Сравнение клеточной камеры GTEM и безэховой камеры для малогабаритной электроники.

Резюме
В области предварительных испытаний на электромагнитную совместимость (ЭМС) безэховые камеры традиционно используются в качестве стандартных испытательных площадок, однако их высокая стоимость строительства и большая площадь создают существенные препятствия для малых и средних производителей электроники. Камера GTEM Cell Chamber — это новый тип оборудования для испытаний на ЭМС, разработанный на основе ячеек TEM. Она использует асимметричную конусообразную прямоугольную структуру для имитации свободного пространства и стабильного генерирования однородных поперечных электромагнитных (ТЭМ) волн внутри камеры, представляя собой зрелую, легкую измерительную технологию, появившуюся в индустрии ЭМС за последнее десятилетие. В данной статье рассматривается LISUN GTEM-2 В качестве основного объекта исследования выбрана камера для клеточных испытаний GTEM. В данной работе проводится сравнение камеры GTEM с традиционными безэховыми камерами по четырем параметрам: стоимость, занимаемое пространство, эффективность испытаний и соответствие стандартам. Демонстрируются основные преимущества использования камеры GTEM на этапе исследований и разработок небольших IoT-устройств, печатных плат, носимой электроники и малогабаритной бытовой техники. Камера сочетается со стандартами, такими как... IEC 61000-4-2В соответствии со стандартами 0 и GB/T 17626.3, данная статья подтверждает достоверность данных испытаний и предоставляет предприятиям технические рекомендации по выбору лабораторного оборудования для электромагнитной совместимости.

Основные принципы и технические основы клеточной камеры GTEM

GTEM расшифровывается как гигагерцовая поперечная электромагнитная ячейка. По сути, это модернизированный и расширенный вариант обычных ячеек TEM. Традиционные ячейки TEM имеют низкий верхний предел полосы пропускания и применимы только для низкочастотных испытаний. В отличие от них, Камера для клеток GTEM В результате пространственного расширения коаксиальной структуры внутренний проводник расширяется до металлической перегородки, а внешняя оболочка выступает в качестве внешнего проводника. Общая структура представляет собой асимметричную конусообразную прямоугольную полость, оснащенную массивами согласованных резисторов и волнопоглощающими материалами в хвостовой части для обеспечения широкополосного согласования импеданса 50 Ом. Она может имитировать свободное пространство без отражений внутри закрытой камеры и стабильно генерировать полнодиапазонные TEM-волны.

Что касается структуры, LISUN GTEM-2 Камера GTEM Cell имеет габаритные размеры 1950×950×700 мм. На передней части камеры установлен N-типовой ВЧ-разъем, а посередине предусмотрена экранирующая дверца со смотровым окном. Внутри расположена равномерная тестовая зона 3 дБ размером 200×200×100 мм, которая может вместить тестируемое оборудование (EUT) максимальными размерами 260×400×130 мм, полностью покрывая габаритные размеры большинства небольших электронных изделий. Напряженность электрического поля в ядре может быть точно рассчитана путем ввода ВЧ-мощности и расстояния между перегородками, при этом напряженность поля варьируется от 0 до 200 В/м, что соответствует всем уровням требований к испытаниям на устойчивость к излучению 1–30 В/м, указанным в IEC 61000-4-3.

С точки зрения функциональности, камера GTEM Cell Chamber обладает широким диапазоном рабочих частот, охватывающим диапазон от постоянного тока до микроволнового излучения. Один блок может выполнять два основных теста на электромагнитную совместимость (ЭМС): тест на устойчивость к электромагнитному излучению (ЭМИ) и предварительный тест на соответствие пределу электромагнитных помех (ЭМИ). Полностью автоматизированная система тестирования может быть создана путем подбора генератора сигналов LS-SMB100B, усилителя мощности серии LS-PA, полевого зонда LS-PB60 и EMI-9KC Приёмник. Система поддерживает полностью автоматическое тестирование с помощью программного обеспечения без многократной ручной настройки антенн и поворотных столов, что значительно сокращает циклы тестирования. 

