Как выбрать твердотельный усилитель мощности для испытаний на устойчивость к излучению по стандарту IEC 61000-4-3

Резюме
Усилитель для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотному излучению, соответствующий стандарту IEC 61000-4-3, служит основным аппаратным обеспечением для построения полной системы испытаний на помехоустойчивость к излучаемому радиочастотному электромагнитному полю. Благодаря стабильному линейному выходному сигналу и спектральным характеристикам с низким уровнем искажений, твердотельные радиочастотные усилители мощности стали основным решением в отрасли. Стандарт IEC 61000-4-3 устанавливает обязательные ограничения на рабочий частотный диапазон, линейность, гармонические и паразитные излучения, запас мощности и допустимую нагрузку усилителей. Несоответствующее оборудование приведет к искажению напряженности излучаемого поля и некорректным данным испытаний, что сделает невозможным прохождение квалификационной оценки в лаборатории и сертификации CE продукции. LISUN В качестве объекта исследования выбран твердотельный электромагнитный радиочастотный усилитель мощности LS-PA80M1G-300W. В данной работе определены обязательные технические требования стандарта IEC 61000-4-3 для усилителей, предназначенных для испытаний на радиочастотную помехоустойчивость, проведено сравнение основных параметров различных моделей твердотельных усилителей, рассмотрены четыре ключевых параметра выбора: частотный диапазон, мощность, линейность и функции защиты. Также представлены практические примеры применения оборудования для испытаний на помехоустойчивость в бытовой электронике, автомобильной электронике и медицинской продукции. Работа предоставляет полные рекомендации по выбору оборудования для создания комплексных лабораторных испытательных систем и собственных испытательных платформ для НИОКР.

Введение

Испытание на устойчивость к электромагнитному излучению радиочастотного диапазона Это обязательный элемент проверки электромагнитной совместимости (ЭМС) для выпуска и экспорта электротехнической и электронной продукции на внутреннем рынке. Соответствующий международный стандарт — IEC 61000-4-3, а эквивалентный национальный стандарт — GB/T 17626.3. Полная испытательная система состоит из генератора сигналов, усилителя для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам IEC 61000-4-3, передающей антенны, безэховой камеры и оборудования для мониторинга напряженности поля. Среди этих компонентов твердотельный усилитель мощности определяет спектральную чистоту и стабильность напряженности излучаемого электромагнитного поля и является решающим компонентом для общей производительности системы.

Традиционные ламповые усилители бегущей волны страдают от высокого содержания гармоник, короткого срока службы и низкой устойчивости к нагрузке, а также не могут удовлетворить требованиям к линейности сигнала и точности модуляции, указанным в обновленном стандарте IEC 61000-4-3. Твердотельные линейные радиочастотные усилители мощности постепенно стали широко распространенным оборудованием. LISUN Полностью твердотельный ВЧ-усилитель мощности серии LS-PA использует линейную схему усиления. Он способен усиливать входные ВЧ-сигналы с высокой точностью и низким уровнем искажений, обеспечивая стабильный, чистый и управляемый выходной ВЧ-сигнал высокой мощности. Обладая превосходной равномерностью усиления, низким уровнем гармоник и низким уровнем паразитных излучений, оборудование полностью соответствует основным стандартам испытаний на электромагнитную совместимость, включая GB, IEC и ISO. Модель LS-PA80M1G-300W специально разработана для испытаний на помехоустойчивость по стандарту IEC 61000-4-3 в диапазоне частот от 80 МГц до 1 ГГц. Она совместима со стандартными безэховыми камерами длиной 3 и 10 метров и может стабильно генерировать стандартную напряженность испытательного поля 10 В/м и 30 В/м. Она отвечает требованиям долгосрочных серийных испытаний сторонних испытательных лабораторий, научно-исследовательских центров автомобильной промышленности и производителей медицинского оборудования.

Стандарт IEC 61000-4-3 четко определяет, что во время испытаний радиочастотные сигналы должны быть скорректированы с помощью амплитудной модуляции синусоидальным сигналом частотой 1 кГц на глубине 80%. Усилители должны работать в линейной рабочей области. После сжатия форма модулированного сигнала будет искажена, а распределение напряженности поля внутри однородного поля будет нарушено, что делает все данные испытаний недействительными для целей сертификации. Поэтому при выборе усилителя для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам по стандарту IEC 61000-4-3 твердотельные модели должны строго проверяться на соответствие стандартным техническим характеристикам, и номинальная выходная мощность не должна рассматриваться как единственный критерий выбора.

