Камера GTEM-елементів проти безлунної камери для малої електроніки

абстрактний
У сфері попередніх випробувань на відповідність вимогам електромагнітної сумісності (ЕМС) безлунні камери слугують традиційним стандартним випробувальним майданчиком, проте їх висока вартість будівництва та велика площа створюють суттєві перешкоди для малих та середніх виробників електроніки. Камера GTEM Cell Chamber – це новий тип обладнання для випробування ЕМС, розроблений на основі TEM-комірок. Вона має асиметричну конічну прямокутну структуру для імітації вільного простору та стабільної генерації рівномірних поперечних електромагнітних (ТЕМ) хвиль всередині камери, що є зрілою технологією вимірювання легких конструкцій, що з'явилася в галузі ЕМС протягом останнього десятиліття. У цій статті розглядається... LISUN GTEM-2 Камера GTEM Cell Chamber як основний об'єкт дослідження порівнює камеру GTEM Cell Chamber з традиційними безехогенними камерами за чотирма параметрами, включаючи вартість, займаний простір, ефективність тестування та відповідність стандартам, а також демонструє основні переваги використання камери GTEM Cell Chamber на етапі досліджень та розробок малих пристроїв Інтернету речей, модулів друкованих плат, носимої електроніки та малої побутової техніки. У поєднанні зі стандартами, такими як IEC 61000-4-20 та GB/T 17626.3, у цій статті перевіряється достовірність даних випробувань та надаються технічні довідки для підприємств щодо вибору лабораторного обладнання для електромагнітної сумісності.

Основні принципи та технічні основи камери GTEM

GTEM розшифровується як Гігагерцовий Поперечний Електромагнітний Комірка. По суті, це вдосконалений та розширений продукт звичайних TEM-комірок. Традиційні TEM-комірки мають низьку верхню межу пропускної здатності та застосовні лише для низькочастотних випробувань. На противагу цьому, Камера клітин GTEM просторово розширює коаксіальну структуру, розширює внутрішній провідник у металеву перегородку та приймає зовнішню оболонку як зовнішній провідник. Загальна структура являє собою асиметричний конічний прямокутний резонатор, оснащений узгодженими резисторними масивами та хвильопоглинаючими матеріалами на хвості для реалізації широкосмугового узгодження імпедансу 50 Ом. Вона може імітувати вільний простір без відбиттів у замкнутій камері та стабільно генерувати повносмугові TEM-хвилі.

З точки зору структури, LISUN GTEM-2 Камера GTEM-елементів має загальні розміри 1950×950×700 мм. На передньому кінці камери встановлено роз'єм живлення радіочастотного сигналу N-типу, а посередині зарезервовані екрануючі дверцята з вікном спостереження. Всередині розташована рівномірна випробувальна зона розміром 200×200×100 мм із рівнем захисту 3 дБ, яка може вмістити випробуване обладнання (EUT) максимальним розміром 260×400×130 мм, повністю покриваючи габарити більшості невеликих електронних виробів. Напруженість електричного поля осердя можна точно розрахувати, ввівши потужність радіочастотного сигналу та відстань між перегородками, при цьому напруженість поля може варіюватися від 0 до 200 В/м, щоб задовольнити всі вимоги до випробувань на стійкість до випромінювання 1~30 В/м, зазначені в IEC 61000-4-3.

Що стосується функцій, камера GTEM Cell Chamber може похвалитися широкосмуговою продуктивністю, що охоплює діапазони частот від постійного струму до мікрохвиль. Один пристрій може виконувати два основні завдання випробувань на електромагнітну сумісність: випробування на стійкість до випромінювання радіочастотного електромагнітного поля (EMS) та попереднє випробування на відповідність граничним значенням випромінювання (EMI). Повну автоматичну випробувальну систему можна створити, поєднавши генератор сигналів LS-SMB100B, підсилювач потужності серії LS-PA, польовий зонд LS-PB60 та EMI-9KC приймач. Система підтримує повноцінне автоматичне тестування за допомогою програмного забезпечення без повторного ручного налаштування антен та поворотних платформ, що значно скорочує цикли випробувань. 

