Spaţii de măsurare/testare în CEM

Παρουσίαση με θέμα: "Spaţii de măsurare/testare în CEM"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Deziderat: - Asigurarea reproductibilităţii, dar şi a repetabilităţii măsurărilor/testărilor în CEM. -În practică – de obicei măsurăm corect, dar de multe ori nu ştim ce măsurăm! Nu ne scăldăm de două ori în acelaşi fluviu! (proverb latin) 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

2 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Cuprins Introducere Spaţii de testare cu arie deschisă Camere anecoide Celule GTEM Camere reverberante Erori şi incertitudini de măsurare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

3 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Cerinţe impuse spaţiilor de măsurare Să creeze un mediu ambiental care să asigure reproductibilitatea măsurării caracteristicilor semnalelor/perturbaţiilor de radiofrecvenţă Să asigure necesităţile de efectuare a testării/măsurării Să fie tehnic realizabil Să fie economic sub aspectul costului realizării Să fie recunoscut de organismele competente 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

4 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Aspecte tehnice -Condiţii ambientale exterioare Împrăştierea undelor, reflexii Limitarea spaţiului Limitări de frecvenţă Corelaţia cu alte facilităţi Evaluarea incertitudinii de măsurare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

5 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Câmp apropiat şi câmp depărtat O A B C r d a) Criteriul Rayleigh Dacă d/r <<1 : BC=Δd 2/ 8r Se consideră că unda este plană dacă diferenţa de fază între undele ce sosesc în B şi C (valoarea medie) este mai mică sau egală cu /8 (22,5°), ceea ce corespunde la o diferenţă de drum de λ /2 , (aproximativ λ /6);  condiţia de câmp depărtat: r ł 2d 2 / l 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

6 Spaţii de măsurare/testare în CEM
b) Criteriul Maxwell 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

7 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Aspecte tehnice -Să asigure condiţii de propagare ca în spaţiul liber (undă progresivă) -Formula lui Friis - Atenuarea normată a spaţiului (Normalised Site Attenuation - NSA) reprezintă o măsură a atenuării câmpului electromagnetic dintre EUT şi antena de măsurare. Impusă prin norme: 3, 10 şi 30 m 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

8 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Aspecte tehnice - Normele prevăd ca între valorile teoretice şi valorile măsurate să nu existe diferenţe mai mari de ± 4 dB. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

9 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Diferenţele pentru polarizarea orizontală şi cea verticală sunt datorate reflexiei planului de masă. -NSA reprezintă diferenţa dintre rezultatele măsurării directe: -a propagării între locurile de plasare antenă/EUT în OATS şi -conectarea directă generator – receptor de măsurare, cu corecţiile corespunzătoare. Normele CISPR prevăd o incertitudine de măsurare de 3 dB pentru instrumentele de măsurat şi 1 dB pentru variaţiile datorate site-ului. - NSA reprezintă un indicator de calitate al site-ului şi nu un parametru de calibrare. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

10 Reducerea nivelului undelor parazite (externe şi reflectate)
Metoda Mod de aplicare Reducere nivel -Ecranare -Materiale absorbante: piramide sau ţigle Control în spaţiul de măsurare Geometrie OATS sau celulă (G)TEM Modificarea regimului de unde staţionare Camera reverberantă 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

11 TIPURI DE SPAŢII DE TESTARE
SPAŢIU DE TESTARE CU ARIE DESCHISĂ SPAŢII ECRANATE SEZONIERE PENTRU ORICE VREME CU REFLEXIE CU MEDII ABSORBANTE SPAŢIU PLAN ACOPERIŞ SPAŢIU ACOPERIT CAMERE ECRANATE CELULE TEM CAMERE ANECOIDE CELULE GTEM CAMERE REVERBERANTE CELULE TEM REVERBERANTE 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

12 Spaţiu de măsurare cu arie deschisă(OATS)
EUT Diametru major – 2D Limitele ariei lipsită de obiecte reflectorizante Distanţa de testare D Suprafaţă metalică h variabil între 1 şi 4 m 0,8 m Diametru minor √3.D Masă din lemn 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

