Как спроектировать полубезэховую камеру 3M, полностью соответствующую стандартам CISPR.

Резюме
Безэховая камера 3M, соответствующая стандарту CISPR 16, служит основным местом проведения сертификационных испытаний на электромагнитные помехи (ЭМП). Ее конструкция, материалы и электрические компоненты должны строго соответствовать спецификациям CISPR 16-1-4. Безэховые камеры делятся на две категории: полубезэховые и полностью безэховые. Между этими двумя типами существуют очевидные различия в расположении поглотителей и имитируемой полевой среде. Благодаря использованию проводящей заземляющей плоскости для имитации бесконечной заземляющей плоскости открытой испытательной площадки, полубезэховые камеры стали основным местом проведения испытаний на ЭМП бытовой электроники и малогабаритной бытовой техники. LISUN В данной статье, рассматривая полубезэховую камеру AC-3M, исследуется общая логика проектирования безэховой камеры 3M, соответствующей стандарту CISPR 16, анализируются четыре ключевых компонента конструкции: экранирующий корпус, звукопоглощающие материалы, размеры зоны тишины и электромеханическая система поддержки. Сравниваются параметры оборудования полубезэховой камеры AC-3M и полностью безэховой камеры AC-3MF, определяются обязательные показатели приемки на объекте в соответствии со стандартом CISPR 16, а также приводятся полные проектные рекомендации для нового строительства или реконструкции сертифицированных безэховых камер 3M для лабораторий ЭМС.

Введение

Для проведения испытаний на соответствие требованиям рынка экспортируемой и отечественной ЭМС-продукции необходимо проводить испытания на радиоизлучение (RE) на стандартных площадках, соответствующих стандарту CISPR 16-1-4. Открытые испытательные площадки, ограниченные внешними электромагнитными помехами, занимаемой территорией и климатическими условиями, не позволяют стабильно проводить серийные испытания в течение длительного времени. Стандартизированными испытательными установками, заменяющими открытые площадки, стали безэховые камеры 3M, одобренные CISPR. Безэховые камеры делятся на два основных типа: полубезэховые и полностью безэховые. Полная установка состоит из двух основных модулей: экранированного корпуса и поглощающих материалов. Экранированный корпус включает в себя экранирующий кожух, экранирующую дверь, вентиляционное волноводное окно, многоступенчатый фильтр мощности и другие защитные компоненты. Поглощающие материалы представляют собой комбинацию ферритовых плиток и конических углеродсодержащих губчатых поглотителей, которые уменьшают отражение электромагнитных волн, восстанавливая условия распространения, характерные для стандартного испытательного поля.

Безэховая камера 3M, соответствующая стандарту CISPR 16. Устанавливаются жесткие пороговые значения допустимых параметров для внутренних габаритов, диаметра зоны тишины, нормализованного затухания на площадке (NSA), коэффициента стоячей волны напряжения на площадке и эффективности экранирования. Длина, ширина, высота камеры, площадь покрытия поглотителя и плоскостность проводящей заземляющей плоскости будут напрямую влиять на результаты испытаний NSA. Показатели, выходящие за пределы допустимых значений, приведут к провалу лабораторной оценки CNAS и недействительным отчетам о сертификации продукции. LISUN AC-3M — это стандартная безэховая камера 3M, соответствующая требованиям CISPR 16, со стандартными внешними габаритами корпуса 9.5 м × 6.5 м × 6.5 м и диаметром зоны тишины 2 метра. Нормализованное отклонение затухания на площадке в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц контролируется в пределах ±3.5 дБ, что лучше, чем пороговое значение ±4 дБ, установленное CISPR 16. Она подходит для предварительной проверки соответствия требованиям по уровню излучения и испытаний на соответствие стандартам для малогабаритной бытовой техники, светодиодных устройств и небольших промышленных блоков управления. Модульные конфигурации, включающие поворотный стол, антенную вышку, отдельную диспетчерскую и комнату усилителя мощности, позволяют настраивать камеру в соответствии с потребностями предприятий и сторонних лабораторий.

