Wpływ wysokości i nachylenia anteny na pomiary emisji radioelektrycznych powyżej 1 GHz w komorach bezodbiciowych EMC

Laboratorium EMC Łukasiewicz – ILiM ma akredytację Polskiego Centrum Akredytacji, spełniając wymagania systemu jakości wg PN-EN ISO/IEC 17025 na badania EMC już od 1996 roku, a aktualnie wykonuje badania w zakresie najnowszej dyrektywy EMC 2014/30/UE dotyczącej kompatybilności elektromagnetycznej oraz dyrektywy RED 2014/53/UE dotyczącej efektywnego wykorzystania widma radiowego, które są powiązane oznakowaniem CE urządzeń elektronicznych. Wspieranie polskich producentów w spełnieniu wymagań zasadniczych dyrektyw w celu legalnego wprowadzenia urządzeń elektronicznych na jednolity rynek Unii Europejskiej to niejedyne zadania placówki. Wykonuje ona również prace rozwojowe i jest aktywna w obszarze rozwoju globalnych norm dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej, w szczególności emisji promieniowanych do 18 GHz z wykorzystaniem komór bezodbiciowych EMC – rysunek 1.

 

Rys. 1. Wnętrze komory bezodbiciowej w Łukasiewicz – ILiM w Poznaniu

Warunki pomiaru emisji zaburzeń radiowych wymaganego przez normę EN55032 określa szczegółowo norma EN55016- -2-3. Definiuje ona wymagania systemu pomiarowego oraz metodykę badania. W przypadku pomiarów powyżej 1 GHz zmiana wysokości anteny pomiarowej (height scan) podczas badania wymagana jest tylko dla specyficznych urządzeń o dużym gabarycie, natomiast w normach międzynarodowych (z wyłączeniem USA) nie ma żadnych wymagań dotyczących pochylania anteny (tilt). Może to prowadzić do pominięcia konfiguracji pomiarowej, w której natężenie pola jest największe.

Na rysunku 2 pokazano konfigurację do pomiarów emisji promieniowanej w komorze bezodbiciowej.

Jak widać na rysunku 2, odległość pomiarowa d zmienia się wraz z wysokością anteny h w sposób pokazany na rysunku 3.

 

Rys. 2. Konfiguracja do pomiarów emisji promieniowanej w komorze bezodbiciowej EMC

 

Rys. 3. Wysokość anteny a odległość pomiarowa

 

Rys. 4. Układ pomiarowy

Dystans pomiarowy wzrasta wraz z wysokością anteny do ponad 4 metrów przy h=4 m. Oznacza to, że odległość pomiaru na wysokości anteny 4 m jest o 35% większa niż w pozycji startowej (1 m). Co natomiast powoduje pochylanie anteny? Po pierwsze zmniejsza wzrost odległości pomiarowej spowodowany zmianą wysokości (dt1 < dt2). Po drugie zmienia kąt anteny, kierując ją dokładniej w kierunku urządzenia – jest to szczególnie istotne w przypadku kierunkowych anten tubowych stosowanych zwykle do takich pomiarów. Wpływ tych dwóch czynników na pomiary emisji zaburzeń promieniowanych został sprawdzony w Centrum Technologii Radiowych i Kompatybilności Elektromagnetycznej Ł-ILiM. Pomiary wykonano w komorze bezodbiciowej SAC-3 (rys. 4) przy wykorzystaniu sterownika masztu, który zapewniał obsługę nachylania anteny (rys. 5).

 

Rys. 5. Ekran sterownika masztu antenowego

Zakres częstotliwości wynosił 1–3 GHz z uwagi na charakter obiektu promieniującego ze skokiem rejestracji 100 kHz. Czas przebywania dla każdej częstotliwości wynosił 50 ms. We wszystkich pomiarach jako szerokopasmowe źródło zaburzeń zastosowano stabilny emiter referencyjny CNE-III firmy York EMC Services.

Na rysunku 6 przedstawiono wyniki pomiarów emisji promieniowanej zrealizowane bez pochylania anteny. Pomiar wykonany tylko na wysokości 1 m porównano z wynikami uzyskanymi dla pełnego skanu wysokości 1–4 m. Jak widać na rysunku 5, emisja zarejestrowana podczas skanowania wysokości jest nawet o ponad 10 dBμV/m większa niż wynik uzyskany dla 1 m. Tak więc skanowanie wysokości anteny pozwoliło znaleźć emisje, które nie zostały wykryte na 100 cm.

Na rysunku 7 pokazano wyniki pomiarów emisji promieniowanej realizowanych z pochyleniem anteny. Podobnie jak poprzednio obydwa przebiegi w większości pozostają zbliżone, jednak w zakresie 1300–1600 MHz emisja zarejestrowana w trybie pochylania anteny jest nawet o ponad 15 dBμV/m więcej wyniku uzyskanego dla 1 m. Największą różnicę odnotowano przy 1483 MHz: 17 dBμV/m.

 

Rys. 6. Pomiar emisji promieniowanej bez pochylenia – pionowa polaryzacja anteny

 

Rys. 7. Pomiar emisji promieniowanej z nachyleniem – polaryzacja pozioma anteny

 

Rys. 8. Zestawienie pomiarów dla różnych ustawień anteny

Na rysunku 8 zestawiono pomiary wykonane:

• w sposób normatywny (wysokość tylko 1 m, bez zmiany wysokości),
• ze skanem wysokości anteny,
• ze skanem wysokości i pochylaniem anteny.

Jak widać, pomiar wykonany tylko na wysokości anteny 100 cm nie odkrył w pełni charakteru obserwowanego zjawiska – poziom emisji rejestrowany w zakresie 1350–1550 MHz był znacznie niższy niż w rzeczywistości. Już tylko użycie skanowania wysokości pozwoliło zaobserwować nawet o 11 dBμV/m wyższy poziom emisji. I to pomimo wzrostu odległości anteny od źródła wynikającej ze wzrostu wysokości. Po włączeniu opcji pochylania anteny do zarejestrowanego poziomu emisji dodaje się kolejne 4–5 dBμV/m i teraz osiąga on nawet 17 dBμV/m więcej niż przy pomiarze na stałej wysokości anteny 100 cm. Pokazuje to, że tylko skanowanie wysokości z pochyleniem anteny najpełniej oddaje naturę zjawiska emisji promieniowanych.

Krzysztof Sieczkarek, Adam Maćkowiak

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Logistyki i Magazynowania
Centrala: 61 850 48 90, office@ilim.lukasiewicz.gov.pl
ilim.lukasiewicz.gov.pl/laboratoria/ctr