GTEM-2 Камера клітин GTEM

Чотири основні переваги камери GTEM у порівнянні з безлунною камерою для досліджень та розробок невеликих електронних продуктів

Значно знижені витрати на будівництво, експлуатацію та обслуговування
Звичайна 3-метрова напівбезлунна камера вимагає окремої спеціалізованої лабораторії, екранованої сталевої конструкції, феритових хвильпоглинаючих матеріалів, що покривають усі стіни, наземних поворотних столів та кількох груп широкосмугових передавальних та приймальних антен. Загальні інвестиції в цивільне будівництво та обладнання в 4-10 разів перевищують інвестиції в камеру GTEM з еквівалентними характеристиками.

• Початкові інвестиції: Повна система випробувань електромагнітної сумісності LISUN GTEM-2 Включає резонатор GTEM, генератор сигналів, підсилювач потужності, обладнання для контролю напруженості поля та програмне забезпечення для автоматичного тестування. Загальна вартість його закупівлі становить лише 15%~25% вартості невеликої напівбезлунної камери. Не потребує реконструкції заводу чи спеціального екранування в будівництві, і його можна розмістити у стандартних майстернях та науково-дослідних офісах.

• Споживання енергії: Безлунні камери випромінюють електромагнітні хвилі через зовнішні антени. Під час випробувань з однаковою напруженістю поля 30 В/м вони потребують значно більшої вихідної потужності підсилювача, ніж камера GTEM Cell. Камера GTEM Cell безпосередньо з'єднує однорідні електричні поля через внутрішню перегородку, покращуючи використання радіочастотної потужності більш ніж на 80% та значно скорочуючи довгострокові витрати на електроенергію.

• Довгострокове обслуговування: Хвилопоглинальні матеріали безехогенних камер потребують повної заміни кожні 3–5 років, а антени та поворотні круги потребують щорічного калібрування. Камера GTEM Cell використовує інтегровану металеву зварну порожнину з типовим КСХН ≤1.5, без витратних хвилопоглинальних матеріалів. Потрібне лише щорічне калібрування імпедансу порту, що зменшує навантаження на технічне обслуговування на 70%.

Мінімальна займана площа, підходить для дослідницьких майданчиків малих та середніх підприємств
Безлунні камери мають жорсткі вимоги до відстані в далекому полі. 3-метрова камера потребує щонайменше 25 квадратних метрів незалежного замкнутого простору, тоді як 10-метрова камера охоплює понад 50 квадратних метрів. Більшість малих та середніх підприємств електроніки не мають відповідних умов на місці.

Камера GTEM Cell Chamber має інтегровану компактну коробчасту структуру. GTEM-2 Наприклад, весь об'єм машини становить лише 1.3 кубічних метра, яку можна повністю завантажити в контейнер 40HQ для транспортування та ввести в експлуатацію протягом 1-3 днів після доставки. Кілька установок GTEM можна розмістити поруч для паралельного попереднього тестування кількох лінійок продуктів без перехресних радіочастотних перешкод. Гнучке компонування простору дає значні переваги для досліджень та розробок невеликих електронних продуктів, що дозволяє проводити часті ітерації та одночасне серійне тестування кількох прототипів.

Вища ефективність тестування для підтримки швидкої ітерації на етапі досліджень і розробок
Цикл досліджень і розробок невеликих електронних виробів короткий, що вимагає частого перегляду друкованих плат і структурних компонентів, а також повторних попередніх випробувань на електромагнітну/електромагнітну перешкоду (EMI/EMS). Процедура випробування безлунних камер є громіздкою:

– Випробування в безлунній камері включає переміщення випробуваного обладнання, регулювання кутів поворотного столу, перемикання передавально-приймальних антен та калібрування висоти антен, причому одна група випробувань випромінювання займає від 1 до 2 годин.

– Для GTEM Cell Chamber користувачам потрібно лише розмістити виріб у внутрішній однорідній області 3 дБ та перемикатися в режимах тестування EMI/EMS одним клацанням миші за допомогою програмного забезпечення. Повний набір тестів займає лише 15-30 хвилин. Десятки прототипів можуть перевірятися щодня, щоб швидко знайти джерела електромагнітних перешкод та скоротити цикли перегляду досліджень та розробок.