13 Nici un obiect metalic în cadrul elipsei!
Catargul antenei cu disp. de ridicare Antena Masa cu echipamentul de testat (EUT) Grilă metalică (Planul de masă) Nici un obiect metalic în cadrul elipsei! 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

14 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Planul metalic de masă produce reflexii repetabile, iar deplasarea antenei pe verticală permite maximalizarea compunerii undei directe şi reflectate. -Absenţa planului de masă conduce la erori dependente de frecvenţă în limitele +6 dB şi -25 dB. Rotirea echipamentului este necesară pentru determinarea situaţiei cele mai defavorabile. OATS se poate folosi numai la măsurarea perturbaţiilor emise şi nu se poate folosi pentru testarea imunităţii la câmpurile electromagnetice. Măsurările pot fi afectate de câmpul electromagnetic exterior şi condiţiile de vreme. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

15 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Camere anecoide Antena de emisie/recepţie Material absorbant Masă rotitoare Catargul antenei Distanţa de măsurare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

16 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Cameră semi-anecoidă EUT pe masa rotitoare Antena Podea metalică 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

17 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Cameră: -anecoidă (completă) – FAC (Full Anchoid Chamber) -(semi) anecoidă – SAC (Semi Anecoid Chamber) O cameră anecoidă este compusă din: cameră ecranată, materiale absorbante: piramide absorbante din spume poliuretanice cu carbon, ţigle din ferite absorbante. Dimensiunile camerei anecoide sunt alese în funcţie de distanţa de măsurare şi dimensiunile EUT. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

18 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Camera anecoidă asigură condiţii de propagare ca şi în spaţiul liber. Impedanţa caracteristică a spaţiului liber este de 377 Ω, Impedanţa de suprafaţă a ecranului (metal), este circa 0 Ω. Pentru adaptare; transformator de adaptare (linie neliniară) → piramide absorbante, similare liniilor exponenţiale, adaptare de impedanţă → ţigle absorbante cu ferite cu impedanţa de suprafaţă egală cu impedanţa spaţiului liber. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

19 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii - Piramidele trebuie să aibă o înălţime cel puţin egală cu o un sfert din lungimea de undă corespunzătoare frecvenţei minime de interes (la 30 MHz, aproximativ 2,4 m!). Piramidă absorbantă h Unda directă Ecran (metal) -Se recomandă ca piramidele absorbante să aibă εr > 1. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

20 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Impedanţa de suprafaţă a unui mediu: Pentru ţigle din ferite: Atenuarea prin absorbţie pentru un material cu grosimea d: Pentru o ţiglă cu grosimea de 10 cm, la 100 MHz, rezultă o atenuare de 11 dB. Dacă unda transmisă este reflectată de un metal (aflat în spatele ţiglei), pierderile totale vor fi de 22 dB. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

21 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Lungimea minimă a spaţiului de măsurare trebuie să fie: dar nu mai mică decât 2, unde: d1 este cea mai mare dimensiune a EUT, d2 este cea mai mare dimensiune a antenei de testare λ este lungimea de undă la care se face testarea. -Nici o parte a antenei nu trebuie să fie situată faţă de planul de masă la o distanţă mai mică de 0,25 m. -În zona de amplasare a EUT, pe o suprafaţă de 1,5 m1,5 m, se măsoară intensitatea câmpului electromagnetic în 16 puncte. -Pentru cel puţin 75% din măsurări, variaţiile nu trebuie să depăşească limitele -0 dB/+6 dB. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

22 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Celula GTEM Rezistenţă de sarcină Absorbant Port de intrare Septum (conductor interior) Lmax hminEUT Volumul maxim Puncte de calibrare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

23 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Celula GTEM Septum hminEUT Arie cu câmp uniform Puncte de calibrare hminEUT 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

24 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Celula GTEM 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

25 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Celula GTEM Distribuţia câmpului electric Distribuţia câmpului magnetic 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

