Annons

Totalgrepp om EMC kräver immunitetsmätningar

Med begreppet EMC följer både vetskap om och tolkning av gällande lagar och direktiv, mätteknik för att verifiera EMC-egenskaper och konstruktionsteknik för att uppfylla kraven. Rohde & Schwarz fångade nyligen in alla delar i välbesökta seminarier i Norden: 100 personer i Stockholm och 50 i Göteborg. Här i reportaget tar vi upp begreppet immunitet (EMS, ElectroMagnetic Susceptibility) och litet om EMC-standarder.

Begreppet EMC, ElectroMagnetic Compatibility – elektromagnetisk överensstämmelse – kan sammanfattas som:
”Förmåga hos apparater och system att arbeta i en elektromagnetisk miljö utan att påverka varandras funktioner och utan fel. Det innebär att man måste säkerställa att driften inte påverkar den elektromagnetiska miljön  i den grad att funktioner i andra apparater och system påverkas på ett skadligt sätt”.
Det finns naturliga störkällor som atmosfäriskt brus, galaktiskt brus och elektrostatiska urladdningar. Avsedd radioutstrålning, som telekommunikation (mobiltelefoner etc) och icke-telekomrelaterad utstrålning (mikrovågsugnar, diatermi, navigation, induktionsplattor på spisar)  kan störa (RFI, Radio Frequency Interference) liksom oönskad utstrålning av störningar (EMI, ElectroMagnetic Interference) från datorer, kraftelektronik, borstmotorer etc.
Störningarna överförs via luftgränssnittet, i när- eller fjärrfält, eller via ledningar.
I begreppet EMC ingår även att en apparat inte skall låta sig störas av exempelvis en närbelägen radiosändare (t ex mobiltelefon). Den skall helt enkelt tåla vissa nivåer under vilka apparaten ifråga skall uppvisa immunitet (EMS, ElectroMagnetic Susceptibility).

Immunitet/EMS

Kenneth Rasmussen, applikationsingenjör EMC, Rohde&Schwarz Danmark, talade just om ämnet test av immunitet. Här ger vi en sammanfattning av hans presentation.

Kenneth Rasmussen

Ett immunitetstest syftar till att om ett testobjekt påverkas av elektromagnetiska fenomen som finns i den omgivning som testobjektet möter då det används. Till problembilden hör att testobjektet kanske skall användas i vitt skilda miljöer. Ett sådant exempel är en mobiltelefon.
EMS-testet måste därför kunna simulera smalbandiga störningar på testobjektet för att kontrollera att dess funktioner inte påverkas. För detta finns flera metoder.
Valet av metod är relaterat till den standard som är föreskrivs. Vilken testnivå och frekvensområde som gäller varierar med olika standarder. I vissa fall moduleras radiosignalen för att efterlika verkliga betingelser.

Ledningsbunden påverkan
Immunitet testas såväl mot ledningsbundet inmatade störningar och instrålade störningar.
I det förra fallet kan störande signal matas in via ett kopplings/avkopplingsnät, CDN, Coupling/decoupling network eller via strömtransformator, BCI, Bulk Current Injection.
CDN har fördelen av att kopplingen begränsas från testobjektet till den störande generatorsignalen. Resultaten är repeterbara men frekvensområdet i kopplaren är begränsat.
BCI har tack vare sin enkla konstruktion inte samma begränsning i frekvensområde. Det är en flexibel och lättanvänd metod som bara begränsas av diametern på klämmans diameter (ferritkärnans diameter). Men risken finns att inte rätta strömmar injiceras och impedansen är inte stabil. Därför måste man kontrollera testnivåerna.

Principen för CDN.
(Denna illustration och de följande är hämtade från Rohde&Schwarz presentationer)


En adapter krävs.

Med den koppling som visas ovan kommer impedansen att vara 150 ohm mellan testobjektets utgång och CDN-nätets utgång. Därför lägger man även in en adapter med tre 300 ohms motstånd mellan CDN och testobjektet.

Massiva strömprobar
En BCI kan se ut som i exemplen nedan.

Feritkärnorna är delbara för att kunna träs på en kabel.

Dessa strömprobar finns för olika effektgränser, kabelformat, frekvensområden och kopplingseffektivitet. Generellt sett gäller att ju smalare frekvensband de är konstruerade för, desto bättre arbetar de. En begränsning är att de kräver en kalibrerad fixtur. Kalibrerade BCI ger en stabil impedans (typiskt 50 ohm).

Här visas en testuppkoppling schematiskt.

