Kompatybilność elektromagnetyczna - pomiar emisyjności
| TechnikaWszystkie produkty wprowadzane na rynek Unii Europejskiej muszą być oznaczone symbolem CE. W przypadku sprzętu elektronicznego konieczne jest tym samym spełnienie określonych wymogów stawianych przez dyrektywę EMC. Określa ona m.in. dopuszczalną ilość emitowanych zaburzeń elektromagnetycznych.
Czułość systemu pomiarowego
Rys. 4. Minimalne wymiary OATS
Kolejnym aspektem związanym z pomiarem emisyjności jest czułość systemu pomiarowego. Problem ten nabiera szczególnego znaczenia, gdy antena jest podłączona do analizatora widma i jest oddalona od badanego urządzenia o 10 metrów. Po uwzględnieniu współczynnika antenowego, czułości analizatora widma i tłumienności przewodu może się okazać, że czułość całego systemu pomiarowego jest zbyt mała, aby określić, czy testowane urządzenie emituje zaburzenia na dopuszczalnym poziomie.
Niektóre komercyjne standardy wymagają, aby pole elektryczne wytwarzane przez urządzenia nie przekraczało 30 dBμV/m dla częstotliwości mniejszych niż 230 MHz oraz nie więcej niż 37 dBμV dla częstotliwości wyższych. Zestawiając wymogi dyrektywy z czułością przykładowego systemu (rys. 3), widzimy, że poprawny pomiar natężenia pola elektrycznego nie jest możliwy. Aby wpływ szumu był na poziomie mniejszym niż 1dB, poziom czułości sprzętu pomiarowego powinien być większy przynajmniej o 6dB od mierzonej wartości sygnału.
CISPRGłówny obszar działalności Międzynarodowej Komisji Specjalnej ds. Interferencji Radiowych CISPR (Comite International Special des Perturbations Radioelectriques) założonej w 1934 roku stanowią fale elektromagnetyczne wytwarzane przez sprzęt medyczny, naukowy i urządzenia służące do przesyłania informacji. W skład CISPR wchodzi sześć aktywnych podkomisji:
CISPR opracowuje standardy pomiarów interferencji i zaburzeń przewodzonych. Przygotowane dokumenty mają na celu podniesienie jakości i powtarzalności prowadzonych pomiarów. Określają one takie czynniki, jak długość przewodów, konfiguracja sprzętu pomiarowego czy metody ekranowania. Wśród publikacji opracowanych przez CISPR można wymienić:
|
Wynika z tego, że bezpośrednie zastosowanie analizatora w niektórych sytuacjach nie jest możliwe. Znacznie większą czułość oferują pomiarowe odbiorniki zaburzeń, ale za odpowiednio wyższą cenę. Pewnym kompromisem jest stosowanie przedwzmacniaczy lub preselektorów, które umożliwiają zmniejszenie efektywnego poziomu szumu tła o 20...25dB. Dla prowadzonych pomiarów znaczenie ma także polaryzacja pola elektrycznego.
Może ono być spolaryzowane poziomo, pionowo lub być nachylone pod określonym kątem. Jest to uzależnione od właściwości nadajnika (w tym przypadku od ułożenia EUT) oraz odbić sygnału od pobliskich obiektów. Maksymalna wartość sygnału zostanie zarejestrowana, gdy polaryzacja będzie zgodna, natomiast minimalna wartość sygnału zostanie zarejestrowana, gdy polaryzacja będzie ortogonalna. Podczas przeprowadzenia pomiarów należy zadbać o to, aby anteny były spolaryzowane zgodnie, a otrzymywany sygnał był maksymalny. Ustalenie sposobu ułożenia urządzenia sprowadza się do wykonania serii wstępnych pomiarów, podczas których wykrywa się moment rejestracji najsilniejszego sygnału zaburzającego.
Miejsce prowadzenia pomiarów
Rys. 5. Stanowisko pomiarowe do określenia współczynnika NSA
Punktem odniesienia dla standardu CISPR są pomiary prowadzone w otwartym polu pomiarowym (Open Area Test Site - OATS). Minimalne wymagania, jakie musi ono spełniać, przedstawiono w normie EN55022. Pierwszym wymogiem jest usunięcie wszelkich metalowych obiektów, które mogłyby odbijać fale elektromagnetyczne (klamki, zawiasy, luźne przewody, metalowe puszki, obudowy komputerów etc.). Minimalne wymiary OATS pokazano na rysunku 4, choć w praktyce powinny być one większe, aby zagwarantować powtarzalne i w miarę dokładne wyniki.
