Komora s GTEM bunkami vs. anechoická komora pre malú elektroniku

abstraktné
V oblasti predbežného testovania EMC slúžia anechoické komory ako tradičné štandardné testovacie miesto, no ich vysoké stavebné náklady a veľká podlahová plocha vytvárajú značné bariéry pre malých a stredných výrobcov elektroniky. GTEM bunková komora je nový typ testovacieho zariadenia EMC vyvinutého na základe TEM buniek. Používa asymetrickú zužujúcu sa obdĺžnikovú štruktúru na simuláciu voľného priestoru a stabilné generovanie rovnomerných priečnych elektromagnetických (TEM) vĺn vo vnútri komory, čo predstavuje vyspelu technológiu merania ľahkých materiálov, ktorá sa v odvetví EMC objavila v poslednom desaťročí. Tento článok sa zaoberá... LISUN GTEM-2 Komora GTEM Cell Chamber ako hlavný výskumný objekt porovnáva komoru GTEM Cell Chamber s tradičnými bezodrazovými komorami zo štyroch hľadísk vrátane nákladov, zaberania priestoru, účinnosti testovania a súladu s normami a demonštruje hlavné výhody použitia komory GTEM Cell Chamber počas fázy výskumu a vývoja malých zariadení internetu vecí, modulov plošných spojov, nositeľnej elektroniky a malých domácich spotrebičov. V kombinácii so štandardmi ako napríklad... IEC 61000-4-20 a GB/T 17626.3, tento dokument overuje platnosť testovacích údajov a poskytuje technické referencie pre podniky na výber laboratórnych zariadení EMC.

Základné princípy a technický základ komory GTEM buniek

GTEM je skratka pre Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell (gigahertzový transverzálny elektromagnetický článok). V podstate ide o vylepšený a rozšírený produkt konvenčných TEM článkov. Tradičné TEM články sa vyznačujú nízkou hornou hranicou šírky pásma a sú použiteľné iba na testovanie pri nízkych frekvenciách. Naproti tomu Komora buniek GTEM priestorovo rozširuje koaxiálnu štruktúru, rozširuje vnútorný vodič do kovovej priehradky a vonkajší plášť slúži ako vonkajší vodič. Celková štruktúra je asymetrická zúžená obdĺžniková dutina vybavená zodpovedajúcimi odporovými poľami a materiálmi absorbujúcimi vlny na konci, aby sa dosiahlo 50-ohmové širokopásmové impedančné prispôsobenie. Dokáže simulovať voľný priestor bez odrazov v uzavretej komore a stabilne generovať plnopásmové TEM vlny.

Z hľadiska štruktúry, LISUN GTEM-2 Komora GTEM článkov má celkové rozmery 1950 × 950 × 700 mm. Na prednom konci komory je nainštalovaný konektor napájania RF typu N a v strede sú tienené dvierka s pozorovacím okienkom. Vo vnútri je usporiadaná jednotná 3dB testovacia zóna s rozmermi 200 × 200 × 100 mm, ktorá dokáže pojať testované zariadenie (EUT) s maximálnou veľkosťou 260 × 400 × 130 mm, čím plne pokrýva obrysové rozmery väčšiny malých elektronických výrobkov. Intenzitu elektrického poľa v jadre je možné presne vypočítať zadaním RF výkonu a rozostupu sept, pričom intenzita poľa sa pohybuje v rozmedzí od 0 do 200 V/m, aby sa splnili všetky úrovne požiadaviek na test odolnosti voči žiareniu 1 ~ 30 V/m špecifikované v norme IEC 61000-4-3.

Pokiaľ ide o funkcie, komora GTEM Cell Chamber sa môže pochváliť širokopásmovým výkonom pokrývajúcim frekvenčné pásma od jednosmerného prúdu po mikrovlny. Jedna jednotka dokáže vykonať dva základné testy EMC: test imunity voči vyžarovanému elektromagnetickému poľu (EMS) a test predbežnej zhody s limitom vyžarovaného vyžarovania (EMI). Kompletný automatický testovací systém je možné zostaviť spárovaním generátora signálu LS-SMB100B, výkonového zosilňovača série LS-PA, sondy poľa LS-PB60 a... EMI-9KC prijímača. Systém podporuje plne automatické testovanie pomocou softvéru bez opakovaného manuálneho nastavovania antén a gramofónov, čím sa výrazne skracujú testovacie cykly. 