Основные конструктивные ограничения для безэховой камеры 3M, указанные в CISPR 16.

Стандарт CISPR 16-1-4 определяет проектные ограничения для безэховых камер 3M по четырем параметрам: геометрия площадки, защита от излучения, система поглощения и проверка площадки. Все полубезэховые камеры типа AC-3M для сертификационных испытаний должны одновременно удовлетворять следующим техническим требованиям.

Первое требование касается геометрии площадки и конструкции зоны тишины. Для испытательного расстояния в 3 метра стандарт устанавливает, что эффективный диаметр цилиндрической зоны тишины должен быть не менее 2 метров. Характеристики распространения электромагнитных волн во всех точках внутри зоны тишины должны соответствовать идеальной открытой испытательной площадке. Внешние габариты корпуса должны предусматривать место для установки поглотителей, поворотного стола и антенной вышки. Недостаточные размеры корпуса приведут к тому, что поглотители на стенах окажутся слишком близко к зоне тишины, а отраженные высокочастотные сигналы будут мешать показаниям приемника. В полубезэховых камерах поглотители устанавливаются на пяти поверхностях, сохраняя при этом непрерывную проводящую заземляющую плоскость для имитации пути отражения от земли на открытых испытательных площадках. В полностью безэховых камерах поглотители размещаются на всех шести поверхностях для испытаний в свободном пространстве без заземляющей плоскости. Структурные различия определяют применимые параметры испытаний. Только полубезэховые камеры принимаются стандартом CISPR 16 для испытаний на электромагнитное излучение.

Второе требование касается спецификации системы экранирования. Стандарт требует достижения заданных пороговых значений эффективности экранирования во всем диапазоне частот: ослабление магнитного поля ≥80 дБ на частоте 10 кГц, магнитное поле ≥100 дБ на частоте 100 кГц и выше, плоская волна ≥110 дБ на частоте 100 МГц, микроволновое излучение ≥90 дБ на частоте 18 ГГц. Корпус экрана собирается из предварительно изготовленных модулей из оцинкованной стали, герметизированных высокопроводящими сетчатыми прокладками для исключения электромагнитных утечек в зазорах. Все кабели, линии электропитания и связи, входящие в камеру или выходящие из нее, должны быть подключены к фильтрам соответствующего класса. Для вентиляции должны использоваться сотовые волноводные окна размером 400×400 мм, чтобы предотвратить повышение уровня фонового шума испытаний из-за внешних паразитных шумов.

Третье требование касается выбора и компоновки поглощающего материала. Стандарт CISPR 16 требует достаточного поглощения электромагнитных волн в диапазоне от 30 МГц до 18 ГГц. Феррит сам по себе подходит для низкочастотного диапазона, в то время как конические губчатые поглотители обеспечивают поглощение высокочастотных волн. LISUN В полубезэховой камере AC-3M на стенах и потолке установлены ферритовые плитки в сочетании с поглотителями из ЭПП толщиной 300/500 мм. На полу зарезервирован подвижный модуль поглотителей площадью 9 м² для дополнительного поглощения образцов большого размера. Поглотители должны соответствовать огнестойкости UL94 V-0 и DIN 4102 A2 в целях пожарной безопасности. Между поглотителями не должно быть видимых зазоров, так как зазоры создадут слепые зоны отражения и ухудшат равномерность зоны тишины.

Четвертое требование касается показателей проверки площадки, которые составляют основу приемки безэховой камеры 3M, соответствующей стандарту CISPR 16. Отклонение между измеренным и теоретическим нормализованным затуханием на площадке (NSA) должно составлять ≤±4 дБ в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц; LISUN Стандарт AC-3M обеспечивает точность ±3.5 дБ. Коэффициент стоячей волны напряжения на площадке (sVSWR) не должен превышать 5.5 дБ в диапазоне от 1 ГГц до 18 ГГц. Однородность поля для обеспечения помехоустойчивости должна находиться в пределах 0~+6 дБ. Для этих трех наборов показателей требуется ежегодное повторное измерение независимой организацией, результаты которого сохраняются для оценки соответствия требованиям.