Ponadto teren musi być płaski i nie może się w nim znajdować sprzęt pomiarowy. Można go umieścić pod otwartym polem pomiarowym, gdy jest ono zlokalizowane w wielopiętrowym budynku. Można rozważyć wykorzystanie płaskiego dachu pod warunkiem, że w jego pobliżu nie ma parkingu. Następną kwestią związaną z pomiarami są odbicia od podłoża. Podczas przygotowywania standardów były one niemożliwe do uniknięcia, więc ich występowanie zostało ujęte w opracowaniach związanych z pomiarami emisyjności.
Ustalono, że podłoże musi zostać wykonane z materiału przewodzącego, którego minimalne wymiary pokazano już na rysunku 4. Jest to jednak niezbędne minimum, które należy zwiększyć. Najlepszym rozwiązaniem są zespawane arkusze blachy, jednakże często okazuje się to niepraktyczne. Lepsza pod tym względem jest metalowa siatka, gdyż w przeciwieństwie do blachy nie ulega wypaczeniu pod wpływem temperatury (po starannym ułożeniu) i łatwiej jest ją osuszyć.
Near Field ProbeNiekiedy zachodzi potrzeba określenia, w którym miejscu urządzenia powstaje najwięcej zaburzeń. Nie nadają się do tego celu normalne komory pomiarowe, gdyż określają one całościowe natężenie pola elektrycznego. Do wyszukiwania "gorących punktów" stosuje się specjalne sondy przeznaczone do badania bliskiego pola (Near Field Probes). Spotyka się dwa rodzaje takich sond:
Niestety, sondy tego typu wymagają ustalenia kompromisu pomiędzy czułością i rozdzielczością przestrzenną. Im większy jest rozmiar próbnika, tym słabsze sygnały jest on w sanie zarejestrować, a jednocześnie z mniejszą precyzją można zlokalizować źródło zaburzeń. Zależność tę można odwrócić, zmniejszając wymiary sondy. Lokalizacja "gorących punktów" jest dokładniejsza, ale rejestrowane są tylko odpowiednio silne sygnały. |
Należy jednak mieć na uwadze, że oczka takiej siatki nie powinny mieć średnicy większej niż 10% długości fali dla najwyższej częstotliwości. Ponadto poszczególne ogniwa siatki powinny być ze sobą połączone w sposób zapewniający przewodność, a drut, z którego są wykonane, nie może być pokryty materiałami dielektrycznymi (jedynym akceptowalnym wyjątkiem jest farba). Oczywistą wadą otwartej przestrzeni pomiarowej są błędy wynikające z obecności zaburzeń elektromagnetycznych pochodzących od źródeł znajdujących się w pobliżu.
Szczególnie niekorzystne warunki panują w miastach ze względu na duże zagęszczenie nadajników radiowych, stacji bazowych telefonii komórkowej, alarmów itp. Emitowane przez nie pole elektromagnetyczne wpłynie na otrzymane wyniki i utrudni ocenę emisyjności EUT. Również zła pogoda stanowi utrudnienie. Deszcz może powodować powstawanie dodatkowych odbić od mokrych powierzchni i wpłynąć na wyniki pomiarów, a zamoczenie sprzętu grozi jego nieprawidłową pracą.
Najprostszym rozwiązaniem jest przykrycie testowanego urządzenia oraz sprzętu pomiarowego (jeżeli nie umieszczono go poniżej podłoża OATS). Do zabezpieczania przed deszczem najlepiej nadaje się włókno szklane.Wad otwartej przestrzeni pomiarowej pozbawione są ekranowane komory pomiarowe. Są one w całości obudowane blachą, przez co stanowią klatkę Faradaya, której wnętrze jest odizolowane od zewnętrznych pól elektromagnetycznych.
Zamknięty charakter takich pomieszczeń chroni przed zjawiskami atmosferycznymi. Problem stanowią jednak odbicia fal od ścian i sufitu co, po uwzględnieniu podłogi, daje 6 ścieżek propagacji odbitego sygnału. Testowanie sprzętu w takich warunkach jest zasadniczo niemożliwe, bo wprowadzane tłumienie sygnału jest bardzo trudne do kontrolowania i oszacowania. Jedynym rozwiązaniem jest wyłożenie wewnętrznych powierzchni materiałami absorbującymi fale radiowe.
