Komora s GTEM buňkami vs. bezodrazová komora pro malou elektroniku

Abstraktní
V oblasti předběžných testů EMC slouží bezodrazové komory jako tradiční standardní testovací místo, avšak jejich vysoké konstrukční náklady a velká podlahová plocha vytvářejí značné překážky pro malé a střední výrobce elektroniky. GTEM Cell Chamber je nový typ testovacího zařízení EMC vyvinutého na základě TEM cel. Používá asymetrickou zužující se obdélníkovou strukturu pro simulaci volného prostoru a stabilní generování rovnoměrných příčných elektromagnetických (TEM) vln uvnitř komory, což představuje vyspělou technologii měření lehkých konstrukcí, která se v odvětví EMC objevila v posledním desetiletí. Tento článek se zabývá... LISUN GTEM-2 GTEM Cell Chamber jakožto hlavní výzkumný objekt porovnává GTEM Cell Chamber s tradičními bezodrazovými komorami ze čtyř hledisek, včetně nákladů, zabíraného prostoru, účinnosti testování a shody se standardy, a demonstruje klíčové výhody využití GTEM Cell Chamber během fáze výzkumu a vývoje malých zařízení IoT, modulů plošných spojů, nositelné elektroniky a malých domácích spotřebičů. V kombinaci se standardy, jako jsou... IEC 61000-4-2V souladu s normami GB/T 17626.3 tento dokument ověřuje platnost testovacích dat a poskytuje podnikům technické reference pro výběr laboratorního vybavení EMC.

Základní principy a technický základ komory pro buňky GTEM

GTEM je zkratka pro Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell (gigahertzový transverzální elektromagnetický článek). V podstatě se jedná o vylepšený a rozšířený produkt konvenčních TEM článků. Tradiční TEM články se vyznačují nízkou horní hranicí šířky pásma a jsou použitelné pouze pro nízkofrekvenční testování. Naproti tomu GTEM Cell Chamber prostorově rozšiřuje koaxiální strukturu, rozšiřuje vnitřní vodič do kovové přepážky a vnější plášť slouží jako vnější vodič. Celková struktura je asymetrická zúžená obdélníková dutina vybavená spárovanými rezistorovými poli a materiály absorbujícími vlny na konci, čímž se dosahuje 50ohmového širokopásmového impedančního přizpůsobení. Dokáže simulovat volný prostor bez odrazů v uzavřené komoře a stabilně generovat plnopásmové TEM vlny.

Pokud jde o strukturu, LISUN GTEM-2 Komora GTEM cely má celkové rozměry 1950 × 950 × 700 mm. Na předním konci komory je instalován napájecí konektor typu N pro rádiové záření a uprostřed jsou vyhrazena stínící dvířka s pozorovacím okénkem. Uvnitř je uspořádána jednotná 3dB testovací zóna o rozměrech 200 × 200 × 100 mm, která pojme testované zařízení (EUT) o maximální velikosti 260 × 400 × 130 mm a plně pokrývá obrysové rozměry většiny malých elektronických výrobků. Intenzitu elektrického pole jádra lze přesně vypočítat zadáním rádiového výkonu a rozteče sept s intenzitou pole v rozsahu od 0 do 200 V/m, aby byly splněny všechny úrovně požadavků na test odolnosti vůči záření 1~30 V/m specifikované v IEC 61000-4-3.

Pokud jde o funkce, komora GTEM se může pochlubit širokopásmovým výkonem pokrývajícím frekvenční pásma od stejnosměrného proudu až po mikrovlnné trouby. Jedna jednotka dokáže provést dva základní testy EMC: test imunity vůči vyzařovanému elektromagnetickému poli (EMS) a test předběžné shody s limity vyzařované emise (EMI). Kompletní automatický testovací systém lze sestavit kombinací generátoru signálu LS-SMB100B, výkonového zesilovače řady LS-PA, sondy pole LS-PB60 a... EMI-9KC přijímače. Systém podporuje plně automatické testování pomocí softwaru bez opakovaného ručního nastavování antén a otočných stolů, což výrazně zkracuje testovací cykly. 

