Przedcertyfikacyjne badania EMI z zastosowaniem programu ELEKTRA – przygotowanie szablonów pomiarów
Pomiary zaburzeń elektromagnetycznych mogą być wykonywane samym analizatorem FPC1500, jednak należy liczyć się z dużymi ograniczeniami tej metody. Użytkownik planujący rutynowe używanie tego przyrządu do badań przedcertyfikacyjnych powinien zakupić również dedykowany do takich zastosowań software. I tu kolejna niespodzianka – Rohde&Schwarz oferuje klientom program ELEKTRA przeznaczony zasadniczo do badań certyfikacyjnych. Zdecydowano jednak udostępnić go także m. in. mniejszym użytkownikom dysponującym analizatorem FPC1500.
Przedcertyfikacyjne badania promieniowanych zaburzeń elektromagnetycznych przebiegają według takiego samego schematu jak w laboratorium. Pamiętajmy jednak, że sama zasada pomiaru jest zgoła odmienna. W laboratorium odbiornik pomiarowy pobiera sygnał z anteny oddalonej od DUT w zależności od klasy urządzenia o 3 lub o 10 m. Uwzględniane są takie czynniki jak polaryzacja anten i różne położenia DUT względem anteny.
Sygnały zakłócające
Przedcertyfikacyjne pomiary EMI są wykonywane na stole w biurze konstruktora w zakresie pola bliskiego z użyciem odpowiednich sond. Jednym z większych problemów jest obecność trudnych do wyeliminowania sygnałów zewnętrznych nakładających się na zaburzenia emitowane przez DUT. Są to wszelkiego rodzaju stacje radiowe i telewizyjne, telefonia komórkowa, WiFi itp. (rys. 4) Praktycznie jedyną metodą minimalizacji wpływu tych czynników w badaniach nielaboratoryjnych jest stosowanie miniaturowych komór bezodbiciowych (TEM – Transverse Electromagnetic Cell). Niestety stanowią one dodatkowy koszt, a ponadto dość istotnie ograniczają wymiary badanych urządzeń. W większości przypadków trzeba więc radzić sobie bez nich.
Rys. 4. Zanieczyszczenie środowiska pomiarowego sygnałem WiFi nie pochodzącym od urządzenia badanego
Przebieg pierwszej fazy badań jest już znany – należy znaleźć miejsca maksymalnej emisji zaburzeń. Do lokalizacji wykorzystywany jest analizator widma pracujący w swoim podstawowym trybie i sonda pola magnetycznego na przykład H 400-1. Sonda powinna być umieszczona w miejscu maksymalnych zaburzeń tak, aby nie zmieniała położenia w trakcie pomiarów. Wskazane jest stosowanie jakiegoś statywu lub innej stabilnej podpory (fot. 1).
Automatyzacja w ELEKTRZE
Teraz można uruchomić program ELEKTRA i przygotować go pomiaru zgodnego z wybraną normą. Jeżeli wcześniej nie były prowadzone podobne badania, dobrą metodą postępowania jest wygenerowanie zestawów odpowiednich konfiguracji sprzętowych, a także szablonów pomiarów i raportów oraz linii limitów. Program zawiera Wizarda („Czarodzieja”), który po wskazaniu odpowiednich opcji sam utworzy powyższe komponenty.
Na rys. 5 przedstawiono przykładowy zestaw aparatury pomiarowej wybrany przez Wizarda do pomiarów promieniowanych zaburzeń elektromagnetycznych.
Na rys. 6 natomiast widoczny jest zestaw przygotowanych konfiguracji pomiarowych przeznaczonych do takich pomiarów. Jeżeli użytkownik nie znajdzie gotowych elementów powinien utworzyć je samodzielnie. Zobaczmy jak to się robi dla pomiaru w zakresie częstotliwości od 30 MHz do 3 GHz oczywiście z zastosowaniem analizatora FPC1500 i sondy pola bliskiego typu H 400-1.
