Komory do badań EMC

Komory testowe EMC zapewniają kontrolowane środowisko, w którym przeprowadza się badania kompatybilności elektromagnetycznej, sprawdzające czy testowane urządzenie jest podatne na wpływ zaburzeń z zewnątrz i czy samo może być ich źródłem. Są projektowane w taki sposób, aby uzyskiwane wyniki były wiarygodne, a pomiary nie wpływały na otoczenie poza komorą. Wyróżnić można kilka typów stanowisk do przeprowadzania badań EMC. Przykładami są: komory bezodbiciowe, komory rewerberacyjne (pogłosowe) oraz stanowiska w otwartej przestrzeni.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

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.

Rys. 1. Komora rewerberacyjna

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

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
White Electronics – moduły HMI DWIN i projektowanie elektroniki na zamówienie
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Komunikacja
Qualcomm Technologies rozszerza ofertę układów SoC Wi-Fi do zastosowań w IoT
Projektowanie i badania
Badania EMC: dlaczego urządzenia zawodzą i jak przygotować się do certyfikacji?
Komponenty
Zarządzanie alternatywami w prototypowym BOM – klucz do niezawodnego montażu elektroniki
Elektromechanika
Kolej przyszłości napędzana elektroniką. Jak EMC, zarządzanie temperaturą i zasilanie decydują o niezawodności transportu szynowego
PCB
HDI pool Eurocircuits - mikroprzelotki w prototypach i małych seriach PCB
PCB
Optymalizacja projektu PCB pod kątem montażu – kluczowe decyzje na etapie layoutu
Zobacz więcej z tagiem: Projektowanie i badania
Technika
Badania EMC: dlaczego urządzenia zawodzą i jak przygotować się do certyfikacji?
Gospodarka
10 lat TME Edukacja: dekada wspierania edukacji technicznej na świecie
Wywiady
Komory do badań EMC: miniwywiad - Przemysław Stencel, OBR CTM

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów