Komory pierwszego typu klasyfikuje się na całkowicie (Fully Anechoic Chamber) oraz częściowo bezodbiciowe (Semi-Anechoic Chamber). W obu przypadkach są to pomieszczenia ekranowane. Różnica między komorami obu rodzajów polega na tym, że w pierwszych ściany, sufit i podłoga są pokryte materiałami pochłaniającymi promieniowanie elektromagnetyczne, natomiast w drugich podłogę wykonuje się z materiału je odbijającego, zazwyczaj z blachy stalowej. Dzięki wyłożeniu absorberami wszystkich powierzchni w komorach pierwszego typu, fale elektromagnetyczne są całkowicie pochłaniane i tworzy się środowisko wolne od odbić. W komorach drugiego rodzaju obecność powierzchni refleksyjnej dla promieniowania sprawia, że jego energia jest absorbowana tylko w części. W związku z tym w komorach całkowicie bezodbiciowych symulowane są warunki w wolnej przestrzeni, natomiast w drugich – warunki w wolnej przestrzeni nad powierzchnią gruntu, które odpowiadają warunkom rzeczywistym, jakie występują podczas testów na stanowiskach w otwartej przestrzeni.
Generalnie komory pierwszego typu, ze względu na konieczność pokrycia wszystkich powierzchni absorberami, są trudniejsze oraz droższe w realizacji. Oprócz tego, w związku z tym, że również podłoga jest nimi wyłożona, trudniejsze jest korzystanie z nich. Z tego też powodu w komorach częściowo bezodbiciowych łatwiej można przeprowadzić badania pojazdów i cięższych sprzętów, takich jak maszyny przemysłowe, dla których połoga stanowić będzie solidne podparcie. Komory całkowicie bezodbiciowe tymczasem wykorzystuje się przede wszystkim w testach pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń elektronicznych, na przykład elektroniki użytkowej i urządzeń telekomunikacyjnych, a ponadto m.in. w wyznaczaniu charakterystyk promieniowania anten.
Zasadniczo oba typy pomieszczeń zapewniają kontrolowane, powtarzalne warunki do badań EMC, a wybór między nimi zależy od specyfiki testowanych urządzeń oraz wytycznych dotyczących ich norm, które określają warunki oraz procedury testowe. Niezbędnym elementem wyposażenia komór całkowicie i częściowo bezodbiciowych są absorbery wykonywane z materiałów pochłaniających fale elektromagnetyczne.
Absorbery
Projektuje się je w taki sposób, aby ograniczały albo eliminowały odbicia fal elektromagnetycznych albo niepożądane promieniowanie przez absorbowanie energii fal i jej przekształcanie w ciepło. Absorbery wykonuje się z materiału bazowego i wypełniacza. Ten drugi może charakteryzować się stratnością dielektryczną albo magnetyczną. Absorbery pierwszego typu, w których wypełniaczem jest materiał stratny dielektrycznie, najlepiej sprawdzają się w zakresie wysokich częstotliwości, powyżej 1 GHz. Absorbery drugiego rodzaju, z wypełniaczem z materiału stratnego magnetycznie, najefektywniej pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach do 1 GHz. Na przykład pianka poliuretanowa impregnowana węglem absorbuje energię fal elektromagnetycznych i przekształca ją w ciepło dzięki stratom dielektrycznym w węglu. Ich źródłem są takie mechanizmy, jak straty przewodzenia, polaryzacja międzyfazowa, polaryzacja dipolowa, polaryzacja indukowana defektami i wielokrotne odbicia fal. Absorbery ferrytowe natomiast tłumią fale elektromagnetyczne przekształcając je w ciepło dzięki stratom na prądy wirowe i histerezę w materiale magnetycznym. Materiał bazowy z kolei wpływa na właściwości użytkowe absorbera, jak trwałość i odporność na temperaturę. Absorbery EMC dostępne są w różnych kształtach – popularne są płaskie arkusze oraz piramidy. Materiał ich wykonania i kształt dobiera się pod kątem ich najważniejszych cech, jakimi są: maksymalna absorpcja promieniowania, minimalne odbicie fal na granicy powietrze – absorber, szerokie pasmo przenoszenia, lekkość, brak zapłonu w bardzo wysokich temperaturach.
Przykłady absorberów
Ferryty to materiały ceramiczne o właściwościach ferromagnetycznych na bazie tlenku żelaza w połączeniu z tlenkami metali, na przykład manganu albo cynku. Absorbery ferrytowe są szczególnie skuteczne w niższych częstotliwościach, zazwyczaj między 30 MHz a 1 GHz. Typowo zapewniają absorpcję na poziomie od 10 dB do 25 dB. Zwykle mają postać płytek, które są dostępne w różnych rozmiarach, od dużych na przykład 200 mm × 200 mm, do małych o wymiarach 50 mm × 50 mm, przy czym standardem jest rozmiar 100 mm × 100 mm. Ich grubość zazwyczaj waha się od 3,9 mm do 19 mm – popularne wartości to 6,5 mm oraz 6,7 mm. Płytki ferrytowe montuje się na ścianach i suficie komór EMC za pomocą śrub albo je przyklejając. Ich zaletą jest kompaktowość – zajmują mniej miejsca niż konstrukcje alternatywne. Z drugiej jednak strony, ze względu na wagę, spadając mogą spowodować zniszczenia, szczególnie jeżeli odpadną z sufitu. Aby skutecznie absorbowały promieniowanie muszą być również dokładnie do siebie dopasowane, bez szczelin.
