Kompatybilność elektromagnetyczna - pomiar emisyjności

Piątek, 01 października 2010 | Technika

Wszystkie 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.

Spis treści

Ocena jakości komory i otwartej przestrzeni pomiarowej

Rys. 6. Przykładowe rozplanowanie stanowiska pomiarowego

Przed rozpoczęciem badań w otwartej przestrzeni pomiarowej lub ekranowanej komorze należy sprawdzić, czy spełnia ona wymogi przewidziane przez standard. Odpowiedź na to pytanie daje pomiar współczynnika NSA (Normalized Site Attenuation). Jego wyznaczenie wymaga zestawienia sprzętu w sposób przedstawiony na rysunku 5.

Zadaniem generatora śledzącego jest wytworzenie sygnałów testowych (poszczególne częstotliwości w zakresie mierzonego pasma), które zostaną zmierzone przez odbiornik pomiarowy lub analizator widma kilkanaście razy dla różnych polaryzacji anten oraz dla różnych wysokości anteny odbiorczej. Odległość między antenami powinna wynosić 3m lub 10m. Po odjęciu współczynników antenowych od otrzymanych wyników, ostateczny NSA jest dany wzorem:

NSA [dB] = Vdirect - Vsite - Aft - Afr,

gdzie: Vdirect - amplituda sygnału emitowanego przez antenę nadawczą,
Vsite - amplituda sygnału zmierzonego przez antenę odbiorczą,
Aft i Afr - współczynniki antenowe, odpowiednio, anteny nadawczej i odbiorczej.

Pomieszczenie spełnia normy, jeżeli NSA mieści się w granicach -4...+4dB. Oznacza to, że nadawany sygnał może być wzmocniony lub tłumiony przez pomieszczenie maksymalnie o 4dB. Warte uwagi jest to, że w ramach tego limitu należy uwzględnić niepewność pomiaru (omówioną w dalszej części artykułu).

Zmniejszenie niepewności pomiaru zwiększy szansę na uzyskanie wyników pozwalających zaklasyfikować przestrzeń pomiarową jako spełniającą wymogi standardu. Warto zauważyć, że w dopuszczalnym limicie -4...+4dB należy uwzględnić także zaburzenia przedostające się z zewnątrz, co będzie miało miejsce w otwartej przestrzeni pomiarowej. Nie można natomiast potraktować NSA jako poprawki nanoszonej na wyniki pomiarów.

Pomiary

Rys. 7. Zasada działania detektorów do pomiaru mocy w.cz.

Pomiary wykonuje się z wykorzystaniem stołu wykonanego z nieprzewodzącego materiału, którego blat będzie znajdował się na wysokości 80cm. Powinien być on obracany, gdyż podczas badania urządzenie musi być obracane wokół własnej osi w celu odnalezienia takiego jego ułożenia, w którym antena odbiorcza rejestruje maksymalny poziom sygnału. W sytuacji, gdy badane urządzenie jest zbyt duże, aby umieścić je na stole, należy być przygotowanym na możliwość przemieszczania anteny odbiorczej wokół stołu.

Oczywiście antena musi być oddalona od badanego urządzenia na określoną odległość (najczęściej 3m lub 10m). Rozplanowanie stanowiska pomiarowego pokazano na rysunku 6. Podstawową zasadą jest dążenie do zarejestrowania maksymalnego natężenia pola elektrycznego. Po pierwsze należy zmieniać wysokość anteny odbiorczej w zakresie od 1 do 4m, tak aby uniknąć sztucznego zaniżenia poziomu sygnału na skutek powstawania zaników.

Po drugie, konieczne jest obracanie urządzenia lub anteny, aby określić, od której strony EUT wytwarza najsilniejsze promieniowanie. Duże znaczenie dla emisyjności ma konfiguracja (tryb pracy) testowanego urządzenia. Zasadniczo należy przetestować wszystkie dostępne tryby pracy, aby określić maksymalne natężenie pola elektrycznego (tzn. zmierzyć emisyjność podczas odbierania i wysyłania danych, przebywania w trybie pełnej aktywności, obsługi pamięci, komunikacji z otoczeniem, ładowania, pracy z zewnętrznym zasilaczem itp.).