Безэховая камера AC-3M_3m

Общая структура системы LISUN Безэховая камера 3M, соответствующая стандарту AC-3M CISPR 16.

полная LISUN Полубезэховая камера AC-3M состоит из четырех основных секций: экранированного основного корпуса, системы поглощения шума, электромеханических принадлежностей и вспомогательных испытательных перегородок. Все компоненты взаимодействуют в соответствии со спецификациями CISPR 16.

Экранированный корпус модуля
Корпус экрана выполнен из сборных модульных оцинкованных стальных пластин. Фальшпол обеспечивает статическую несущую способность 1000 кг и сейсмостойкость 8-го класса. Он оборудован пневматической защитной дверью AC-DR1.5X2P с проемом 1.5 м × 2 м для доступа к стандартным бытовым приборам. Система вентиляции включает стандартные сотовые волноводные окна. Для освещения, сети, электропитания и коммуникационных цепей предусмотрены независимые фильтры. На стенах установлены панели с ВЧ-разъемами N/SMA для герметичного соединения кабелей приемника и усилителя мощности. Внутренние камеры видеонаблюдения выдерживают напряженность поля 100 В/м без искажения изображения, вызванного электромагнитными помехами во время испытаний.

Схема компоновки абсорбера
В соответствии со стандартом CISPR 16, безэховая камера AC-3M полубезэховой конфигурации не предусматривает установку стационарных поглотителей на полу. Пять боковых стенок и потолок полностью покрыты композитными поглотителями. Ферритовые плитки крепятся к внутренним экранирующим панелям, а снаружи установлены конические поглотители из EPP. Низкочастотные электромагнитные волны поглощаются ферритом, а высокочастотные паразитные сигналы рассеиваются коническими поглотителями. Для уменьшения ошибок, связанных с наложением отражений от земли при тестировании высоких испытуемых устройств, поставляются подвижные маты-поглотители, полностью соответствующие требованиям CISPR 16 к моделированию открытых пространств.

Дополнительные электромеханические принадлежности
Стандартная комплектация включает в себя поворотный стол для испытаний AC‑TT3M1.5D0.5T диаметром 1.5 м, с непрерывным вращением на 360 градусов и точностью позиционирования ±1°. Одноосевая 4-метровая антенная мачта AC‑AT4MS с электроприводом автоматически регулирует высоту антенны для испытаний вертикальной и горизонтальной поляризации. По желанию заказчиков можно заказать независимую диспетчерскую AC‑CT3M и комнату усилителей мощности AC‑PA3M для изоляции приемников, компьютеров и мощных радиочастотных усилителей вне камеры. Комната усилителей мощности предотвращает собственное излучение от усилителей, нарушающее работу в тихой зоне, и снижает фоновый шум в соответствии с требованиями CISPR 16 к низкому уровню шума.

Совместимая система измерительных приборов
Для испытаний на электромагнитное излучение в соответствии со стандартом CISPR 16 могут использоваться тестовые приемники серии R&S ESRP, логопериодические антенны VULB и искусственные сети переменного тока. Для испытаний на помехоустойчивость используются радиочастотные усилители мощности серии LS-PA, генераторы сигналов и зонды для мониторинга напряженности поля. Все приборы подключаются к радиочастотным проходным панелям камеры для проведения полных испытаний на электромагнитное излучение и сертификации CE в безэховой камере 3M, соответствующей стандарту CISPR 16.

Таблица 1. Сравнение параметров LISUN Безэховые камеры 3М/5М, соответствующие требованиям CISPR 16.