Обязательные технические требования к твердотельным радиочастотным усилителям в стандарте IEC 61000-4-3

Обновленный стандарт IEC 61000‑4‑3:2020 определяет пороговые значения доступа для усилителя, используемого для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам в соответствии со стандартом IEC 61000‑4‑3, по четырем параметрам: спектр сигнала, выходная мощность, защита оборудования и адаптивность программного управления. Все твердотельные усилители мощности, используемые для сертификационных испытаний, должны удовлетворять следующим ограничениям.

Во-первых, линейность и спектральные характеристики. В диапазоне мощности компрессии 1 дБ максимальный уровень гармоник не должен превышать -15 дБн, а подавление внеполосных паразитных составляющих должно быть не менее -50 дБн. Это обеспечивает полное восстановление модулированных по амплитуде сигналов, предотвращает появление дополнительных частотных точек помех внутри однородного поля и исключает ложные сбои в работе тестируемого оборудования. При этом колебания усиления во всем частотном диапазоне должны оставаться в разумных пределах. Чрезмерные колебания усиления приведут к заметному отклонению напряженности поля между высокими и низкими частотами в течение одного цикла развертки, что потребует частой ручной компенсации мощности и значительно снизит повторяемость испытаний.

Во-вторых, требования к частотному диапазону и запасу мощности. Базовый диапазон испытательных частот IEC 61000-4-3 охватывает от 80 МГц до 1 ГГц, а расширенные версии достигают 6 ГГц или 18 ГГц. Согласно стандартным расчетам, для достижения высокого уровня напряженности поля 30 В/м в безэховой камере размером 3 метра эффективная выходная мощность усилителя должна составлять не менее 200 Вт, при этом более 30% запаса мощности должно быть зарезервировано для потерь в кабеле и отражения стоячей волны от антенны. Поэтому в спецификациях сертификационных испытаний в качестве стандартного усилителя для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам IEC 61000-4-3 рекомендуются твердотельные модели с номинальной выходной мощностью 300 Вт или выше.

Во-третьих, необходимо обеспечить устойчивость к КСВН нагрузки. Антенны, кабели и тестируемое оборудование генерируют переменное радиочастотное отражение во время испытаний. Стандарт требует, чтобы усилители непрерывно выдерживали КСВН до 5:1 без снижения мощности или отключения оборудования. Для предотвращения выхода из строя усилителей мощности из-за единичных неисправностей при испытаниях и снижения затрат на техническое обслуживание лаборатории должны быть интегрированы полные механизмы защиты, включая защиту от перегрузки по КСВН, перегрузки по току, перегрева, перенапряжения и перегрузки по току.

В-четвертых, совместимость с модуляцией и дистанционным управлением. Оборудование должно поддерживать стандартные форматы модуляции AM и FM для соответствия условиям тестирования AM с глубиной 1 кГц. Коммуникационные интерфейсы, включая LAN, GPIB и RS232 Устройство должно быть оснащено возможностью связи с тестовым программным обеспечением для автоматического сканирования всего диапазона частот и регулировки напряженности поля в замкнутом контуре, что позволит осуществлять автоматическое тестирование на устойчивость к излучению без участия оператора и повысит производительность при тестировании больших объемов образцов в сторонних лабораториях.

LISUN Твердотельный усилитель LS-PA80M1G-300W полностью соответствует всем вышеупомянутым требованиям стандарта. Как специализированный усилитель для испытаний на помехоустойчивость в диапазоне IEC 61000-4-3, он обеспечивает равномерность усиления в диапазоне 80–1000 МГц с точностью до ±4.5 дБ, минимальную мощность компрессии 1 дБ достигает 250 Вт, а номинальная выходная мощность 300 Вт обеспечивает достаточный запас мощности. Гармонические характеристики лучше, чем -15 дБн, с подавлением паразитных составляющих -50 дБн. Он поддерживает все стандартные режимы модуляции и многошинное дистанционное управление, соответствуя требованиям квалификационного аудита для сертификационных лабораторий.

Таблица 1. Основные параметры LISUN Твердотельный усилитель серии LS-PA для испытаний на радиочастотную помехоустойчивость по стандарту IEC 61000-4-3 и сравнение его характеристик с IEC 61000-4-3.

