alcune centinaia di MHz (ad esempio fino a 400 MHz in [3], 200 MHz in [4] e 80 MHz in [5]). Impieghi in ambito di misure a scopo conoscitivo (es. prove di pre-conformità) e scientifico possono raggiungere 1 GHz (si veda [6] per una applicazione recente) e diversi esemplari commerciali sono disponibili per coprire tale intervallo di frequenza. La cella di taratura più comunemente impiegata per questi dispositivi è quella riportata nella Figura A.2 di [5]. Dubbi però sono stati sollevati sulla possibilità di impiego di tale cella fino a frequenze dell’ordine del GHz per via della pratica impossibilità, con tale struttura, di controllare il valore della corrente primaria a tali frequenze. Una possibile soluzione è stata proposta in [7]. A prescindere dalla taratura del dispositivo, nell’impiego sul campo, in particolare nella EMC dove si ha a che fare con sorgenti non-intenzionali, la corrente sotto misura non è mai costante lungo i conduttori. Tenuto conto che le sonde di corrente hanno dimensioni dell’ordine della lunghezza d’onda e la variazione spaziale di corrente è in genere significativa lungo il loro asse occorre chiedersi cosa questi dispositivi stiano effettivamente misurando (ad esempio una qualche media della corrente lungo l’asse?). Scopo del pre-sente contributo è identificare la quantità effettivamente misurata da una sonda di corrente. Vedremo che lo schermo della sonda svolge un ruolo fondamentale. Strumento essenziale dell’analisi sarà un simulatore elettromagnetico commerciale le cui predizioni saranno confrontate con formule analitiche e i risultati di analisi di modelli circuitali.