Согласно сравнению параметров, AC-3M является единственной безэховой камерой 3M, соответствующей стандарту CISPR 16. Ее полубезэховая проводящая заземляющая плоскость воспроизводит пути отражения от земли, определенные стандартами. Полностью безэховые камеры без заземляющего отражающего слоя не могут использоваться для испытаний на излучение в соответствии со стандартом CISPR 16. Камеры серии 5 метров имеют большую зону тишины для автомобильной промышленности и крупного промышленного контрольного оборудования, в то время как 3-метровая AC-3M предпочтительна для малых и средних предприятий и небольших сторонних лабораторий, разрабатывающих площадки для сертификации мелкой бытовой техники, осветительных приборов и источников питания.

Полный цикл проектирования безэховой камеры 3M, соответствующей стандарту CISPR 16.

Предприятия и испытательные учреждения, строящие квалифицированные безэховые камеры AC-3M, соответствующие требованиям CISPR 16, должны пройти пять этапов: обследование площадки, проектирование конструкции, выбор материалов, конфигурация системы и проверка на площадке. Каждый этап должен быть реализован в соответствии с положениями CISPR 16.

Первый этап — архитектурное обследование участка. Камера предпочтительно должна располагаться на первом этаже, вдали от внешних источников помех, таких как распределительные помещения, электродвигатели и радиочастотное оборудование. Несущая способность фундамента должна составлять не менее 1000 кг/м². Необходимо предусмотреть отдельные отсеки для диспетчерской и помещения усилителя мощности. Размер дверного проема должен соответствовать максимальному внешнему размеру тестируемого устройства. Для образцов высотой более 1.2 м рекомендуется использовать пневматические экранированные двери шириной 2 метра для беспрепятственного доступа к образцам.

Второй этап — проектирование конструкции корпуса экрана. Толщина стальных пластин и материал прокладок определяются в соответствии с целевыми показателями эффективности экранирования CISPR. Планируются места установки волноводных окон, фильтров и панелей ВЧ-пропускателей. Силовые, сетевые и контрольно-измерительные кабели должны прокладываться отдельно, чтобы избежать паразитной связи, которая повышает фоновый шум. Особое внимание следует уделить герметизации стыков экрана и зазоров в дверях для предотвращения утечки низкочастотного магнитного поля.

Третий этап — проектирование компоновки системы поглотителей. Высота и плотность поглотителей на стенах и потолке рассчитываются исходя из диаметра тихой зоны в 2 метра для проведения испытаний на расстоянии 3 метров. Поглотители длиной 500 мм размещаются в зонах, близких к тихой зоне, для улучшения поглощения высокочастотных сигналов. Ферритовые плитки высокой плотности на нижних стенах подавляют отражение низкочастотных сигналов. Для проведения испытаний испытуемых на разной высоте предусмотрено место для хранения передвижных наземных поглотителей. Огнестойкость поглотителей должна соответствовать правилам техники безопасности лаборатории, установленным CISPR.

Четвертый этап — выбор электромеханических принадлежностей. Диаметр поворотного стола и ход антенной вышки определяются в зависимости от требований к испытаниям. Поворотный стол диаметром 1.5 метра соответствует общим требованиям для малогабаритной бытовой техники. Для долгосрочной серийной сертификации рекомендуется использовать отдельное помещение для усилителей мощности, чтобы изолировать мощные радиочастотные усилители и уменьшить самопомехи. Фильтры питания должны быть сконфигурированы для однофазного тока 32 А и трехфазного тока 32 А для покрытия линий питания освещения, приборов и тестируемого оборудования.

Пятый этап — проверка площадки в соответствии со стандартом CISPR 16. После завершения монтажа сторонние метрологические институты должны выполнить четыре измерения: нормализованное затухание площадки (NSA), коэффициент стоячей волны sVSWR, эффективность экранирования и фоновый шум. Камера может быть введена в эксплуатацию для сертификации только после того, как все показатели будут соответствовать стандартным пределам. Полные протоколы испытаний должны быть заархивированы для ежегодной оценки CNAS. Повторная проверка обязательна после замены поглотителя или модификации конструкции экрана.

