O badaniach kompatybilności elektromagnetycznej w komorze SAC opowiada Szymon Robak, kierownik laboratorium EMC w Łukasiewicz – AI

Szymon Robak pracuje w Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytucie Sztucznej Inteligencji i Cyberbezpieczeństwa (dawniej Łukasiewicz – EMAG) od 18 lat, a od 2012 roku jest kierownikiem Laboratorium Badań Kompatybilności Elektromagnetycznej.

Szymon Robak, kierownik Laboratorium Badań Kompatybilności Elektromagnetycznej w Łukasiewicz – AI. Fot. Agnieszka Kubasik

– Specjalizujemy się w badaniach EMC urządzeń domowych i przemysłowych, ale wykonujemy też badania urządzeń medycznych oraz podzespołów samochodowych – mówił Szymon Robak, który oprowadzał mnie po katowickim laboratorium. – Nasza komora bezodbiciowa SAC (Semi Anchoic Chamber) ma odległość pomiarową 3 metry. Oznacza to, że tyle wynosi dystans pomiędzy obiektem badań na stole umieszczonym na obrotowej podłodze o nośności 1,5 tony i średnicy 2 metrów, a anteną. Stanowisko pozwala na pomiary elektromagnetycznych zaburzeń promieniowanych w zakresie częstotliwości od 30 MHz do 18 GHz.

Szymon Robak wchodzi do komory bezodbiciowej. Fot. Agnieszka Kubasik

Blaszane ściany i sufit komory stanowią klatkę Faradaya. Wyłożone są płytkami ferrytowymi, pod którymi dodatkowo jest folia aluminiowa. Przymocowane do nich absorbery gwarantują brak lub minimalne ilości odbić fal elektromagnetycznych. Styropianowe panele pełnią jedynie funkcję rozjaśniającą. Przy pomiarze do 18 GHz absorberami wyłożona jest również podłoga.

Szymon Robak przy stanowisku do badań w komorze SAC. Fot. Agnieszka Kubasik

– Podczas badania elektromagnetycznych zaburzeń promieniowanych w paśmie od 30 MHz do 1 GHz, stół, na którym ustawiony jest obiekt badań, wykonuje pełen obrót 360 stopni, a antena umocowana na maszcie zmienia polaryzację z pionowej do poziomej i wysokość od jednego do czterech metrów. Dzięki temu urządzenie zbadane jest z każdej strony. Metodyka pomiaru opisana jest w normach i laboratorium postępuje ściśle według wytycznych. Normy określają też, jaką przenikalność magnetyczną ma mieć materiał, który służy jako podpórka dla mierzonego urządzenia. W większości przypadków jest to styropian bądź styrodur, ze względu na swoją przeźroczystość dla pola elektromagnetycznego. Podczas badania obiekty muszą być zasilone i uruchomione w normalnym trybie pracy. Do tego celu służy szereg przyłączy i specjalistycznych konwerterów pod podłogą.

Stół podczas badania wykonuje obrót 360 stopni. Fot. Agnieszka Kubasik

Dlaczego do badań EMC potrzebna jest komora bezodbiciowa?

– Musimy się odciąć od wszelkich fal elektromagnetycznych, które występują w środowisku zewnętrznym. Potrzebujemy ciszy elektromagnetycznej, bez sygnałów z radia, telewizji naziemnej czy telefonii komórkowej, które przeszkadzałyby nam w pomiarze urządzenia. Dzięki temu możemy sprawdzić, czy uruchomiony w domu komputer, mikrofalówka lub pralka nie będą emitować niecelowego zaburzenia mogącego zakłócić pracę odbiorników radiowych. Podobnie z urządzeniami przemysłowymi, które również nie powinny mieć wpływu na łączność policyjną, straży pożarnej, karetek, telewizji naziemnej czy radia CB. To jest podstawowy aspekt dyrektywy o kompatybilności elektromagnetycznej. Wymaga ona od producentów, żeby projektowane i wytwarzane przez nich urządzenia spełniały limity zaburzeń określone w normach.

Antena w komorze bezodbiciowej. Fot. Agnieszka Kubasik

Jakie są wymagania dla urządzeń związane z badaniami kompatybilności elektromagnetycznej?

– Dotyczą niskiej emisyjności oraz odporności na zakłócenia. Większość norm specyfikuje około 10 badań EMC. Dwa z nich, czyli pomiar elektromagnetycznych zaburzeń promieniowanych oraz odporność na pole elektromagnetyczne wykonuje się w komorze bezodbiciowej. Pierwsze określa czy urządzenie nie emituje promieniowania przekraczającego dopuszczalne normy, drugie bada jego odporność na zakłócenia. Przy badaniu odporności generujemy pole elektromagnetyczne przy użyciu anteny, generatora i wzmacniacza. W ten sposób symulujemy pole elektromagnetyczne, które może wystąpić w środowisku pracy urządzenia. Pozostałe badania wykonujemy poza komorą. Są to badania odporności urządzeń na wszelkiego rodzaju zaburzenia przewodzone występujące w sieci zasilania oraz badanie odporności na wyładowania elektrostatyczne na obudowie urządzenia. Badania wykonywane są dla każdego typu sprzętu elektronicznego, domowego, medycznego, kolejowego czy motoryzacyjnego, przy czym stanowisko do badań podzespołów samochodowych są nieco inaczej zbudowane. Takie usługi badawcze również świadczymy.