När man kör ett BCI-test på kabeln tilltestobjektet använder man den tidigare gjorda kalibreringsfilen. Impedansen på denna kabel kan variera mycket över det frekvensområde som skall testas. Den ström som injiceras i kabeln monitoreras med ytterligare en strömprob och matas tillbaka till testprogramvaran så att testnivån kan regleras.
 
I praktiken kan testuppkopplingen se ut såhär.

Immunitet mot instrålning
Typiskt genomför man en kalibrering för att åstadkomma korrekt testnivå i en styrd eller stabil uppkoppling. Kalibreringen görs typiskt med en omodulerad RF-signal. Vid test kan sedan olika typer av modulation används, beroende på kraven i en standard och typen av fenomen som skall studeras.
Vi skall inte gå in närmare på kalibreringsförfarandet här. Det kräver en probar för att mäta fältstyrkan i 16 positioner inom en yta av 1,5×1,5 m.
Nedan visas en typisk mätuppkoppling. För att åstadkomma tillräckligt starka fält krävs det en bredbandig effektförstärkare.

Immunitetsmätning upp till 6 GHz enligt IEC 61000-4-3.

Det finns dock flera metoder för mätuppställning, boroende på testobjektets art och storlek. Många militära standarder och standarder för fordon använder två fältprobar på var sida om testobjektet för att skapa testfältet. Den metoden används får att på kort distans från testobjektet skapa höga fältstyrkor med relativt smalbandiga antenner.
Komponenter och delsystem testas genom att använda striplines eller TEM-celler vilka kan skapa höga fältstyrkor inom små ytor.
Vilken metod som än används måste man hela tiden ha kontroll över att testobjektet fungerar som det skall. En dators funktion kan exempelvis övervakas via en kamera för att inte påverka själva testobjektet.

Djungel av standarder
De tekniska problemen. med att mäta på rätt sätt, med rätta metoder och lämpliga instrument räcker inte för att kunna kontrollera om en konstruktion uppfyller EMC-direktivets alla krav.
Per Isacsson, produktchef vid Rohde & Schwarz i Sverige, höll en flödande presentation om standarder. Ämnet är mycket omfattande och det gäller att kunna sätta sig in i de standarder som gäller för Europa och även utanför Europa om man exporterar produkter. Här är en kort sammanfattning:
Europa normer, harmoniserade standarder vars beteckningar börjar på EN, tas fram av organisationer som ETSI, CEN eller Cenelec. De tre är av EU utsedda till europeiska standardiseringsorganisationer.
ETSI tar fram standarder som tillämpas globalt inom ICT och som omfattar fasta förbindelser, mobilradio, annan radiokommunikation, rundradio och även Internet. ETSI har 750 medlemmar från 63 länder.
CEN, European Comittee for Electrotechnical Standardiszation, håller samman nationella standardiseringsorgan. Officiellt sett är CEN utsett av EU och EFTA att ansvara för att utveckla och frivilliga standarder på Europanivå.
Cenelec utgör den europeiska kommittén för elektroteknisk standardisering. Cenelec tar fram frivilliga standarder vilket gynnar handeln mellan olika länder till stöd för EUs inre marknad.
Det finns också ett antal ISO-standarder avseende EMC i fordon.
EMC-kraven för militär utrustning följer ofta MIL STD 461n, som är en militär USA-standard. Denna standard omfattar ett mycket större frekvensspann än för civila standarder: 30 Hz till 40 GHz. En annan skillnad är att den utgår från 200 V/m fältstyrka och att testmetoderna i många fall avsevärt skiljer från civila standarder.
IEC, International Electromechanical Commission, är ett standardiseringsorgan som täcker elektriska, elektroniska och tillhörande tekniker, generellt kallat ”elektroteknik”. Det är en koncensusbaserad organisation där varje nation har några deltagare som arbetar med IEC-arbetet. Varje medlemsland, smått som stort, har sin röst.
CISPR, International special committé on radio interference, syftar till att med sina standarder åstadkomma EMC och förhindra interferenser mellan 9 kHz och 400 GHz.
FCC, Federal Communication Commission, är en oberoende organisation inom USAs regering för att reglera kommunikation via radio, television, tråd, satelliter och kablar i USAs 50 stater och delar av Columbia och territorier tillhörande USA. Till skillnad från de europeiska EMC-normerna omfattar standarden inget immunitetstest. Standarden är utformad som en enda (tjock) bok.

– Den är skriven som prosa, till skillnad från de europeiska EN-standarderna. Därför är den inte enkel att tyda, konstaterade Per Isacsson.

 

Comments are closed.