Měření ve stíněné komoře

Transkript

1 Měření ve stíněné komoře Zadání: Zúčastněte se demonstarativního měření ve školní stíněné komoře. Sledujte, jakým způsobem vyučující nastavuje měřící přístroje před vlastním začátkem měření, jak instaluje měřící antény a měřený předmět průmyslový spínaný napájecí zdroj. Svou pozornost zaměřte zejména na zásady umístění předmětů ve stíněné komoře, umisťování přídavných absorbérů a průchodu vodičů mimo komoru. Z demonstarativního měření si zapište poznámky a odpovězte na otázky v závěru tohoto protokolu. Teoretický úvod: Jedním z největších problémů při měření na otevřeném prostranství je přítomnost vnějších rušivých elektromagnetických polí. Signály blízkých rozhlasových a TV vysílačů a převaděčů, radiolokátorů, mnoha různých radiokomunikačních služeb včetně mobilních radiotelefonů, WiFi sítí, pagerů, apod. mohou v místě zkušebního stanoviště vyvolat nepřípustně vysoké intenzity pole, které nejen že nejsou hluboko pod úrovní měřeného vyzařování zkoušeného objektu, ale mohou je dokonce úplně překrýt a tím měření na některých kmitočtech zcela znemožnit. Tento stav je přitom s rostoucí hustotou radiokomunikačních a telekomunikačních služeb stále častější. Tuto situaci se snaží řešit výrobci měřicích zařízení pro EMC jejich speciálním vybavením, které umožňuje před vlastním měřením proměřit celkové elektromagnetické pozadí zkušebního stanoviště v požadovaném pásmu kmitočtů a uložit je do paměti měřiče rušení. Při měření na zkoušeném objektu jsou pak tyto uložené úrovně pozadí na jednotlivých kmitočtech odečítány od měřených hodnot aktuálního rušení. Tento postup dává dobré výsledky za předpokladu, že vnější rušivé pozadí se s časem (příliš) nemění a že jeho případné změny nejsou (příliš) rychlé a časté. Bohužel zejména masový rozvoj mobilních komunikací, které využívají moderní modulační techniky, v posledních letech způsobuje, že tato základní podmínka ve většině případů splněna není a uvedená metodika měření tak často neposkytuje dostatečně přesné a reprodukovatelné výsledky. Aby měřicí anténa nepřijímala vnější rušivé signály, to jest, aby přijímala jen rušivé signály pocházející od zkoušeného zařízení, doporučuje se tato měření provádět v tzv. elektromagneticky stíněných prostorech (komorách). Stíněná komora je vytvořena jako uzavřený prostor nejčastěji z desek ocelových plechů, který zajišťuje dostatečnou elektromagnetickou těsnost, a to včetně dveří, větracích a přívodních otvorů apod. Situace je zde však náročnější tím, že na rozdíl od běžných přístrojových stínicích krytů elektromagneticky stíněné pracoviště pro zajištění své kompletní funkce musí být vybaveno řadou nezbytných prvků (dveře, okna, větrací průchody apod.), které však výrazně snižují výslednou účinnost stínění. Přitom kvalitní stíněná komora musí zajišťovat útlum pro vnější signály na úrovni db. Pečlivou konstrukcí komory lze tuto hodnotu zajistit v kmitočtovém rozsahu cca pěti dekád, tedy např. od 10 khz do 1 GHz nebo od 100 khz do 10 GHz. Výška stíněné komory musí umožňovat nastavitelnost měřicích antén až do úrovně 4, příp. 6 m nad zemí. Profesionální stíněné komory EMC pro anténní měření tak svými obvyklými rozměry např m i většími jsou spíše stíněnými halami. Jen v takto rozměrných stíněných halách lze však realizovat nezkreslená a reprodukovatelná anténní měření rušivého vyzařování

