Θάλαμος κυψελών GTEM έναντι ανηχοϊκού θαλάμου για μικρές ηλεκτρονικές συσκευές

Περίληψη
Στον τομέα των δοκιμών προ-συμμόρφωσης με την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC), οι ανηχοϊκοί θάλαμοι χρησιμεύουν ως ο παραδοσιακός τυπικός χώρος δοκιμών, ωστόσο το υψηλό κόστος κατασκευής τους και ο μεγάλος χώρος δαπέδου δημιουργούν σημαντικά εμπόδια για τους μικρούς και μεσαίους κατασκευαστές ηλεκτρονικών ειδών. Ο θάλαμος κυψελών GTEM είναι ένας νέος τύπος εξοπλισμού δοκιμών EMC που αναπτύχθηκε με βάση τα κύτταρα TEM. Υιοθετεί μια ασύμμετρη κωνική ορθογώνια δομή για την προσομοίωση του ελεύθερου χώρου και τη σταθερή παραγωγή ομοιόμορφων εγκάρσιων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (TEM) μέσα στον θάλαμο, αντιπροσωπεύοντας μια ώριμη τεχνολογία μέτρησης ελαφρού βάρους που αναδύεται στον κλάδο της EMC την τελευταία δεκαετία. Η παρούσα εργασία λαμβάνει υπόψη... LISUN GTEM-2 Ο θάλαμος κυψελών GTEM, ως βασικό ερευνητικό αντικείμενο, συγκρίνει τον θάλαμο κυψελών GTEM με τους παραδοσιακούς ανηχοϊκούς θαλάμους από τέσσερις διαστάσεις, όπως το κόστος, η κατάληψη χώρου, η αποτελεσματικότητα των δοκιμών και η συμμόρφωση με τα πρότυπα, και καταδεικνύει τα βασικά πλεονεκτήματα της υιοθέτησης του θαλάμου κυψελών GTEM κατά τη φάση Έρευνας και Ανάπτυξης μικρών συσκευών IoT, μονάδων PCB, φορητών ηλεκτρονικών ειδών και μικρών οικιακών συσκευών. Σε συνδυασμό με πρότυπα όπως IEC 61000-4-20 και GB/T 17626.3, η παρούσα εργασία επαληθεύει την εγκυρότητα των δεδομένων δοκιμών της και παρέχει τεχνικές αναφορές για τις επιχειρήσεις ώστε να επιλέξουν εργαστηριακό εξοπλισμό EMC.

Βασικές Αρχές και Τεχνική Βάση του Θαλάμου Κυψελών GTEM

Το GTEM σημαίνει Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell (Εγκάρσιο Ηλεκτρομαγνητικό Κύτταρο Gigahertz). Ουσιαστικά, είναι ένα αναβαθμισμένο και διευρυμένο προϊόν των συμβατικών κυψελών TEM. Τα παραδοσιακά κυψέλες TEM διαθέτουν χαμηλό ανώτερο όριο εύρους ζώνης και εφαρμόζονται μόνο σε δοκιμές χαμηλής συχνότητας. Αντίθετα, Θάλαμος κυττάρου GTEM επεκτείνει χωρικά την ομοαξονική δομή, επεκτείνει τον εσωτερικό αγωγό σε μεταλλικό διάφραγμα και λαμβάνει το εξωτερικό κέλυφος ως εξωτερικό αγωγό. Η συνολική δομή είναι μια ασύμμετρη κωνική ορθογώνια κοιλότητα εξοπλισμένη με ταιριαστές συστοιχίες αντιστάσεων και υλικά απορρόφησης κυμάτων στην ουρά για να επιτύχει αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης ευρείας ζώνης 50 ohm. Μπορεί να προσομοιώσει ελεύθερο χώρο χωρίς ανάκλαση μέσα σε έναν κλειστό θάλαμο και να παράγει σταθερά κύματα TEM πλήρους ζώνης.