GTEM-2 Камера для клеток GTEM

Четыре основных преимущества камеры GTEM Cell по сравнению с безэховой камерой для исследований и разработок малогабаритных электронных изделий.

Значительное снижение затрат на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.
Для создания обычной 3-метровой полубезэховой камеры требуется отдельная специализированная лаборатория, экранированная стальная конструкция, ферритовые волнопоглощающие материалы, покрывающие все стены, наземные поворотные платформы и несколько групп широкополосных передающих и приемных антенн. Общие инвестиции в строительные работы и оборудование в 4-10 раз превышают затраты на создание камеры GTEM Cell с аналогичными характеристиками.

• Первоначальные инвестиции: Полная система тестирования электромагнитной совместимости (ЭМС) LISUN GTEM-2 В комплект входят резонатор GTEM, генератор сигналов, усилитель мощности, оборудование для контроля напряженности поля и программное обеспечение для автоматического тестирования. Общая стоимость его приобретения составляет всего 15–25% от стоимости небольшой полубезэховой камеры. Не требуется переоборудование завода или специальное экранирование, и его можно разместить в стандартных цехах и научно-исследовательских офисах.

• Энергопотребление: Безэховые камеры излучают электромагнитные волны через внешние антенны. При тестировании при той же напряженности поля 30 В/м им требуется гораздо более высокая выходная мощность усилителя, чем камере GTEM Cell Chamber. Камера GTEM Cell Chamber напрямую передает однородные электрические поля через внутреннюю перегородку, повышая эффективность использования радиочастотной мощности более чем на 80% и значительно сокращая долгосрочные расходы на электроэнергию.

• Долгосрочное техническое обслуживание: волнопоглощающие материалы безэховых камер требуют полной замены каждые 3–5 лет, а антенны и поворотные платформы — ежегодной калибровки. В камере GTEM Cell Chamber используется цельносварная металлическая полость с типичным КСВ ≤1.5, не требующая расходных волнопоглощающих материалов. Необходима только ежегодная калибровка импеданса портов, что снижает объем работ по техническому обслуживанию на 70%.

Минимальная занимаемая площадь, подходит для научно-исследовательских центров малых и средних предприятий.
Безэховые камеры предъявляют жесткие требования к расстоянию до источника излучения. Для камеры размером 3 метра требуется не менее 25 квадратных метров независимого закрытого пространства, а для камеры размером 10 метров — более 50 квадратных метров. Большинство малых и средних предприятий электронной промышленности не имеют необходимых условий для размещения таких камер.

Камера для клеток GTEM имеет интегрированную компактную коробчатую конструкцию. GTEM-2 Например, общий объем машины составляет всего 1.3 кубических метра, что позволяет полностью загрузить ее в 40-футовый контейнер для транспортировки и ввести в эксплуатацию в течение 1-3 дней после доставки. Несколько блоков GTEM можно разместить рядом для параллельного предварительного тестирования нескольких производственных линий без радиочастотных помех. Гибкая компоновка пространства обеспечивает значительные преимущества для исследований и разработок небольших электронных изделий, требующих частых итераций и одновременного пакетного тестирования нескольких прототипов.

Повышение эффективности тестирования для поддержки быстрой итерации на этапе исследований и разработок.
Цикл исследований и разработок малогабаритных электронных изделий короткий, что требует частых доработок печатных плат и конструктивных компонентов, а также многократных предварительных испытаний на электромагнитную совместимость. Процедура тестирования в безэховых камерах громоздка:

– Испытания в безэховой камере включают перемещение тестируемого устройства, регулировку углов поворотного стола, переключение приемопередающих антенн и калибровку высоты антенн; один цикл испытаний на излучение занимает от 1 до 2 часов.

– В камере GTEM Cell Chamber пользователям достаточно поместить изделие во внутреннюю зону с равномерным уровнем шума 3 дБ и одним щелчком мыши переключить режимы тестирования на электромагнитные помехи (EMI/EMS) с помощью программного обеспечения. Полный набор тестов занимает всего 15–30 минут. Ежедневно можно проверять десятки прототипов, быстро выявляя источники электромагнитных помех и сокращая циклы доработки НИОКР.