Сценарии применения в промышленности LISUN Безэховая камера 3M, соответствующая стандарту AC-3M CISPR 16.

Являясь сертифицированной безэховой камерой CISPR 16, компания 3M LISUN Полубезэховая камера AC-3M подходит для трех основных сценариев применения: научно-исследовательских лабораторий предприятий, небольших сторонних испытательных лабораторий и цехов контроля качества на предприятиях по производству осветительного и силового оборудования.

Предприятия, занимающиеся бытовой электроникой и освещением, используют AC-3M в научно-исследовательских лабораториях для проведения предварительных испытаний на соответствие стандарту CISPR 16 RE по уровню излучаемых помех в процессе разработки продукции. Дефекты фильтрации и экранирования на печатных платах могут быть устранены заранее, что повышает процент успешного прохождения испытаний с первого раза при внешней сертификации сторонними организациями и сокращает циклы запуска новых продуктов. Оснащенная компактным поворотным столом и одноосевой антенной башней, камера занимает умеренную площадь и может гибко размещаться внутри производственных помещений малых и средних предприятий.

Небольшие сторонние лаборатории по электромагнитной совместимости используют AC-3M в качестве основной безэховой камеры 3M, соответствующей стандарту CISPR 16, для проведения испытаний на соответствие требованиям CE и FCC адаптеров, светодиодных светильников и малогабаритной бытовой техники. Интегрированное решение, включающее экранирование, поглотители, поворотный стол, антенную вышку и диспетчерскую, позволяет проводить разовую квалификационную оценку лаборатории и предоставлять международно признанные отчеты об испытаниях на электромагнитную совместимость.

В цехах контроля качества промышленных источников питания и небольших предприятий по производству медицинского оборудования устанавливается система AC-3M для выборочного контроля излучения на готовой продукции. Несоответствующие полуфабрикаты и готовая продукция могут быть отбракованы, чтобы избежать штрафов со стороны контролирующих органов и рисков отзыва продукции, вызванных несоответствием стандартам. Модульная конструкция позволяет гибко планировать расположение оборудования в соответствии с ограничениями производственных площадей малых и средних предприятий.

Заключение

Проектирование Полубезэховая камера 3М Соответствие стандартам CISPR требует строгого выполнения всех обязательных требований, указанных в CISPR 16-1-4, касающихся размеров площадки, эффективности экранирования, расположения поглотителей и ослабления сигнала на площадке NSA. Проводящая заземляющая плоскость полубезэховой конфигурации представляет собой основное требование к конструкции для испытаний на электромагнитное излучение в соответствии с CISPR 16; полностью безэховые камеры не могут заменить полубезэховые камеры для сертификационных испытаний, имитирующих открытую площадку. LISUN Безэховая камера 3M, соответствующая стандарту AC-3M CISPR 16, отвечает техническим требованиям по корпусу, поглотителю и электромеханическим компонентам. Ключевые параметры, такие как нормированное ослабление излучения на объекте и эффективность экранирования, превосходят стандартные допустимые пределы. Она поддерживает предварительные испытания и испытания на соответствие требованиям для малогабаритной бытовой техники, осветительного оборудования и компактных промышленных устройств управления.

При планировании проекта безэховой камеры для лаборатории электромагнитной совместимости (ЭМС) испытательные учреждения и предприятия должны выбирать полубезэховые камеры AC-3M размером 3 метра или 5 метров в зависимости от размеров тестируемого оборудования и сферы деятельности. Необходимо предусмотреть полный комплект вспомогательных компонентов, включая поворотный стол, антенную вышку, отдельное помещение для усилителя мощности и систему фильтров. После установки должны быть выполнены четыре группы измерений для проверки объекта, определенные стандартом CISPR 16, чтобы гарантировать приемлемость отчета для международной сертификации и обеспечить стандартизированную испытательную среду для оценки соответствия электронных изделий требованиям ЭМС для внутреннего и зарубежного рынков.