Ως προς τη δομή, LISUN GTEM-2 Ο θάλαμος κυψελών GTEM έχει συνολικές διαστάσεις 1950×950×700mm. Στο μπροστινό άκρο του θαλάμου είναι εγκατεστημένος ένας σύνδεσμος τροφοδοσίας RF τύπου N και στη μέση υπάρχει μια θωράκιση με παράθυρο παρατήρησης. Στο εσωτερικό του είναι τοποθετημένη μια ομοιόμορφη ζώνη δοκιμής 3dB 200×200×100mm, η οποία μπορεί να φιλοξενήσει τον υπό δοκιμή εξοπλισμό (EUT) με μέγιστο μέγεθος 260×400×130mm, καλύπτοντας πλήρως τις διαστάσεις περιγράμματος των περισσότερων μικρών ηλεκτρονικών προϊόντων. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου του πυρήνα μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια εισάγοντας την ισχύ RF και την απόσταση μεταξύ των διαφραγμάτων, με την ένταση του πεδίου να κυμαίνεται από 0 έως 200V/m για να πληροί όλα τα επίπεδα απαιτήσεων δοκιμής ακτινοβολούμενης ανοσίας 1~30V/m που καθορίζονται στο IEC 61000-4-3.

Όσον αφορά τις λειτουργίες, ο θάλαμος κυψελών GTEM διαθέτει απόδοση ευρείας ζώνης που καλύπτει ζώνες συχνοτήτων DC έως μικροκυμάτων. Μία μόνο μονάδα μπορεί να ολοκληρώσει δύο βασικά στοιχεία δοκιμών EMC: δοκιμή ατρωσίας ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού πεδίου RF (EMS) και δοκιμή προ-συμμόρφωσης ορίου ακτινοβολούμενης εκπομπής (EMI). Ένα πλήρες αυτόματο σύστημα δοκιμών μπορεί να κατασκευαστεί συνδυάζοντας τη γεννήτρια σήματος LS-SMB100B, τον ενισχυτή ισχύος σειράς LS-PA, τον αισθητήρα πεδίου LS-PB60 και EMI-9KC δέκτη. Το σύστημα υποστηρίζει αυτόματες δοκιμές πλήρους διαδικασίας μέσω λογισμικού χωρίς επαναλαμβανόμενη χειροκίνητη ρύθμιση κεραιών και πικάπ, μειώνοντας σημαντικά τους κύκλους δοκιμών. 

GTEM-2 Θάλαμος κυττάρου GTEM

Τέσσερα βασικά πλεονεκτήματα του θαλάμου κυψελών GTEM σε σύγκριση με τον ανηχοϊκό θάλαμο για έρευνα και ανάπτυξη μικρών ηλεκτρονικών προϊόντων

Σημαντικά μειωμένο κόστος κατασκευής και λειτουργίας και συντήρησης
Ένας συμβατικός ημι-ανηχοϊκός θάλαμος 3 μέτρων απαιτεί ένα ανεξάρτητο ειδικό εργαστήριο, θωρακισμένη χαλύβδινη κατασκευή, υλικά απορρόφησης κυμάτων από φερρίτη που καλύπτουν όλους τους τοίχους, τα πικάπ εδάφους και πολλαπλές ομάδες κεραιών μετάδοσης και λήψης ευρυζωνικής ζώνης. Η συνολική επένδυση σε πολιτικά μηχανικά έργα και εξοπλισμό είναι 4 έως 10 φορές μεγαλύτερη από αυτήν ενός θαλάμου κυψελών GTEM με ισοδύναμες προδιαγραφές.

• Αρχική Επένδυση: Το πλήρες σύστημα δοκιμών ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) LISUN GTEM-2 Περιλαμβάνει κοιλότητα GTEM, γεννήτρια σήματος, ενισχυτή ισχύος, εξοπλισμό παρακολούθησης έντασης πεδίου και λογισμικό αυτόματων δοκιμών. Το συνολικό κόστος προμήθειάς του αντιπροσωπεύει μόνο το 15%~25% ενός μικρού ημι-ανηχοϊκού θαλάμου. Δεν απαιτείται ανακαίνιση εργοστασίου ή ειδική θωράκιση πολιτικού μηχανικού και μπορεί να τοποθετηθεί σε τυπικά εργαστήρια και γραφεία έρευνας και ανάπτυξης.

• Κατανάλωση Ενέργειας: Οι ανηχοϊκοί θάλαμοι εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα μέσω εξωτερικών κεραιών. Κατά τη δοκιμή στην ίδια ένταση πεδίου 30V/m, απαιτούν πολύ υψηλότερη ισχύ εξόδου ενισχυτή από τον θάλαμο κυψελών GTEM. Ο θάλαμος κυψελών GTEM συνδέει απευθείας ομοιόμορφα ηλεκτρικά πεδία μέσω του εσωτερικού διαφράγματος, βελτιώνοντας την αξιοποίηση της ισχύος RF κατά περισσότερο από 80% και μειώνοντας σημαντικά τα μακροπρόθεσμα έξοδα ηλεκτρικής ενέργειας.