Как показано в таблице сравнения параметров, LS‑PA80M1G‑300W является полностью соответствующим твердотельным усилителем для испытаний на помехоустойчивость в диапазоне частот IEC 61000‑4‑3 в базовом диапазоне. Другие модели могут использоваться только в качестве вспомогательных устройств расширенного диапазона и не могут самостоятельно выполнить сертификационные испытания на помехоустойчивость в полном диапазоне 80 МГц–1 ГГц. Модели малой мощности 80 Вт и 200 Вт имеют недостаточный запас мощности и легко попадают в зону компрессии при высокой напряженности поля 30 В/м, что делает результаты испытаний недействительными. Модели с частотой выше 1 ГГц не охватывают базовый диапазон частот испытаний и должны использоваться совместно с усилителями 80 МГц–1 ГГц.

Четыре основных параметра выбора усилителя для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам в соответствии со стандартом IEC 61000‑4‑3

В сочетании с пунктами стандарта IEC 61000‑4‑3 и практическим опытом эксплуатации усилителя мощности LS‑PA80M1G‑300W при выборе твердотельных усилителей мощности для испытаний на устойчивость к излучению необходимо последовательно проверять четыре ключевых параметра: согласование частотных диапазонов, запас выходной мощности, линейные спектральные характеристики, защиту и возможность дистанционного управления. Неправильный выбор может сделать всю испытательную систему неэффективной.

Первый аспект — согласование частотных диапазонов. Необходимо подтвердить требуемый частотный диапазон для тестируемых изделий. Для бытовой электроники и компонентов салона автомобилей требуется только базовый диапазон 80 МГц–1 ГГц, и в этом случае LS-PA80M1G-300W является оптимальным выбором. Для коммуникационных, военных и высокотехнологичных медицинских устройств, требующих расширения диапазона 1 ГГц–18 ГГц, следует использовать несколько усилителей, таких как LS-PA1G6G и LS-PA6G18G, для сегментированного частотного охвата. Узкополосные низкочастотные усилители не следует использовать для полнодиапазонного испытания по стандарту IEC 61000-4-3; в противном случае достоверная напряженность излучаемого поля исчезнет на высоких частотах, и будут пропущены полосы частот помех.

Второй параметр — расчет выходной мощности и запаса прочности. Перед выбором необходимо рассчитать минимальную потребляемую мощность в соответствии с размером безэховой камеры и целевым уровнем напряженности поля. Устройства мощностью 200 Вт могут временно использоваться для испытаний при низком уровне напряженности поля 10 В/м. Для долгосрочной сертификации и условий высокой напряженности поля 30 В/м следует выбирать усилитель для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам IEC 61000-4-3 мощностью 300 Вт или выше. При номинальной выходной мощности 300 Вт и мощности компрессии P1dB 250 Вт, LISUN Усилитель LS‑PA80M1G‑300W способен обеспечивать достаточную мощность радиочастотного сигнала для напряженности поля 30 В/м после вычета потерь на входе в кабели и антенны в размере 4–6 дБ, что позволяет избежать искажений, вызванных сжатием сигнала, и соответствует требованиям стандартов к линейному усилению.

Третий параметр — линейность, гармонические и паразитные характеристики, которые напрямую определяют достоверность испытаний. Некоторые недорогие твердотельные усилители используют упрощенные схемы класса AB для снижения стоимости, что приводит к гармоническим характеристикам хуже, чем -10 дБн. Внутри однородного поля будет генерироваться дополнительное гармоническое излучение, поэтому испытываемое оборудование будет подвергаться двойной интерференции. Органы по сертификации отклонят такие протоколы испытаний. Благодаря использованию линейной твердотельной схемы класса A, LS-PA80M1G-300W обеспечивает выходной сигнал с низким уровнем искажений и гармониками, контролируемыми в пределах -15 дБн, что соответствует спектральным ограничениям и квалификационным требованиям сторонних лабораторий.

Четвертое измерение — защита от нагрузки и дистанционное управление. Антенны и образцы могут создавать большой отраженный КСВ во время непрерывного пакетного тестирования. Усилители без многоуровневой защиты рискуют привести к перегоранию силовых ламп, что повлечет за собой многонедельные работы по техническому обслуживанию и приостановку работы лаборатории. LS-PA80M1G-300W обеспечивает комплексную защиту, включая защиту от превышения КСВ, перегрева, перегрузки по току и перенапряжения. Он постепенно снижает выходную мощность, а не резко отключает устройство при возникновении неисправностей, чтобы сохранить непрерывность данных тестирования. Доступны интерфейсы связи LAN и GPIB для интеграции с основным программным обеспечением для тестирования ЭМС, что позволяет выполнять автоматическое сканирование всего диапазона и калибровку напряженности поля в замкнутом контуре в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3, снижая ручную нагрузку и повышая ежедневную производительность обработки образцов.