Відповідає міжнародним стандартам з достовірними даними попередніх випробувань
Багато інженерів помилково вважають, що сертифікацію можуть пройти лише дані, отримані з безлунних камер. Однак IEC 61000-4-20 спеціально визначає камеру GTEM Cell Chamber як відповідний полігон для попередніх випробувань, а результати її вимірювань також визнаються відповідним національним стандартом GB/T 17626.20 у Китаї:
• Радіаційна стійкість (EMS): Випробувальна система GTEM повністю відповідає стандартам IEC 61000-4-3 та GB/T 17626.3. Сторонні лабораторії зазвичай розпізнають дані попередніх випробувань з камери GTEM Cell Chamber, щоб заздалегідь уникнути збоїв радіаційної стійкості.

• Випромінювання (EMI): У поєднанні з приймачем EMI, він імітує середовище відкритого випробувального майданчика (OATS) за допомогою 3D-математичного моделювання для проведення попередніх випробувань на відповідність стандартам серії CISPR 11/22/25. Перед відправкою зразків до безлунних камер для офіційної сертифікації інженери можуть заздалегідь оптимізувати проблеми з надмірним шумом та значно зменшити витрати на повторні випробування для сертифікації.

Таблиця порівняння ключових показників: камера GTEM та напівбезлунна камера 3 м

Застосовувані сценарії та обмеження камери GTEM

Основні застосовні сценарії камери GTEM
• Дослідження та розробки малої споживчої електроніки: розумні браслети, Bluetooth-навушники, сенсорні модулі, невеликі адаптери живлення, контролери розумного дому;
• Промислові малі електронні блоки керування: плати керування на друкованих платах, модулі збору даних низької напруги, портативні випробувальні прилади;
• Попередньо-тестові лабораторії університетів та сторонніх випробувальних установ: для навчання та попереднього відбору зразків з метою скорочення витрат на бронювання офіційних безлунних камер;
• Попередні випробування на стійкість до випромінювання для невеликих військових та силових компонентів, що відповідають вимогам попереднього сумісності IEC та національних стандартів.

Пояснення обмеження
Камера GTEM Cell Chamber – це обладнання для попередніх випробувань у рамках досліджень та розробок, яке не може повністю замінити безехові камери. Для офіційного запуску продукту та звітів про сертифікацію третіми сторонами, офіційні сертифікаційні випробування повинні бути проведені в напів- або повністю безехових камерах. Для великогабаритного обладнання розміром понад 1300×2000×650 мм, хоча воно сумісне з... GTEM-8 модель, вона забезпечує нижчі економічні показники, ніж безлунні камери, і не рекомендується.

Висновок

Розроблено з TEM-комірок з асиметричною конічною структурою, Камера клітин GTEM імітує хвилі TEM у вільному просторі всередині замкнутого резонатора. Як легка технологія випробувань електромагнітної сумісності, вона ідеально відповідає вимогам передтестового періоду на етапі досліджень і розробок невеликих електронних виробів. Порівняно з традиційними безлунними камерами, LISUN GTEM-2 Серія GTEM Cell Chamber має п'ять основних переваг: низьку вартість, мінімальний розмір, швидке розгортання, високу ефективність випробувань та відповідність міжнародним стандартам попереднього тестування електромагнітної сумісності (ЕМС), що вирішує дві основні проблемні точки малих та середніх підприємств електроніки під час будівництва лабораторій ЕМС: обмежений капітал та недостатній простір на місці.

Для виробників, які зосереджуються на малих пристроях Інтернету речей, носимому обладнанні, модулях друкованих плат та невеликій побутовій техніці, використання GTEM Cell Chamber у дослідженнях та розробках продуктів, перегляді прототипів та попередніх випробуваннях партій може заздалегідь усунути ризики електромагнітних перешкод та значно скоротити часові та капітальні витрати на відправку зразків до зовнішніх безлунних камер для сертифікації. Якщо підприємствам потрібні офіційні звіти про сертифікацію відповідності, вони можуть застосувати комбіноване рішення попереднього випробування GTEM та остаточного випробування в безлунних камерах сторонніх виробників, щоб збалансувати економічну ефективність та відповідність нормативним вимогам.