• Μακροχρόνια Συντήρηση: Τα υλικά απορρόφησης κυμάτων των ανηχοϊκών θαλάμων χρειάζονται συνολική αντικατάσταση κάθε 3 έως 5 χρόνια, και οι κεραίες και τα πικάπ απαιτούν ετήσια βαθμονόμηση. Ο θάλαμος κυψελών GTEM υιοθετεί μια ενσωματωμένη μεταλλική συγκολλημένη κοιλότητα με τυπικό VSWR ≤1.5, χωρίς αναλώσιμα υλικά απορρόφησης κυμάτων. Απαιτείται μόνο ετήσια βαθμονόμηση σύνθετης αντίστασης θύρας, μειώνοντας το φόρτο εργασίας συντήρησης κατά 70%.

Ελάχιστη κατάληψη χώρου, κατάλληλο για χώρους έρευνας και ανάπτυξης μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων
Οι ανηχοϊκοί θάλαμοι έχουν αυστηρές απαιτήσεις απόστασης μακρινού πεδίου. Ένας θάλαμος 3 μέτρων χρειάζεται τουλάχιστον 25 τετραγωνικά μέτρα ανεξάρτητου κλειστού χώρου, ενώ ένας θάλαμος 10 μέτρων καλύπτει περισσότερα από 50 τετραγωνικά μέτρα. Οι περισσότερες μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις ηλεκτρονικών ειδών δεν διαθέτουν τις κατάλληλες συνθήκες χώρου.

Ο θάλαμος κυψελών GTEM διαθέτει ενσωματωμένη συμπαγή δομή κουτιού. GTEM-2 Για παράδειγμα, ο συνολικός όγκος του μηχανήματος είναι μόνο 1.3 κυβικά μέτρα, τα οποία μπορούν να φορτωθούν πλήρως σε ένα κοντέινερ 40HQ για μεταφορά και να τεθούν σε λειτουργία εντός 1 έως 3 ημερών από την παράδοση. Πολλαπλές μονάδες GTEM μπορούν να τοποθετηθούν δίπλα-δίπλα για παράλληλη προ-δοκιμή πολλαπλών σειρών προϊόντων χωρίς παρεμβολές RF. Η ευέλικτη διάταξη του χώρου του προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στην Έρευνα και Ανάπτυξη μικρών ηλεκτρονικών προϊόντων, με συχνές επαναλήψεις και ταυτόχρονες δοκιμές παρτίδας πολλαπλών πρωτοτύπων.

Υψηλότερη Αποδοτικότητα Δοκιμών για την Υποστήριξη Ταχείας Επανάληψης στο Στάδιο Έρευνας και Ανάπτυξης
Ο κύκλος Έρευνας και Ανάπτυξης (R&D) μικρών ηλεκτρονικών προϊόντων είναι σύντομος, απαιτώντας συχνές αναθεωρήσεις των PCB και των δομικών εξαρτημάτων, καθώς και επαναλαμβανόμενες προκαταρκτικές δοκιμές EMI/EMS. Η διαδικασία δοκιμής των ανηχοϊκών θαλάμων είναι περίπλοκη:

– Οι δοκιμές ανηχοϊκού θαλάμου περιλαμβάνουν την μετακίνηση του EUT, τη ρύθμιση των γωνιών του πικάπ, την εναλλαγή των κεραιών εκπομπής-λήψης και τη βαθμονόμηση του ύψους της κεραίας, με μία μόνο ομάδα δοκιμών ακτινοβολίας να διαρκεί 1 έως 2 ώρες.

– Για τον θάλαμο κυψελών GTEM, οι χρήστες χρειάζεται μόνο να τοποθετήσουν το προϊόν στην εσωτερική ομοιόμορφη περιοχή 3dB και να αλλάξουν τις λειτουργίες δοκιμής EMI/EMS με ένα κλικ μέσω λογισμικού. Ένα πλήρες σύνολο δοκιμών διαρκεί μόνο 15 έως 30 λεπτά. Δεκάδες πρωτότυπα μπορούν να ελεγχθούν ανά ημέρα για τον γρήγορο εντοπισμό πηγών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και τη συντόμευση των κύκλων αναθεώρησης Έρευνας και Ανάπτυξης.