Сценарии применения в промышленности LISUN Усилитель для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам LS‑PA80M1G‑300W IEC 61000‑4‑3

В соответствии со стандартом IEC 61000‑4‑3 «Усилитель для испытаний на помехоустойчивость к радиочастотам», LISUN Твердотельный усилитель мощности LS‑PA80M1G‑300W отвечает трем основным требованиям к испытаниям, ориентированным на промышленность, и адаптируется к различным схемам лабораторных конструкций.

Для сторонних лабораторий по тестированию электромагнитной совместимости (ЭМС) ежедневно сертифицируется разнообразная продукция, включая бытовую технику, источники питания и промышленное контрольно-измерительное оборудование, при этом обрабатываются десятки образцов. Оборудование должно обеспечивать 24-часовую непрерывную работу. LS-PA80M1G-300W имеет систему воздушного охлаждения без сложных трубопроводов водяного охлаждения. Многоуровневая защита минимизирует непредвиденные простои. Предварительно настроенные тестовые программы могут напрямую запускать полнодиапазонное сканирование IEC 61000-4-3 и генерировать исходные тестовые кривые, приемлемые для аккредитации CNAS.

Для научно-исследовательских лабораторий автомобильной электроники бортовые центральные блоки управления, приборные панели и автомобильные зарядные устройства должны соответствовать стандартам помехоустойчивости ISO 11452-4 и IEC 61000-4-3. Усилитель LS-PA80M1G-300W позволяет проводить испытания на помехоустойчивость к излучаемому RS-излучению, а также предварительные испытания на впрыскивание основного тока в BCI с использованием импедансных приспособлений. Один усилитель охватывает два параметра помехоустойчивости EMS и снижает общие затраты лаборатории. Научно-исследовательские группы могут быстро завершить предварительную оценку помехоустойчивости и внести изменения в конструкцию заранее, избегая высоких затрат и длительных сроков, связанных с внешними сторонними испытаниями.

Для цехов контроля качества производителей медицинского и коммуникационного оборудования медицинские мониторы, маршрутизаторы и аналогичные изделия должны соответствовать стандарту GB/T 17626.3 перед выпуском на рынок. Заводы могут создавать компактные 3-метровые безэховые камеры, оснащенные усилителем для испытаний на радиочастотную помехоустойчивость LS-PA80M1G-300W IEC 61000-4-3, для выборочной проверки помехоустойчивости перед отгрузкой. Это позволяет отбраковывать дефектную полуфабрикатную продукцию, предотвращая попадание несоответствующих товаров на рынок и снижая риск применения санкций со стороны регулирующих органов.

Заключение

Достоверные результаты испытаний на устойчивость к электромагнитному излучению в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3 полностью зависят от использования сертифицированного усилителя для испытаний на устойчивость к электромагнитному излучению в соответствии со стандартом IEC 61000-4-3. Твердотельные линейные усилители мощности представляют собой основное аппаратное решение, соответствующее обновленному стандарту IEC 61000-4-3. Номинальная выходная мощность не должна быть единственным критерием выбора. Необходимо всесторонне оценивать охват частотного диапазона, запас мощности, характеристики линейных и гармонических искажений, защиту нагрузки и возможности дистанционного управления.

LISUN LS‑PA80M1G‑300W твердотельный электромагнитный преобразователь Усилитель мощности Этот усилитель специально разработан для испытаний на помехоустойчивость в базовом диапазоне частот 80 МГц-1 ГГц. Его технические характеристики полностью соответствуют требованиям IEC 61000-4-3 и отечественного стандарта GB/T 17626.3. Достаточный запас мощности, превосходные линейные характеристики спектра, комплексная многоуровневая защита и функции дистанционного управления по нескольким шинам делают его подходящим для сторонних сертификационных лабораторий, научно-исследовательских центров автомобильной промышленности и заводских цехов контроля качества. Он служит стандартным усилителем для испытаний на помехоустойчивость в диапазоне частот IEC 61000-4-3 при создании систем испытаний на помехоустойчивость. При создании платформ электромагнитной совместимости предприятия и испытательные учреждения могут использовать LS-PA80M1G-300W в качестве основного твердотельного усилителя вместе с моделями расширенного диапазона для создания комплексных систем испытаний на помехоустойчивость, охватывающих основные испытательные частоты. Это гарантирует соответствие и достоверность данных испытаний требованиям внутреннего рынка и зарубежной сертификации CE для электронных изделий.