Современное беспроводное оборудование требует высокой производительности антенны для обеспечения постоянной связи, точной передачи данных и общей долговечности. Поскольку устройства включают в себя модули Bluetooth, Wi-Fi, GPS, 5G и множество радиочастотных систем в компактных корпусах, инженерам по-прежнему необходимо обеспечивать эффективность антенн и отсутствие ненужного шума. В связи с этим Тестер ЭМС является важным инструментом для оценки и проверки поведения антенны в случае испытания на излучение.
Поскольку излучаемые излучения напрямую влияют на качество беспроводной связи и соблюдение нормативных требований, важно знать, как, что и каким образом измеряется при оценке поведения антенны.

Понимание радиационных излучений

Излучение обусловлено непреднамеренным электромагнитным излучением электронных схем. Уровень шума, излучаемого устройством, возникает при его работе, коммутации питания, логических и высокочастотных генераторов, а также коммуникационных модулей. Антенны, в свою очередь, могут непреднамеренно выступать в качестве эффективных излучателей этого шума. Даже дорожки печатной платы, кабели или механические конструкции могут действовать как антенны на определённых частотах и ​​усиливать нежелательные излучения.

Здесь вступает в дело испытание на излучение. Оно измеряет электромагнитную энергию, излучаемую тестируемым устройством, и проверяет, не превышает ли уровень излучения допустимый предел, установленный такими стандартами, как CISPR, FCC Часть 15 и IEC 61000. Эти ограничения помогают защитить другие электронные устройства от помех и таким образом предотвратить их влияние на соседние системы связи.

Антенны рассматриваются как средство связи и потенциальный источник излучения шума, поэтому важно оценивать их эффективность при проведении испытаний на излучение. Тестер ЭМС — ключевой инструмент, помогающий инженерам обнаруживать, интерпретировать и устранять проблемы, возникающие в результате работы антенн.

Как тестер ЭМС помогает анализировать характеристики антенн

Тестер ЭМС Считывает и регистрирует электромагнитную энергию, излучаемую устройством. При проверке антенн тестер отслеживает пиковые значения частот, сравнивает показания с нормативными и выделяет частоты, на которых характеристики антенны также могут вызывать высокий уровень шума.

Точное измерение пиков выбросов

Известно, что антенные конструкции резонируют на определённых частотах. Эти пики точно измеряются с помощью тестера ЭМС, и инженеры могут определить, какие частоты влияют на уровень излучения, а также изучить вклад антенны в уровень излучения.

Оценка поляризации и ориентации

Из-за разницы в излучении антенн в зависимости от их ориентации устройство необходимо вращать и проводить эксперименты как в вертикальной, так и в горизонтальной полярности. Эти положения фиксируются тестером ЭМС и используются для определения антенны, являющейся источником увеличения пиков.

Поддержка стандартизированных полос пропускания измерений

Стандарты соответствия устанавливают строгие требования к полосе пропускания при испытаниях на излучение. Эти параметры полосы пропускания соблюдаются профессиональными специалистами по испытаниям на ЭМС, и в ходе этих испытаний измеряются диаграммы направленности антенн и нежелательные излучения в соответствующих условиях. Это помогает инженерам быть уверенными в данных при анализе проблем с антеннами.

LISUN Лабораторное оборудование обычно оснащено функциями автоматического сканирования, записи данных и маркировки частоты. Тестеры ЭБУ используются в составе системы анализа выбросов при подключении к калиброванным антеннам, поворотным столам и т.д. LISUN Программное обеспечение для автоматизации. Оно позволяет инженерам напрямую сопоставлять диаграммы направленности антенн и результаты излучений.

Рисунок: Тестовый приемник электромагнитных помех

Важность оценки антенны при испытаниях на излучение

Антенны — это не просто приёмные и передающие устройства. Они подвержены случайным внутренним цифровым шумам. Их размер, форма, ориентация и положение оказывают большое влияние на уровень излучения. Например, минимальные изменения в юстировке антенны или структуре заземляющей плоскости могут привести к пикам излучения на гармонических частотах в пределах чувствительных нормативных диапазонов.
Испытание на излучение позволяет выявить эти проблемы на начальных этапах сертификации. Если антенна излучает шум, тестер ЭМС покажет высокие пики на заданных частотах, которых быть не должно. Затем инженеры могут принять корректирующие меры, например, перепроектировать заземляющий слой, использовать экранирование, модифицировать радиочастотные цепи или фильтровать подключенные цепи.
При использовании антенн в небольших устройствах, например, смартфонах или модулях Интернета вещей, всегда существует риск наличия нескольких компонентов с общими заземлением и питанием. Тестеры ЭМС помогают разделить полезную передачу и нежелательное излучение, что упрощает анализ фактического поведения антенны.