26 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Principalul avantaj al celulei GTEM constă în realizarea unui volum mare cu un câmp puternic pe unitatea de putere de intrare. -Principalul dezavantaj constă în dificultăţile legate de poziţionarea cablurilor, mai ales când se pune problema rotirii EUT (în special dacă lungimea cablurilor depăşeşte 1,5 m). -Se recomandă ca înălţimea EUT să nu depăşească o treime din distanţa dintre planul de masă al celulei şi septum. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

27 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -GTEM reprezintă un ghid de undă plan-paralel în care modul de undă dominant este modul TEM. EUT se modelează ca o sumă de momente ale unor dipoli electrici şi magnetici. Această teorie se aplică atât la măsurarea puterii radiate totale cât şi pentru echivalarea cu OATS. 1. Toate momentele dipolilor se presupun a fi în fază. 2. Măsurările în OATS sunt efectuate în zona de câmp depărtat ceea ce permite modelarea EUT printr-un dipol rezonant. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

28 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Presupunând că toate momentele dipolilor sunt în fază, numărul necunoscutelor şi deci, al ecuaţiilor, se reduce la 6 în loc de 12. -Dacă puterea se extrage doar din vârful celulei GTEM (apex), din consideraţii de simetrie, numărul ecuaţiilor se poate reduce la 3. -Se poate arăta că pentru trei poziţii ortogonale ale EUT, suma vectorială a tensiunilor măsurate la apex este egală cu suma momentelor dipolilor. EUT 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

29 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Formula de calcul pentru câmpul electric: unde: Zc este impedanţa caracteristică a celulei, k0 - numărul de undă pentru spaţiul liber, J0 - funcţia Bessel, a, b şi g - dimensiunile geometrice ale celulei, gmax - un parametru ce depinde de geometria EUT şi antena ce ar fi folosită în OATS, Vmα - tensiunile măsurate la ieşirea celulei pentru cele 3 poziţii, în dBV. -De asemenea, trebuiesc introduse corecţii pentru pierderile din cabluri şi răspunsul în frecvenţă al lanţului de măsurare. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

30 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Câmpul electric indus unde: Vin este tensiunea de intrare în celulă, Pin – puterea de intrare corespunzătoare, Zc - impedanţa caracteristică a celulei GTEM, h – distanţa între planul de masă şi septum în punctul de măsurare. Pentru Zc = 50 Ω, câmpul electric în dBV/m este: E(dBV/m) = – log Pin – 20log h 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

31 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Alegerea frecvenţelor de calibrare/testare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

32 Cameră reverberantă Motor de acţionare Dispozitiv de împrăştiere
Instrumentaţie de măsurare Generator de câmp Filtru reţea Volum de câmp uniform Antenă generatoare de câmp Filtru 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

33 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Cameră reverberantă Camera ecranată Turbina cu palete 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

34 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Camera de reverberaţie este o cameră ecranată prevăzută cu un sistem cu palete metalice. Undele de radiofrecvenţă produse de o antenă, sunt focalizate pe paletele mobile. - Se folosesc una sau mai multe turbine cu palete care modifică condiţiile de frontieră în propagarea undelor. Aceste palete trebuie să fie suficient de mari şi să fie prevăzute cu îndoituri pentru împrăştierea câmpului. -Pentru modul agitat/turbulent/împrăştiat, paletele se rotesc în mod continuu. În modul acordat/de reglare, paletele sunt deplasate în trepte, făcând posibilă măsurarea unor parametri ca: VSWR, puterea de intrare etc. Există şi posibilitatea de “agitare/împrăştiere” electronică prin modificarea frecvenţei semnalului de intrare. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

35 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Prin rotirea paletelor în jurul unei axe se modifică condiţiile de frontieră, producând, în timpul unei rotaţii complete, un câmp uniform aleatorizat. -În mod normal, camerele reverberante sunt folosite la frecvenţe superioare frecvenţelor corespunzătoare primelor 60 de moduri. a, b şi c sunt dimensiunile camerei ecranate, m, n, şi p – numere întregi. Se recomandă ca dimensiunile camerei să fie prime între ele pentru a avea mai multe moduri. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