Absorbery drugiego typu są przeważnie wykonywane przez impregnację tworzyw sztucznych, jak pianka i guma, materiałami węglowymi, na przykład sadzą, włóknami węglowymi, nanorurkami węglowymi, grafitem lub materiałami na bazie grafenu. Kluczowe w tym zastosowaniu właściwości materiałów na bazie węgla to: doskonała przewodność cieplna i elektryczna, obojętność chemiczna, stabilność mechaniczna w szerokim zakresie temperatur oraz wysoka odporność na powszechnie występujące odczynniki korozyjne. Pianka poliuretanowa o niskiej gęstości impregnowana węglem i polistyren z dodatkiem węgla to popularne materiały, z których wykonuje się absorbery o kształcie ostrosłupa, będące charakterystycznym elementem komór EMC.
Absorbery piramidalne
Absorbery piramidalne projektuje się pod kątem pochłaniania promieniowania w szerokim zakresie częstotliwości, sięgającym częstotliwości mikrofalowych. Kształt piramidy jest nie tylko estetyczny, ale przede wszystkim zwiększa skuteczność absorbera przez zwiększenie powierzchni oddziałującej z falą elektromagnetyczną i jej ukierunkowanie. Mechanizm tego jest następujący: gdy fala pada na absorber w kształcie piramidy, a jej długość jest odpowiednio duża w porównaniu z liczbą piramid na danym obszarze, nie "rozróżnia" poszczególnych ostrosłupów, a jedynie "widzi" stopniową zmianę średniej impedancji falowej, od impedancji w wolnej przestrzeni do zera, na spodzie absorbera. To stopniowe przejście ogranicza jej odbicia. Jednocześnie ze względu na stratność materiału absorbera energia fali zostaje przekształcana w ciepło. Wysokość piramid jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości tłumionej fali, tzn. niższe ostrosłupy skuteczniej tłumią promieniowanie w zakresie wyższych częstotliwości. Absorbery tego rodzaju są lekkie, ale z drugiej strony zajmują w komorze EMC więcej miejsca, niż te płaskie.
Ważną kwestią jest dobór tych elementów do poziomów mocy oraz temperatur, na jakie mogą być narażone podczas badań kompatybilności elektromagnetycznej. Wysokiej jakości absorbery z pianki poliuretanowej mogą bez trwałego uszkodzenia wytrzymać temperatury sięgające nawet +90ºC, przy maksymalnej gęstości mocy promieniowania do 0,08 W/cm², w temperaturze pokojowej, bez wymuszonego przepływu powietrza. Przy wyższych gęstościach mocy korzysta się z absorberów z pianki o dużej porowatości, które wydajniej odprowadzają ciepło, dzięki czemu mogą wytrzymać moc do 0,155 W/cm², bez dodatkowego chłodzenia i więcej, w przypadku jego zastosowania. Przy wyższych poziomach mocy promieniowania zaleca się je zastąpić specjalnymi konstrukcjami wykonanymi z materiałów na bazie fenolu, z podłożem o strukturze plastra miodu – ze ściankami pokrytymi stratnymi powłokami absorbującymi fale elektromagnetyczne i chłodzonymi powietrzem przez puste komórki plastra. Wysokiej jakości absorbery tego typu mogą się bezpiecznie nagrzewać nawet do +250°C, przy gęstości mocy nawet 0,31 W/cm².
Komory pogłosowe
Komory pogłosowe stanowią przeciwieństwo komór bezodbiciowych. Ściany, sufit oraz podłogę komór rewerberacyjnych wykonuje się z przewodzących materiałów, najczęściej aluminium albo stali ocynkowanej. Tworzą one zamkniętą strukturę o bardzo wysokim współczynniku odbicia fal elektromagnetycznych, co skutkuje minimalnymi stratami energii podczas wielokrotnych odbić. Inaczej zatem niż w komorach bezodbiciowych, w których odbicia są tłumione, w komorach pogłosowych są one celowo podtrzymywane. Umożliwia to uzyskiwanie bardzo wysokich natężeń pola, przy relatywnie niewielkiej mocy wejściowej. Typowe wartości wykorzystywane w badaniach odporności na promieniowanie mieszczą się w zakresie od kilkuset do kilku tysięcy V/m.
W komorze pogłosowej w wyniku wielokrotnych odbić od przewodzących powierzchni powstaje wiele fal stojących o różnych rozkładach przestrzennych, zależnych od częstotliwości, geometrii komory oraz jej strat. W efekcie rozkład pola elektromagnetycznego jest silnie niejednorodny. Aby to zmienić wykorzystuje się mechaniczne mieszadła (tunery). Są to ruchome, metalowe łopatki, umieszczone wewnątrz komory w taki sposób, że ich obrót zmienia warunki brzegowe dla fal elektromagnetycznych, wpływając na rozkład pola. Przeważnie wykorzystuje się dwa mieszadła, zorientowane w płaszczyznach poziomej i pionowej, co zwiększa skuteczność mieszania. Każde położenie mieszadła odpowiada innemu rozkładowi pola elektromagnetycznego, a uśrednienie wyników z wielu takich ustawień pozwala uzyskać statystycznie jednorodne pole testowe.
Monika Jaworowska