Pod uwagę bierze się także oprogramowanie, które wpływa na emisyjność. Przykładem może tu być rozpoczęcie transmisji radiowej po naciśnięciu przycisku czy zmiana konfiguracji wewnętrznej pętli PLL, skutkująca podniesieniem częstotliwości taktowania rdzenia. Niekiedy urządzenia wytwarzają pole elektromagnetyczne o dużym natężeniu przez krótki czas w długich odstępach (np. czujnik wysyłający dane drogą radiową co kilka minut).

FAR

Postęp, jaki się dokonał w ostatnich latach w dziedzinie materiałów pochłaniających promieniowanie radiowe, umożliwił skonstruowanie komory w pełni bezechowej FAR (Fully- Anechoic Room). Różnica w stosunku do ekranowanych komór pomiarowych polega na umieszczeniu materiału absorbującego również na podłodze.

W efekcie wyeliminowane zostaje odbicie fali od podłoża i do anteny odbiorczej dociera jedynie sygnał bezpośredni. W tak skonstruowanej komorze nie ma potrzeby wykonywania serii pomiarów dla różnej wysokości anteny odbiorczej. Skróceniu ulega czas pomiaru i zmniejsza się jego niepewność.

Zarejestrowanie maksymalnego poziomu emisji będzie wtedy trudne i czasochłonne. Najlepszym wyjściem jest przygotowanie specjalnego trybu testowego, który powodowałby np. intensywne wykorzystywanie kanałów komunikacyjnych i układów peryferyjnych tak, aby łatwo można było zarejestrować maksymalny poziom zaburzeń. Szczególnej uwagi wymagają też urządzenia wyposażone w gniazda i złącza przeznaczone do urządzeń peryferyjnych (klawiatur, myszy, pamięci masowych).

Urządzenia te powinny zostać podłączone, aby określić ich wpływ na poziom emitowanych zaburzeń. Długość użytych przewodów zasilających i komunikacyjnych powinna odpowiadać typowym długościom, z jakimi będzie miał do czynienia końcowy użytkownik. Na czas pomiaru przewody powinny być złożone, ale nie zwinięte w sposób tworzący pętlę. Podczas pomiarów powinien być zachowany dystans pomiędzy testowanym urządzeniem i anteną. Najczęściej spotykane wartości to 3, 10 i 30m.

W standardzie EN55022 dystans jest zdefiniowany jako odległość pomiędzy granicą urządzenia i punktem odniesienia anteny. Należy zauważyć, że dopuszczalny limit zaburzeń emitowanych przez badane urządzenie jest najczęściej podawany dla odległości 10m. Test może zostać przeprowadzony, gdy urządzenie jest oddalone od anteny o 3m, jednakże należy uwzględnić poprawkę wynikającą z tej odległości (przy odległości 10m zmierzony poziom sygnału będzie niższy o około 10,5dB).

Tabela. Materiały absorbujące promieniowanie radiowe

Pomiary z odległości 10m wymagają znacznie więcej miejsca, dlatego dystans 3m jest dość popularny. Podczas pomiarów antena jest ustawiana w taki sposób, aby otrzymywać największą możliwą wartość pola. Ustawienie jest uzależnione od zysku anteny i jej charakterystyki kierunkowej. Współczynnik antenowy jest najważniejszym parametrem, jaki należy mieć na uwadze podczas prowadzenia pomiarów.

Z tego względu anteny przeznaczone do pracy w szerokim zakresie częstotliwości są dostarczane z dokumentacją, w której zawarto współczynnik antenowy (w dB/m dla anten mierzących pole elektryczne) w funkcji częstotliwości. Dokonując pomiaru pola elektrycznego, należy pamiętać o uwzględnieniu - oprócz współczynnika antenowego - także tłumienia przewodu łączącego antenę z aparaturą pomiarową. Tłumienność przewodu jest funkcją częstotliwości, choć dodatkowo może być zależna także od temperatury.