GTEM-2 GTEM Cell Chamber

Čtyři hlavní výhody komory s buňkami GTEM ve srovnání s bezodrazovou komorou pro výzkum a vývoj malých elektronických produktů

Výrazně snížené náklady na výstavbu, provoz a údržbu
Konvenční třímetrová polobezodrazová komora vyžaduje nezávislou specializovanou laboratoř, stíněnou ocelovou konstrukci, feritové materiály pohlcující vlny pokrývající všechny stěny, otočné stoly na zemi a několik skupin širokopásmových vysílacích a přijímacích antén. Celková investice do stavebních prací a vybavení je 4 až 10krát vyšší než u komory GTEM s ekvivalentními specifikacemi.

• Počáteční investice: Kompletní systém testování EMC LISUN GTEM-2 Zahrnuje dutinu GTEM, generátor signálu, výkonový zesilovač, zařízení pro monitorování intenzity pole a software pro automatické testování. Jeho celkové pořizovací náklady představují pouze 15 % až 25 % nákladů na malou polobezodrazovou komoru. Není nutná žádná rekonstrukce továrny ani speciální stínění a lze jej umístit do standardních dílen a výzkumných a vývojových kanceláří.

• Spotřeba energie: Bezodrazové komory vyzařují elektromagnetické vlny prostřednictvím externích antén. Při testování se stejnou intenzitou pole 30 V/m vyžadují mnohem vyšší výkonový zesilovač než komora GTEM Cell Chamber. Komora GTEM Cell Chamber přímo propojuje uniformní elektrická pole přes vnitřní septum, čímž zlepšuje využití vysokofrekvenčního výkonu o více než 80 % a výrazně snižuje dlouhodobé náklady na elektřinu.

• Dlouhodobá údržba: Materiály pohlcující vlny v bezodrazových komorách je třeba kompletně vyměnit každé 3 až 5 let a antény a otočné talíře vyžadují každoroční kalibraci. Komora GTEM Cell využívá integrovanou kovovou svařovanou dutinu s typickým PSV ≤ 1.5, bez spotřebních materiálů pohlcujících vlny. Je nutná pouze roční kalibrace impedance portu, což snižuje zátěž údržby o 70 %.

Minimální prostorové nároky, vhodné pro výzkumná a vývojová pracoviště malých a středních podniků
Bezodrazové komory mají přísné požadavky na vzdálenost vzdáleného pole. Třímetrová komora potřebuje alespoň 25 metrů čtverečních nezávislého uzavřeného prostoru, zatímco desetimetrová komora pokrývá více než 50 metrů čtverečních. Většina malých a středních elektronických podniků nemá k dispozici vhodné podmínky na místě.

Komora buněk GTEM se vyznačuje integrovanou kompaktní krabicovou strukturou. GTEM-2 Například celkový objem stroje je pouze 1.3 metru krychlového, což lze plně naložit do kontejneru o objemu 40 m³ pro přepravu a uvést do provozu do 1 až 3 dnů po dodání. Více jednotek GTEM lze umístit vedle sebe pro paralelní předběžné testování více produktových řad bez přeslechů RF. Jeho flexibilní prostorové uspořádání přináší významné výhody pro výzkum a vývoj malých elektronických produktů, včetně častých iterací a simultánního dávkového testování více prototypů.

Vyšší efektivita testování pro podporu rychlé iterace ve fázi výzkumu a vývoje
Cyklus výzkumu a vývoje malých elektronických výrobků je krátký a vyžaduje časté revize desek plošných spojů a strukturálních součástek, jakož i opakované předběžné testy EMI/EMS. Zkušební postup bezodrazových komor je pracný:

– Zkoušky v bezodrazové komoře zahrnují přesun zkoušeného zařízení (EUT), nastavení úhlů otočného stolu, přepínání vysílacích a přijímacích antén a kalibraci výšek antén, přičemž jedna skupina radiačních testů trvá 1 až 2 hodiny.

– V případě komory GTEM Cell Chamber stačí uživatelům umístit produkt do vnitřní 3dB uniformní oblasti a přepnout režimy testování EMI/EMS jedním kliknutím pomocí softwaru. Kompletní sada testů trvá pouhých 15 až 30 minut. Denně lze testovat desítky prototypů, aby se rychle lokalizovaly zdroje elektromagnetického rušení a zkrátily se revizní cykly výzkumu a vývoje.