Rys. 5. Domyślny zestaw aparatury pomiarowej przygotowany przez Wizarda programu ELEKTRA
Rys. 6. Domyślny zestaw konfiguracji pomiarowych przygotowany przez Wizarda programu ELEKTRA
Tworzenie konfiguracji sprzętowej
Pierwszą czynnością jest utworzenie sprzętowej konfiguracji pomiarowej (rys. 7). Znajduje się w niej analizator FPC1500 oraz sonda pola bliskiego typu H 400-1. W takiej konfiguracji mogą być stosowane opcjonalnie dodatkowe elementy, takie jak: wzmacniacze, tłumiki, filtry itp. Dla uzyskania jak najbardziej wiarygodnych wyników ważna jest prawidłowa korekcja charakterystyki sondy pomiarowej. Wizard uwzględnił odpowiednią funkcję, którą należy wskazać na formularzu. Tak utworzona konfiguracja powinna być zapisana na dysku, gdyż będzie wykorzystywana wielokrotnie.
Rys. 7. Formularz tworzenia własnej konfiguracji pomiarowej
Szablony pomiarów
W kolejnym etapie warto przygotować szablony pomiarów dla poszczególnych zakresów częstotliwości (fot. 8). Od razu należy zaznaczyć, że opracowanie jednoprzebiegowego pomiaru w całym paśmie jest raczej niemożliwe, o czym będzie jeszcze mowa. I tu również można skorzystać z gotowych szablonów przygotowanych przez Wizarda lub utworzyć własne. Formularz zawiera szereg elementów, które powinny być wybrane odpowiednio do potrzeb. Po pierwsze: należy wybrać prawidłową sprzętową konfigurację pomiarową. Oczywiście może, a nawet powinna to być konfiguracja przygotowana wcześniej (chyba, że korzysta się z gotowca). Po drugie: należy wybrać zakres częstotliwości. Okazuje się, że najczęściej konieczne będzie podzielenie całego pasma mierzonego na kilka podzakresów.
Rys. 8. Formularz tworzenia własnego szablonu pomiarów
Tajemnicze „BW” i inne parametry
Jednym z ważniejszych parametrów programu jest „Meas BW”. Międzynarodowy komitet do spraw zakłóceń elektromagnetycznych (CISPR) przyjął w swoich normach kilka standardowych wartości tego parametru i tylko te powinny być uwzględniane w doborze. Program ELEKTRA automatycznie filtruje prawidłowe opcje. Z parametrem tym wiąże się kilka dość istotnych problemów. Zbyt mała wartość niekorzystnie wpływa na całkowity czas pomiaru, zbyt duża może grozić pominięciem częstotliwości, przy których występują istotne zaburzenia. Ponadto, ostatnia faza pomiaru prowadzona z użyciem detektora Quasi Peak wymaga przyjęcia „Meas BW” poniżej 1 MHz, a to z kolei może wymuszać konieczność zawężenia zakresu pomiarowego. Teraz wszystko już się wyjaśniło – wiadomo dlaczego trzeba przyjmować kilka podzakresów częstotliwości.
Bardzo istotny dla całkowitego czasu pomiaru jest też parametr „Test per point”. Jak można przypuszczać, czas ten bezpośrednio wiąże się z całkowitym czasem pomiaru. Z tego względu należałoby wybierać jak najmniejsze wartości. Ale z drugiej strony, czas ten decyduje o precyzji pomiaru i nie powinno się go nadmiernie skracać, zgadzając się na drastyczne niekiedy wydłużenie pomiaru. „Time per point” nie ma natomiast tak istotnego znaczenia w przypadku ostatniego etapu, w którym jest wykorzystywany detektor Quasi Peak, gdyż takich punktów pomiarowych jest zwykle tylko kilka lub kilkanaście.
Linie limitów
Jak wiadomo, do zaliczenia testu wymagane jest zmieszczenie się wyników w całym zakresie częstotliwości pod linią limitów. Ważne jest zatem prawidłowe zdefiniowanie tych linii. Wynikają one bezpośrednio z norm, według których badane jest urządzenie i przy poprawnym wygenerowaniu zasobów przez Wizarda są one dostępne w zasobniku programu ELEKTRA. Jeśli użytkownik uzna jednak, że żadna z gotowych propozycji nie spełnia jego wymagań, może takie linie zdefiniować samodzielnie. Program ma edytor służący specjalnie do tego celu. . Definiowanie linii jest bardzo proste i przypomina trochę rysowanie wykresów w Excelu. Wystarczy wprowadzić do tabeli punkty charakterystyczne, aby po chwili otrzymać gotową linię (rys. 9). Ważne jest podanie typu detektora, który będzie używany w pomiarach ostatecznych. Jak wiadomo, jest to detektor Quasi Peak.
Rys. 9. Arkusz edycji linii limitów