36 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Factorul de calitate al camerei reverberante se exprimă prin raportul dintre energia stocată în cameră şi energia pierdută. -Un factor de calitate ridicat semnifică pierderi reduse în materialele conductoare, în timp ce o acoperire modală largă semnifică un factor de calitate redus. -EUT reduce factorul de calitate al camerei; uneori, pentru acelaşi efect, se introduc şi materiale absorbante. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

37 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii -Diametrul tamburului cu palete şi înălţimea sa trebuie să fie cel puţin egale cu ½ din lungimea de undă a frecvenţei minime de lucru. Viteza de rotaţie se alege astfel încât să asigure răspunsul EUT. Raportul de împrăştiere, definit ca raportul dintre valoarea maximă şi minimă a câmpului într-un punct, pentru o rotaţie completă a tamburului cu palete, trebuie să fie de cel puţin 20 dB. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

38 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii Calibrarea camerei reverberante se realizează pentru modul “acordat” şi presupune determinarea câmpului în 9 locaţii, pentru cele 3 axe de coordonate (27 măsurări). Câmpul este considerat uniform dacă eroarea medie pătratică este cel mult 3 dB pentru frecvenţe mai mari de 400 MHz şi are o creştere liniară de la 4 la 3 dB pentru frecvenţe cuprinse între 100 şi 400 MHz (la scară logaritmică). 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

39 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Observaţii Pentru validarea uniformităţii câmpului electromagnetic: Valorile medii se consideră pentru puterea totală recepţionată, câmpul total etc. în domeniul liniar – scalar sau vectorial şi nu în dBx! Pentru o mediere corectă, instrumentele de măsurat trebuie să aibă un zgomot propriu cu cel puţin 20 dB mai puţin decât semnalul recepţionat. Măsurările se efectuează pentru fiecare dintre frecvenţele de testare. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

40 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Avantajele camerelor reverberante -Produc un câmp electromagnetic relativ uniform în întreg spaţiul camerei şi nu doar într-un volum limitat; -Sistemul de reflectare mecanică a undelor produce împrăştierea câmpului electromagnetic în toată camera sub toate unghiurile de polarizare; -Pentru a genera un câmp electromagnetic de un anumit nivel este necesară o putere mai mică de intrare comparativ cu camerele anecoide sau cu spaţiile de testare cu arie deschisă, datorită factorului de calitate ridicat al camerei de reverberaţie. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

41 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Comparaţie între testele de măsurare şi de imunitate Nu există reciprocitate între cele două teste. Testele de imunitate consumă mai mult timp. Testele de imunitate sunt mai dificile în ceea ce priveşte realizarea condiţiilor (uniformitatea câmpului). Testele de imunitate pot fi periculoase pentru EUT. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

42 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Surse de erori tipice -Mediul ambiental electromagnetic: perturbaţii în regim continuu sau tranzitoriu -Anomalii ale spaţiului de testare -Procedee de verificare incomplet specificate Calibrarea necorespunzătoare a echipamentelor de măsurare Aranjarea EUT, configuraţie, mod de lucru Variabilitatea producţiei EUT 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

43 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Erori datorate schimbării tipului de spaţiu de măsurare -Schimbarea diagramei de directivitate pentru EUT. -Schimbarea diagramei de directivitate pentru antene, inclusiv câştigul acestora. Limitarea deplasării antenei pe verticală. Eficienţa absorbanţilor la joasă frecvenţă şi comportarea dielectricilor la frecvenţe înalte. Dispunerea echipamentelor în diferite spaţii. Toate spaţiile trebuie corelate/raportate la OATS! 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

44 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Erori la testele de imunitate -Tehnicile de calibrare a uniformităţii câmpului. -Interacţiuni între EUT, antenă şi cameră, echipamente, cabluri. Telemetrie. Repetabilitate. Maximizarea cazului “cel mai defavorabil” pentru EUT. Tipul spaţiului de testare. Corelarea cu spaţiul standard. Incertitudinea de măsurare. 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