V souladu s mezinárodními standardy s referenčními daty z předběžných testů
Mnoho inženýrů se mylně domnívá, že certifikaci mohou projít pouze data získaná z bezodrazových komor. Nicméně IEC 61000-4-2Norma 0 konkrétně definuje komoru GTEM Cell Chamber jako místo pro předběžné testování splňující požadavky a výsledky jejího měření jsou v Číně uznávány také odpovídající národní normou GB/T 17626.20:
• Odolnost vůči záření (EMS): Testovací systém GTEM plně splňuje normy IEC 61000-4-3 a GB/T 17626.3. Laboratoře třetích stran obecně uznávají data z předběžných zkoušek v komorách GTEM Cell Chamber, aby se předem zabránilo selhání odolnosti vůči záření.

• Vyzařované emise (EMI): Ve spojení s přijímačem EMI simuluje prostředí zkušebního místa na otevřeném prostranství (OATS) pomocí 3D matematického modelování a provádí předběžné testy shody s normami řady CISPR 11/22/25. Před odesláním vzorků do bezodrazových komor k oficiální certifikaci mohou inženýři předem optimalizovat problémy s nadměrným hlukem a výrazně snížit náklady na opakované testy pro certifikaci.

Srovnávací tabulka klíčových ukazatelů: Komora s GTEM buňkami vs. 3m semianechoická komora

Použitelné scénáře a omezení komory s elektrolyzérem GTEM

Základní použitelné scénáře pro komoru s elektrolyzérem GTEM
• Výzkum a vývoj v oblasti malé spotřební elektroniky: chytré náramky, Bluetooth sluchátka, senzorové moduly, malé napájecí adaptéry, ovladače chytré domácnosti;
• Malé průmyslové elektronické řídicí jednotky: řídicí desky s plošnými spoji, nízkonapěťové sběrné moduly, přenosné testovací přístroje;
• Předběžné testovací laboratoře univerzit a externích testovacích institucí: pro výuku a předběžný screening vzorků za účelem snížení nákladů na rezervaci formálních bezodrazových komor;
• Předběžné testování odolnosti vůči záření pro malé vojenské a energetické komponenty, splňující požadavky na předběžné shody norem IEC a národních norem.

Vysvětlení omezení
Komora GTEM Cell Chamber je zařízení pro předběžné testy výzkumu a vývoje a nemůže plně nahradit bezodrazové komory. Pro oficiální uvedení produktu na trh a certifikační zprávy třetích stran musí být formální certifikační testy provedeny v polo- nebo plně bezodrazových komorách. U velkých zařízení o rozměrech přesahujících 1300×2000×650 mm je však kompatibilní s... GTEM-8 Tento model nabízí nižší náklady a výkon než bezodrazové komory a nedoporučuje se.

Závěr

Vyvinuto z TEM buněk s asymetrickou zúženou strukturou, GTEM Cell Chamber simuluje vlny TEM ve volném prostoru uvnitř uzavřené dutiny. Jako lehká technologie pro testování EMC dokonale splňuje požadavky na předběžné testování během fáze výzkumu a vývoje malých elektronických výrobků. Ve srovnání s tradičními bezodrazovými komorami, LISUN GTEM-2 Řada GTEM Cell Chamber se vyznačuje pěti hlavními silnými stránkami: nízkými náklady, minimálními rozměry, rychlým nasazením, vysokou účinností testování a shodou s mezinárodními standardy EMC pro předběžné testování. Řeší tak dva hlavní problémy malých a středních elektronických podniků při budování laboratoří EMC: omezený kapitál a nedostatečný prostor na staveništi.

Pro výrobce zaměřené na malá zařízení IoT, nositelná zařízení, moduly plošných spojů a malé domácí spotřebiče může nasazení GTEM Cell Chamber ve výzkumu a vývoji produktů, revizi prototypů a předběžném testování šarží předem eliminovat rizika elektromagnetického rušení a drasticky snížit časové a kapitálové náklady na odesílání vzorků do externích bezodrazových komor k certifikaci. Pokud podniky potřebují oficiální zprávy o certifikaci shody, mohou zvolit kombinované řešení předběžného testu GTEM a závěrečného testování v bezodrazových komorách třetích stran, aby vyvážily náklady a shodu s předpisy.