Rys. 1.
Niestety takie rozwiązania pozwalają tylko na punktowy pomiar natężenia pola dla jednego elementu. Co więcej, pomiar samą sondą bywa często bardzo niedokładny, co wynika z problemów z zachowaniem stałej odległości sondy od mierzonego elementu. Niemożliwe są także pomiary elementów i płytek pracujących, a więc z warunkami pomiaru zmieniającymi się dynamicznie. Wszystkie te niedogodności można rozwiązać, używając skanerów pola bliskiego, wyposażonych w macierz detektorów.
Skanery pola bliskiego, które potrafią mierzyć promieniowanie pola bliskiego w czasie rzeczywistym, oferuje kanadyjska firma EMSCAN. W swojej ofercie producent ma dwa podstawowe rodzaje skanerów: EMxpert i RFxpert.
Skaner do pomiarów EMC i EMI - EMxpert
Rys. 2.
EMxpert zbudowany jest z matrycy zawierającej 1218 sensorów pola magnetycznego, dzięki którym można zdiagnozować promieniowanie elektromagnetyczne z płytki PCB nawet o rozmiarach 31,6×21,8 cm z efektywną rozdzielczością 3,75 mm. Ma on zoptymalizowane wymiary U6, co pozwala na pomiar pracujących już płytek w urządzeniach. Skaner mierzy promieniowanie z całej powierzchni płytki lub zaznaczonych przez operatora obszarów.
We współpracy z analizatorem widma możliwy jest pomiar intensywności promieniowania całego badanego obiektu. Należy zaznaczyć, że nie ma konieczności ekranowania układu pomiarowego, co znacznie ogranicza koszty. Otrzymuje się wykres wielkości promieniowania w funkcji częstotliwości z zaznaczonego obszaru (całej płytki PCB lub jej części) - rysunek 1.
Można dodatkowo zmierzyć rozkład przestrzenny promieniowania na dowolnie wybranej częstości, np. na częstotliwościach dominujących w widmie. Daje to możliwość diagnozy, który z elementów jest źródłem promieniowania o największej mocy. I wówczas ten element można wymienić lub skompensować układ, np. innymi elementami, aby obniżyć szkodliwe promieniowanie - rysunek 2.
Odczyt zmian rozkładu promieniowania elektromagnetycznego widoczny jest w czasie rzeczywistym. Widać więc na bieżąco zmiany w intensywności promieniowania poszczególnych elementów. Skaner taki staje się idealnym narzędziem dla konstruktorów, którzy natychmiast mogą sprawdzić zmiany promieniowania w trakcie projektowania płytki drukowanej, wybierać najlepszy rozkład elementów elektronicznych i wprowadzać kompensację. Skaner EMxpert diametralnie skraca czas projektowania płytek w ujęciu wymagań EMC, dzięki stałej kontroli promieniowania już na poziomie projektowania.
Rys. 3.
Dodatkowo skaner EMxpert można wykorzystywać do kontroli produkcji (porównywanie produktu do certyfi kowanego wzorca), sprawdzania jakości połączeń, szczelności obudowy oraz dokładności filtrowania wybranych częstotliwości.
Dostępne jest również oprogramowanie, które przelicza intensywność promieniowania EM pola bliskiego na pole dalekie w odległości 3 i 9 m, co umożliwia wstępne sprawdzenie, czy wielkość promieniowania mieści się w normach, a wszystko to można wykonać na stole laboratoryjnym.
Badanie powyższe zastępuje pomiary w komorze bezechowej lub typu G-TEM. Dodatkową możliwością urządzenia EMxpert jest badanie odporności. Porównując promieniowanie przy zaburzeniu (promieniowanym lub przewodzonym) i bez zaburzenia, można obserwować, które elementy układu są wrażliwe na czynniki zewnętrzne - rysunek 3.
Skanery do badań EMC i EMI dostępne są w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 4 GHz, a w najbliższym czasie dostępna będzie wersja do 8 GHz.
Skaner do pomiarów charakterystyk anten RFxpert
Rys. 4. Porównanie wyników ze skanera (lewa) i z komory (prawa)
Pomiary pola bliskiego można także wykorzystać do pomiarów charakterystyk anten. Dzięki pomiarom rozkładu amplitudy promieniowania, fazy oraz polaryzacji możliwe jest obliczenie rozkładu pola EM w polu dalekim. Pomiar taki jest równorzędny z pomiarem charakterystyki źródeł w polu dalekim. Wyniki obliczeń parametrów na podstawie pomiarów pola bliskiego określają wartości charakterystyki anten z dokładnością do ±1,5 dB (rys. 4).
System idealnie zastępuje duże i drogie układy pomiarowe anten mierzące bezpośrednio pole dalekie. Nie trzeba mieć pełnego kilkumetrowego pola pomiarowego odizolowanego od smogu elektromagnetycznego, który nas otacza. Pomiary wykonuje się w zasadzie na stole, kładąc bezpośrednio antenę na skanerze.
RFxpert ma wbudowany odbiornik, co sprawia, że jest on urządzeniem samodzielnym. Może także współpracować z analizatorem sieci. Umożliwia to automatyzację pomiarów w pełnym paśmie częstotliwości. Trzeba jednak pamiętać, że pomiar na jednej częstotliwości trwa około sekundy. Widać więc, że pełny pomiar charakterystyk anteny w całym przedziale częstotliwości trwa tylko minuty.
Oprogramowanie skanera automatycznie oblicza efektywność i wzmocnienie anteny. Prezentuje wyniki w różnych konfiguracjach i układach współrzędnych. RFxpert ma wbudowane funkcje, które umożliwiają bezpośredni pomiar GSM, CDMA, WCDMA, WiFI, WiMAX, LTE, Bluetooth, RFID, GPS oraz zwykłych anten. Zakres pomiarowy RFxperta zawiera się w przedziale 300 MHz - 6 GHz.
Podsumowanie
Skanery pola bliskiego to znakomita alternatywa dla skomplikowanych systemów pomiaru wykorzystujących pomiar pola dalekiego, który w dzisiejszym świecie musi być ekranowany i ze swojej zasady działania (pomiary w kilkumetrowej odległości od źródła) zajmują wiele miejsca. Przewagą skanerów jest ich mobilność i dostępność.
Używanie skanerów skraca czas przygotowania do pomiarów, czas pomiarów, ale co ważniejsze, drastycznie ogranicza koszty badań. Konstruktor (płytek PCB lub anten) może mieć skaner na swoim biurku i bezpośrednio sprawdzać zmiany swoich urządzeń. Takie możliwości znacząco skracają czas potrzebny do wprowadzenia nowego produktu na rynek.
UEI - Urządzenia Elektroniczne Import
www.uei.com.pl