Ключевые измерения, выполненные с помощью тестеров ЭМС

В ходе испытаний на излучение проводится ряд измерений, критически важных для понимания поведения антенн. Каждое испытание даёт ценную информацию о распространении шума и отклике антенн, а также о минимизации излучений.

Сканирование диапазона частот

Визуализация с помощью тестера ЭМС имеет широкий диапазон частот, обычно от 30 МГц до нескольких гигагерц. Во время сканирования можно увидеть пики, связанные с резонансом антенны или внутренним шумом коммутации. Эти данные помогают инженерам определить, где можно улучшить конструкцию.

Гармоническая и субгармоническая идентификация

Антенные конструкции могут случайно усилить второй, третий и более высокие порядки внутренних генераторов. Определение этих гармоник важно для оборудования с импульсными источниками питания высокой частоты или устройств высокоскоростной передачи данных.

Корреляция с коэффициентом усиления антенны

Антенны с высоким коэффициентом усиления могут непреднамеренно создавать дополнительный нежелательный шум. Тестеры ЭМС помогают установить корреляцию между характеристиками усиления антенны и пиками излучения, что даёт инженеру более глубокое представление о влиянии характеристик на соответствие антенн требованиям.

Распространенные причины отказов антенн, связанных с излучением

Существует ряд конструктивных проблем, которые могут привести к излучению помех через антенны при оценке ЭМС. К ним относятся: неправильное проектирование заземляющего слоя, недостаточный контроль обратного пути, чрезмерный излучатель на печатной плате, недостаточное экранирование шумящих цепей и асимметричные линии питания антенн.

Внутренние кабели, имеющие такую ​​же длину, как и кабели в устройстве, могут действовать как антенны и повышать вероятность непрохождения теста на излучение. Шум также может излучаться антеннами, расположенными слишком близко к импульсным источникам питания или высокоскоростным цифровым схемам. Для диагностики этих проблем можно использовать только тестер ЭМС, измеряющий распределение шума по частотному спектру.

Инженеры также сталкиваются с проблемами, связанными с гармониками, создаваемыми микроконтроллерами, генераторами и радиочастотными модулями. Когда эти гармоники находятся на резонансных частотах антенны, излучение усиливается. Тестер ЭМС способствует устранению этих взаимодействий и указывает на необходимость изменения конструкции антенны.

Стратегии улучшения соответствия антенн требованиям с помощью тестеров ЭМС

Перед анализом результатов испытаний инженеры принимают различные меры для снижения уровня излучений, связанных с антенной. Оптимизация геометрии заземляющего слоя является одним из наиболее эффективных способов. Нулевые и симметричные заземляющие слои позволяют минимизировать нежелательные излучения фидерных линий и сигнальных трактов.
Помехи можно минимизировать, установив экраны на шумящие компоненты или проводящие корпуса. Уровень шума, достигающего антенны, также можно уменьшить, используя фильтрующие цепи, ферритовые фильтры и дроссели.

В некоторых случаях проблемы с излучением решаются путём регулировки положения антенны или её настройки. Пиковые уровни излучения можно снизить, немного изменив длину антенны, её расположение или согласующие цепи. Тестер ЭМС используется для подтверждения этих изменений, предоставляя обратную связь в режиме реального времени для циклов испытаний.

Заключение

В испытание на излучениеТестер ЭМС критически важен для проверки характеристик антенн. Благодаря высокоточным измерениям излучения, обнаружению резонансного шума и сравнению поведения антенн с нормативными требованиями, тестер помогает инженерам разрабатывать стабильные и стандартные беспроводные устройства. С ростом сложности и интеграции антенн появилась возможность анализировать и интерпретировать характер излучения с помощью профессионального оборудования, такого как предоставляемое… LISUN становится всё более важным. Умение пользоваться тестерами ЭМС также гарантирует, что конструкция антенны соответствует международным стандартам, а электронные приборы, используемые для её работы, не создают нежелательных помех.