Соответствует международным стандартам, имеются подтверждающие данные предварительных испытаний.
Многие инженеры ошибочно полагают, что сертификации подлежат только данные, полученные в безэховых камерах. Однако, IEC 61000-4-2В соответствии с пунктом 0, камера GTEM Cell Chamber специально определена как соответствующая требованиям площадка для предварительного тестирования, а результаты ее измерений также признаны соответствующим национальным стандартом GB/T 17626.20 в Китае:
• Устойчивость к излучению (EMS): Система испытаний GTEM полностью соответствует стандартам IEC 61000-4-3 и GB/T 17626.3. Сторонние лаборатории, как правило, признают данные, полученные в ходе предварительных испытаний в камере GTEM Cell Chamber, чтобы заранее избежать сбоев, связанных с устойчивостью к излучению.

• Излучение электромагнитных помех (ЭМП): В сочетании с приемником ЭМП система имитирует условия открытой испытательной площадки (OATS) с помощью трехмерного математического моделирования для проведения предварительных испытаний на соответствие стандартам CISPR 11/22/25. Перед отправкой образцов в безэховые камеры для официальной сертификации инженеры могут заранее оптимизировать проблемы, связанные с чрезмерным шумом, и значительно снизить затраты на повторные испытания для сертификации.

Таблица сравнения ключевых показателей: камера для клеток GTEM против полубезэховой камеры 3 м.

Применимые сценарии и ограничения клеточной камеры GTEM

Основные сценарии применения клеточной камеры GTEM
• Разработка и исследования в области бытовой малой электроники: умные браслеты, Bluetooth-наушники, сенсорные модули, малогабаритные адаптеры питания, контроллеры для умного дома;
• Промышленные малогабаритные электронные блоки управления: платы управления на печатных платах, низковольтные модули сбора данных, портативные измерительные приборы;
• Предварительные испытательные лаборатории университетов и сторонних испытательных учреждений: для обучения и предварительной проверки образцов с целью сокращения затрат на бронирование официальных безэховых камер;
• Предварительные испытания на устойчивость к излучению для небольших военных и энергетических компонентов, соответствующие предварительным требованиям IEC и национальных стандартов.

Объяснение ограничений
Камера GTEM Cell Chamber предназначена для предварительных испытаний в рамках НИОКР и не может полностью заменить безэховые камеры. Для официального запуска продукта и получения сертификатов от сторонних организаций формальные сертификационные испытания должны проводиться в полубезэховых или полностью безэховых камерах. Для крупногабаритного оборудования, превышающего размеры 1300×2000×650 мм, хотя и совместима с... GTEM-8 Эта модель обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с безэховыми камерами и не рекомендуется к использованию.

Заключение

Разработан на основе ячеек TEM с асимметричной конусообразной структурой. Камера для клеток GTEM Имитирует электромагнитные волны в свободном пространстве внутри закрытой полости. Как легкая технология тестирования электромагнитной совместимости, она идеально соответствует требованиям предварительного тестирования на этапе исследований и разработок небольших электронных изделий. По сравнению с традиционными безэховыми камерами, LISUN GTEM-2 Камеры для испытаний на электромагнитную совместимость серии GTEM обладают пятью основными преимуществами: низкая стоимость, минимальные габариты, быстрая установка, высокая эффективность испытаний и соответствие международным стандартам предварительного тестирования ЭМС, что решает две основные проблемы малых и средних предприятий электронной промышленности при создании лабораторий ЭМС: ограниченный капитал и недостаточная площадь площадки.

Для производителей, специализирующихся на небольших устройствах IoT, носимом оборудовании, модулях печатных плат и мелкой бытовой технике, использование камеры GTEM Cell Chamber на этапах исследований и разработок, доработки прототипов и предварительного тестирования партий позволяет заранее исключить риски электромагнитных помех и значительно сократить время и капитальные затраты на отправку образцов во внешние безэховые камеры для сертификации. Если предприятиям необходимы официальные отчеты о сертификации соответствия, они могут использовать комбинированное решение, включающее предварительное тестирование GTEM и окончательное тестирование в сторонних безэховых камерах, чтобы сбалансировать соотношение цены и качества и соответствие нормативным требованиям.