Sterownia. Fot. Agnieszka Kubasik

A na czym polegają pomiary elektromagnetycznych zaburzeń przewodzonych?

– Jest to pomiar, który w większości przypadków wykonywany jest w zakresie częstotliwości od 150 kHz do 30 MHz. Sprzęt oświetleniowy mierzony jest w szerszym zakresie, od 9 kHz do 30 MHz. Pomiar dotyczy zaburzeń propagowanych przewodowo, głównie po sieci energetycznej. Badany obiekt umieszczamy na stole o wysokości 40 cm, podłączamy do sieci sztucznej LISN, mierzącej linie L i N względem ziemi odniesienia czyli PE. Pomiar ten wykonujemy dla urządzeń zasilanych z sieci AC. W niektórych przypadkach również dla sieci DC. Sieć sztuczna połączona jest z odbiornikiem, a zmierzone wartości przesyłane są do komputera. Wynik pomiaru przedstawia wykres. Jeśli wartości przekraczają limity, urządzenie nie spełnia norm EMC.

Stanowisko do pomiaru zaburzeń propagowanych przewodowo, przy pomocy sieci sztucznej LISN. Fot. Agnieszka Kubasik

Czy pomiary pomagają zlokalizować problem?

– W naszym laboratorium pomagamy w zlokalizowaniu takich miejsc w konkretnych podzespołach, przy pomocy sond pola bliskiego. Mamy zestaw sond, które podpinamy do odbiornika pomiarowego. Znając częstotliwość wykraczającą poza limity, jesteśmy w stanie zlokalizować, który podzespół, ścieżka lub element urządzenia te przekroczenia powoduje. Mamy też sondy o różnych średnicach, które mierzą składową pola magnetyczną. Inne wykonują pomiar bezpośrednio na ścieżce PCB.

Sondy pola bliskiego. Fot. Agnieszka Kubasik

Jakie rodzaje usług świadczy laboratorium EMC w Łukasiewicz – AI?

– Świadczymy dwa rodzaje usług. Pierwsze to testy inżynierskie, podczas których każdy inżynier, który zaprojektuje swoje urządzenie, może wynająć laboratorium na godziny wraz z obsługą. Pozwala to na wczesne wykrycie negatywnych wyników projektowanego urządzenia, co znacząco obniża koszty produkcyjne. Bardzo trudno jest poprawić parametry, gdy do laboratorium trafia już finalna wersja. Wówczas niektóre problemy są trudne do rozwiązania. Natomiast jeszcze na etapie prototypu można skorzystać z dostępnych w laboratorium elementów filtrujących EMI i zaimplementować w urządzeniu. Drugi rodzaj usług to pełne testy akredytowane, kiedy laboratorium sporządza sprawozdanie z badań, stanowiące później dowód spełnienia normy oraz domniemanie zgodności z dyrektywą.

Pomieszczenie do badania odporności urządzeń na wszelkiego rodzaju zaburzenia przewodzone. Stanowiska do badań niewymagających pomieszczenia ekranowanego. Fot. Agnieszka Kubasik

Jakie jeszcze badania wykonywane są w laboratorium Łukasiewicz – AI?

– Wykonujemy również badania, które nie wymagają pomieszczenia ekranowanego, czyli badanie odporności na zaburzenia przewodzone, indukowane przez pola o częstotliwości radiowej w paśmie od 150 kHz do 80 MHz oraz odporność na wyładowania elektrostatyczne ESD. Mamy sprzęt do pomiaru harmonicznych i flicker-ów oraz anteny do badania odporności na pole magnetyczne. Dysponujemy aparaturą do badania zaburzeń typu BURST, SURGE oraz zaniki i zapady napięcia zasilania. Mówiąc pokrótce, możemy zapewnić komplet badań, które trzeba wykonać, aby urządzenie spełniało dyrektywę dotyczącą kompatybilności elektromagnetycznej. Chciałbym tu jednak podkreślić, że najważniejsze, co możemy zaoferować, to wiedzę naszych inżynierów, dla których praca tutaj jest spełnieniem ich pasji i ambicji. Jest mi bardzo przyjemnie, że mogę z takim zespołem pracować – dodał na zakończenie naszego spotkania Szymon Robak.