GTEM-2 Komora buniek GTEM

Štyri hlavné výhody komory s článkami GTEM v porovnaní s anechoickou komorou pre výskum a vývoj malých elektronických produktov

Výrazne znížené náklady na výstavbu, prevádzku a údržbu
Konvenčná 3-metrová poloanechoická komora vyžaduje nezávislé špecializované laboratórium, tienenú oceľovú konštrukciu, feritové materiály absorbujúce vlny pokrývajúce všetky steny, otočné stoly na zemi a viacero skupín širokopásmových vysielacích a prijímacích antén. Celková investícia do stavebného inžinierstva a vybavenia je 4 až 10-krát vyššia ako v prípade komory GTEM s ekvivalentnými špecifikáciami.

• Počiatočná investícia: Kompletný systém testovania EMC LISUN GTEM-2 Zahŕňa dutinu GTEM, generátor signálu, výkonový zosilňovač, zariadenie na monitorovanie intenzity poľa a softvér na automatický test. Jeho celkové obstarávacie náklady predstavujú iba 15 % až 25 % nákladov na malú poloanechoickú komoru. Nie je potrebná žiadna rekonštrukcia továrne ani špeciálne tieniace stavebné práce a možno ho umiestniť do štandardných dielní a kancelárií výskumu a vývoja.

• Spotreba energie: Anechoické komory vyžarujú elektromagnetické vlny prostredníctvom externých antén. Pri testovaní s rovnakou intenzitou poľa 30 V/m vyžadujú oveľa vyšší výkonový zosilňovač ako komora s článkom GTEM. Komora s článkom GTEM priamo prepája rovnomerné elektrické polia cez vnútornú priehradku, čím sa zlepšuje využitie vysokofrekvenčného výkonu o viac ako 80 % a výrazne sa znižujú dlhodobé náklady na elektrinu.

• Dlhodobá údržba: Materiály absorbujúce vlny v anechoických komorách je potrebné kompletne vymeniť každé 3 až 5 rokov a antény a točnice vyžadujú ročnú kalibráciu. Komora GTEM Cell využíva integrovanú kovovú zváranú dutinu s typickým VSWR ≤ 1.5, bez spotrebných materiálov absorbujúcich vlny. Vyžaduje sa iba ročná kalibrácia impedancie portu, čo znižuje záťaž údržby o 70 %.

Minimálna zaberateľnosť priestoru, vhodné pre výskumné a vývojové pracoviská malých a stredných podnikov
Bezodrazové komory majú prísne požiadavky na vzdialenosť vzdialeného poľa. Trojmetrová komora potrebuje najmenej 25 metrov štvorcových nezávislého uzavretého priestoru, zatiaľ čo desaťmetrová komora pokrýva viac ako 50 metrov štvorcových. Väčšina malých a stredných elektronických podnikov nemá podporné podmienky na mieste.

Komora buniek GTEM sa vyznačuje integrovanou kompaktnou krabicovou štruktúrou. GTEM-2 Napríklad, celkový objem stroja je iba 1.3 metra kubického, čo je možné plne naložiť do kontajnera s objemom 40 kubických metrov na prepravu a uviesť do prevádzky do 1 až 3 dní od dodania. Viacero jednotiek GTEM je možné umiestniť vedľa seba pre paralelné predbežné testovanie viacerých produktových radov bez presluchov rádiových frekvencií. Jeho flexibilné priestorové usporiadanie prináša významné výhody pre výskum a vývoj malých elektronických produktov, vrátane častých iterácií a simultánneho dávkového testovania viacerých prototypov.

Vyššia účinnosť testovania na podporu rýchlej iterácie vo fáze výskumu a vývoja
Cyklus výskumu a vývoja malých elektronických výrobkov je krátky a vyžaduje si časté revízie dosiek plošných spojov a štrukturálnych súčiastok, ako aj opakované predbežné testy EMI/EMS. Testovací postup bezodrazových komôr je zdĺhavý:

– Testovanie v anechoickej komore zahŕňa premiestňovanie testovaného zariadenia, nastavovanie uhlov otočného stola, prepínanie vysielacích a prijímacích antén a kalibráciu výšky antén, pričom jedna skupina radiačných testov trvá 1 až 2 hodiny.

– V prípade komory GTEM Cell Chamber stačí, ak používatelia umiestnia produkt do vnútornej 3dB uniformnej oblasti a prepnú testovacie režimy EMI/EMS jedným kliknutím pomocou softvéru. Kompletná sada testov trvá iba 15 až 30 minút. Denne je možné skontrolovať desiatky prototypov, aby sa rýchlo lokalizovali zdroje elektromagnetického rušenia a skrátili sa revízne cykly výskumu a vývoja.