45 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Incertitudini de măsurare la celulele GTEM pentru perturbaţiile emise prin radiaţie 1 Raportul de undă staţionară pentru diferite frecvenţe 2 Atenuarea cablului de conectare a receptorului 3 Efectul cumulativ al măsurărilor pentru diferite poziţii ale EUT: măsurări ale tensiunii, incertitudini ale receptorului de măurare, preamplificator etc. 4 Incertitudinea generatorului de zgomot sau de tip comb dacă este folosit pentru stabilirea de corelaţii 5 Măsurarea tensiunii în loc de măsurarea puterii 6 Incertitudinea srtabilirii corelaţiei GTEM-OATS 7 Incertitudinile corespunzătoare OATS ca valoare de referinţă pentru stabilirea corelaţiei 8 Rotirea corectă pentru poziţionarea EUT după cele trei axe ortogonale 9 Erori în modelarea corelării dintre GTEM şi OATS 10 Problemele legate de definirea directivităţii în relaţiile de corelare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

46 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Incertitudini de măsurare la celulele GTEM pentru perturbaţiile emise prin radiaţie 11 Diferenţa dintre planul de masă real şi cel ideal 12 Impedanţa caracteristică a celulei GTEM în locul de amplasare al EUT 13 Variaţia înălţimii septumului în zona de poziţionare a EUT 14 Poziţionarea EUT pe masa rotitoare, perturbarea produsă de mediile dielectrice, împrăştierea undelor, fenomene de absorbţie în OATS 15 Poziţionarea EUT după axele x, y, z în celula GTEM 16 Uniformitatea câmpului în celula GTEM şi OATS 17 Abaterea distribuţiei câmpului electromagnetic faţă de modelul teoretic 2D 18 Polarizarea câmpului electromagnetic 19 Pierderile energetice în mediile absorbante şi prezenţa modurilor superioare 20 Cuplaje în mod longitudinal sau prin diafonie 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

47 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Incertitudini de măsurare la celulele GTEM pentru perturbaţiile emise prin radiaţie 21 Neadaptarea la undele polarizate 22 Modificarea cuplării cu EUT în cazul schimbării poziţiei acestuia faţă de masă sau septum 23 Regimul de funcţionare al EUT, cuplaje mutuale, perturbaţii datorate curenţilor de suprafaţă 24 Prezenţa în zona OATS a unor surse de perturbare de bandă îngustă 25 Echivalarea EUT cu momentul unui dipol electric şi incertitudinea de fază 26 Rutarea cablurilor 27 Lungimea cablurilor 28 Adaptarea cablurilor 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

48 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Corecţia erorilor -Repetarea testelor -Refacerea calibrării echipamentelor de măsurare -Respectarea detaliilor prevăzute în standarde/norme -Considerarea tuturor incertitudinilor de măsurare -Participarea la studii inter-laboratoare 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

49 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Comparaţie între GTEM, SAC şi OATS Observaţie: Coeficientul de corelaţie exprimă gradul de apropiere al unei distribuţii de puncte faţă de o lege de variaţie (liniară); valoarea maximă ± 1 Coef.corelatie UNIT 1 UNIT 2 UNIT 3 TOTAL GTEM1 -GTEM2 0,86 0, 96 0, 77 0, 81 SAC - OATS 0,83 0, 62 0, 45 0, 66 GTEM1 - OATS 0, 65 0, 49 0, 74 GTEM2 - OATS 0, 83 0, 48 0, 85 0, 67 Diferentele maxime: 4,5 dB si medii 2,5 dB 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

50 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Automatizarea testelor -Vizează asigurarea repetabilităţii şi reducerea timpului de lucru -Gama de frecvenţe baleiată -Viteza şi rezoluţia baleiajului de frecvenţă -Adaptarea impedanţelor -Puterea disponibilă -Reglaj mecanic pasiv -Reglaj electric pasiv (solid state) -Injecţie activă de semnal -Corecţie prin programe SOFT 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM

51 Spaţii de măsurare/testare în CEM
Vă m u l ţ u m e s c ! 18 septembrie 2018 Spaţii de măsurare/testare în CEM