2 Při měření je nutno dále zajistit, aby měřené napětí z anténních svorek měřicí antény bylo do měřicího přijímače (který je mimo stíněný prostor) vedeno stíněným kabelem situovaným tak, aby nemohl působit jako přídavná anténa rušivého pole. Kalibrace antény by tím byla narušena a výsledky měření by byly chybné. V profesionálních zkušebnách se ke spojení měřicí antény uvnitř komory s vyhodnocovacím zařízením vně stíněné komory obvykle používají optická vlákna. Zkoušené zařízení a měřicí zařízení by během testů měla být napájena z různých fází rozvodné sítě. Uvnitř stíněné komory nesmí být použito výbojkové či zářivkové osvětlení a též vnitřní vybavení komory nábytkem a jinými rozměrnými předměty musí být minimalizováno. Elektromagneticky stíněná komora svou konstrukcí tvoří uzavřený dutý kovový kvádr a představuje tak vlastně tzv. dutinový rezonátor známý z klasické mikrovlnné techniky. Taková dutina (komora) se chová jako rezonanční obvod s vysokou hodnotou vlastního činitele jakosti, která může obecně rezonovat na nekonečně mnoha diskrétních kmitočtech. Dalším základním problémem při anténních měřeních ve stíněné komoře jsou mnohonásobné odrazy signálu na jejích vnitřních stěnách. Kovové stěny komory představují (téměř) dokonalou odrazovou plochu, na níž dochází k úplnému odrazu dopadajících elektromagnetických vln. Protože rušivé vyzařování se od zkoušeného objektu šíří všemi směry, přichází vlnění po těchto úplných odrazech k měřicí anténě po mnoha různých dráhách, a tedy s mnoha různými fázovými posuvy. Jejich vektorovým součtem vzniká v místě měřicí antény výsledné pole, jehož velikost měříme. Protože však jednotlivé dráhy šíření ani fázové posuvy a tím ani výslednou velikost pole v místě měřicí antény nelze přesně určit, vzniká tímto mnohocestným šířením díky odrazům uvnitř stíněné komory nezanedbatelná neurčitost (chyba) daného měření. Nejdůležitějším opatřením pro zmenšení vlivu vnitřních odrazů komory je zajistit její dostatečně velké rozměry, které značně přesahují základní měřicí vzdálenost mezi zkoušeným objektem a měřicí anténou. Dráhy jednotlivých odražených vln se tím prodlouží, jejich velikost v místě přijímací antény se zmenší a tím klesne i jejich vliv na velikost měřeného pole i na neurčitost celého měření. Stejný efekt přináší i použití měřicích antén s vysokou směrovostí a s vysokým potlačením bočních a zadních laloků svého vyzařovacího diagramu. Výsledek měření je však v tomto případě značně závislý na přesném nasměrování měřicí antény vůči zkoušenému objektu, které může být na různých měřicích kmitočtech různé. Poslední opatření, které může výrazně zmenšit vliv vnitřních odrazů stíněné komory, spočívá ve snížení stoprocentní odrazivosti kovových stěn komory. Technicky to znamená obložit odrazové plochy (tj. fakticky celý vnitřní povrch stíněné komory) absorpčním materiálem a tím výrazně zmenšit velikost činitele odrazu stěn v ideálním případě až na nulu. Takovou úpravou elektromagneticky stíněné komory vytváříme kvalitativně nové měřicí pracoviště, tzv. absorpční bezodrazovou komoru

3 Obr. 1. Interiér částečně bezodrazové a) a plně bezodrazové b) absorpční haly EMC. Literatura: [1] ČSN EN ed. 3: (EMC) Část 4-3: Zkušební a měřící technika Vyzařované vysokofrekvenční elektromagnetické pole Zkouška odolnosti, Česká technická norma, Český normalizační institut. Praha 2009 [2] ČSN EN ed. 2: Zařízení informační techniky Charakteristiky vysokofrekvenčního rušení Meze a metody rušení, Česká technická norma, Český normalizační institut. Praha 2007 [3] SVAČINA, J., principy a metody. Brno: Vysoké učení technické Připojujeme se k Evropské Unii, svazek 2 [4] VONDRÁK, M. v teleinformatice. Skripta FEL ČVUT v Praze. Vydavatelství ČVUT, Praha 1998 [5] VACULÍKOVÁ, P., VACULÍK, E. aj. elektronických systémů. Grada Publishing, Praha

4 Poznámky k postupu měření: - 4 -

5 Kontrolní otázky: 1) Jakými nejdůležitejšími parametry můžeme popisovat stíněnou komoru? 2) Jakým způsobem omezujeme mnohocestné šíření rušivého signálu uvnitř stíněné komory? 3) Co nejvíce ovlivňuje účinnost stínění komory? 4) Jaké přístroje nejčastěji používáme při měření rušivého vyzařování ve stíněné komoře? 5) K čemu slouží ve stíněné komoře síťový filtr? 6) Jaké typy antén pro měření využíváme? 7) Lze stejnou komoru využít pro měření odolnosti i rušivého vyzařování? - 5 -