V súlade s medzinárodnými normami s referenčnými údajmi z predbežných testov
Mnohí inžinieri sa mylne domnievajú, že certifikáciu môžu absolvovať iba údaje získané z bezodrazových komôr. IEC 61000-4-2Norma 0 osobitne definuje komoru GTEM Cell Chamber ako miesto predbežného testovania, ktoré je v súlade s predpismi, a výsledky jej meraní sú v Číne tiež uznané zodpovedajúcou národnou normou GB/T 17626.20:
• Odolnosť voči žiareniu (EMS): Testovací systém GTEM plne vyhovuje normám IEC 61000-4-3 a GB/T 17626.3. Laboratóriá tretích strán vo všeobecnosti uznávajú údaje z predbežných testov z komory GTEM Cell Chamber, aby sa vopred predišlo poruchám odolnosti voči žiareniu.

• Vyžarovanie (EMI): V spojení s prijímačom EMI simuluje prostredie testovacieho miesta na otvorenom priestranstve (OATS) pomocou 3D matematického modelovania na vykonanie predbežných testov zhody s normami série CISPR 11/22/25. Pred odoslaním vzoriek do bezodrazových komôr na oficiálnu certifikáciu môžu inžinieri vopred optimalizovať problémy s nadmerným hlukom a výrazne znížiť náklady na opakované testovanie pre certifikáciu.

Porovnávacia tabuľka kľúčových ukazovateľov: Komora s článkom GTEM vs. 3 m semianechoická komora

Použiteľné scenáre a obmedzenia komory s článkami GTEM

Základné aplikovateľné scenáre komory s článkami GTEM
• Výskum a vývoj v oblasti spotrebnej malej elektroniky: inteligentné náramky, Bluetooth slúchadlá, senzorové moduly, malé napájacie adaptéry, ovládače inteligentnej domácnosti;
• Malé priemyselné elektronické riadiace jednotky: riadiace dosky s plošnými spojmi, nízkonapäťové akvizičné moduly, prenosné testovacie prístroje;
• Predbežné testovacie laboratóriá univerzít a externých testovacích inštitúcií: na výučbu a predbežný skríning vzoriek s cieľom znížiť náklady na rezerváciu formálnych bezodrazových komôr;
• Predbežné testovanie odolnosti voči žiareniu pre malé vojenské a energetické komponenty, ktoré spĺňajú požiadavky na predbežné zhody s normami IEC a národnými normami.

Vysvetlenie obmedzenia
Komora GTEM Cell Chamber je zariadenie na predbežné testy výskumu a vývoja a nemôže plne nahradiť bezodrazové komory. Pre oficiálne uvedenie produktu na trh a správy o certifikácii tretími stranami sa musia formálne certifikačné testy vykonať v polo- alebo plne bezodrazových komorách. Pre veľké zariadenia s rozmermi presahujúcimi 1300 × 2000 × 650 mm, hoci sú kompatibilné s... GTEM-8 model, ponúka nižšie náklady a výkon ako anechoické komory a neodporúča sa.

Záver

Vyvinuté z TEM buniek s asymetrickou zúženou štruktúrou, Komora buniek GTEM simuluje vlny TEM vo voľnom priestore vo vnútri uzavretej dutiny. Ako ľahká technológia testovania EMC dokonale spĺňa požiadavky predbežného testovania počas fázy výskumu a vývoja malých elektronických produktov. V porovnaní s tradičnými bezodrazovými komorami, LISUN GTEM-2 Séria článkových komôr GTEM sa vyznačuje piatimi hlavnými silnými stránkami: nízkymi nákladmi, minimálnym priestorom, rýchlym nasadením, vysokou účinnosťou testovania a súladom s medzinárodnými normami EMC predbežného testovania, čím rieši dva hlavné problémy malých a stredných elektronických podnikov pri budovaní laboratórií EMC: obmedzený kapitál a nedostatočný priestor na stavenisku.

Pre výrobcov zameraných na malé zariadenia internetu vecí, nositeľné zariadenia, moduly plošných spojov a malé domáce spotrebiče môže nasadenie GTEM článkovej komory vo výskume a vývoji produktov, revízii prototypov a predbežnom testovaní šarží vopred eliminovať riziká elektromagnetického rušenia a drasticky znížiť časové a kapitálové náklady na odosielanie vzoriek do externých anechoických komôr na certifikáciu. Ak podniky potrebujú oficiálne správy o certifikácii zhody, môžu prijať kombinované riešenie predbežného testu GTEM a záverečného testovania v anechoických komorách tretích strán, aby vyvážili náklady na výkon a súlad s predpismi.