Συμμορφώνεται με τα Διεθνή Πρότυπα με Αναφερόμενα Δεδομένα Προ-δοκιμής
Πολλοί μηχανικοί έχουν την παρανόηση ότι μόνο τα δεδομένα που λαμβάνονται από ανηχοϊκούς θαλάμους μπορούν να πιστοποιηθούν. Ωστόσο, IEC 61000-4-20 ορίζει ειδικά τον θάλαμο κυψελών GTEM ως συμβατό χώρο προδοκιμής και τα αποτελέσματα των μετρήσεών του αναγνωρίζονται επίσης από το αντίστοιχο εθνικό πρότυπο GB/T 17626.20 στην Κίνα:
• Ακτινοβολούμενη ανοσία (EMS): Το σύστημα δοκιμών GTEM συμμορφώνεται πλήρως με τα πρότυπα IEC 61000-4-3 και GB/T 17626.3. Τα εργαστήρια τρίτων γενικά αναγνωρίζουν τα δεδομένα προ-δοκιμής από τον θάλαμο κυψελών GTEM για να αποφεύγουν εκ των προτέρων τις βλάβες της ακτινοβολούμενης ανοσίας.

• Ακτινοβολούμενη Εκπομπή (EMI): Σε συνδυασμό με έναν δέκτη EMI, προσομοιώνει το περιβάλλον ανοιχτού χώρου δοκιμών (OATS) μέσω τρισδιάστατης μαθηματικής μοντελοποίησης για την ολοκλήρωση δοκιμών προ-συμμόρφωσης της σειράς CISPR 11/22/25. Πριν από την αποστολή δειγμάτων σε ανηχοϊκούς θαλάμους για επίσημη πιστοποίηση, οι μηχανικοί μπορούν να βελτιστοποιήσουν εκ των προτέρων τα προβλήματα υπερβολικού θορύβου και να μειώσουν σημαντικά το κόστος επανελέγχου για την πιστοποίηση.

Πίνακας σύγκρισης βασικών δεικτών: Θάλαμος κυψελών GTEM έναντι ημι-ανηχοϊκού θαλάμου 3 μέτρων

Εφαρμόσιμα σενάρια και περιορισμοί του θαλάμου κυψελών GTEM

Βασικά Εφαρμοστέα Σενάρια του Θαλάμου Κυψελών GTEM
• Έρευνα και ανάπτυξη μικρών ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης: έξυπνα βραχιόλια, ακουστικά Bluetooth, μονάδες αισθητήρων, μικροί προσαρμογείς ισχύος, ελεγκτές έξυπνου σπιτιού.
• Μικρές βιομηχανικές ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου: πλακέτες ελέγχου PCB, μονάδες λήψης χαμηλής τάσης, φορητά όργανα δοκιμών.
• Εργαστήρια προκαταρκτικών δοκιμών πανεπιστημίων και τρίτων ιδρυμάτων δοκιμών: για διδασκαλία και προκαταρκτικό έλεγχο δειγμάτων με σκοπό τη μείωση του κόστους κράτησης επίσημων ανηχοϊκών θαλάμων·
• Προκαταρκτικές δοκιμές ακτινοβολούμενης ατρωσίας για μικρά στρατιωτικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα, σύμφωνα με τις απαιτήσεις προ-συμμόρφωσης του IEC και των εθνικών προτύπων.

Εξήγηση Περιορισμού
Ο θάλαμος κυψελών GTEM είναι εξοπλισμός για προκαταρκτικές δοκιμές Έρευνας και Ανάπτυξης και δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως τους ανηχοϊκούς θαλάμους. Για την επίσημη κυκλοφορία προϊόντων και τις αναφορές πιστοποίησης τρίτων, οι επίσημες δοκιμές πιστοποίησης πρέπει να ολοκληρωθούν σε ημι-ή πλήρως ανηχοϊκούς θαλάμους. Για μεγάλο εξοπλισμό που υπερβαίνει τα 1300×2000×650 mm σε μέγεθος, αν και συμβατός με GTEM-8 μοντέλο, προσφέρει χαμηλότερη απόδοση κόστους από τους ανηχοϊκούς θαλάμους και δεν συνιστάται.

Συμπέρασμα

Αναπτύχθηκε από κύτταρα TEM με ασύμμετρη κωνική δομή, Θάλαμος κυττάρου GTEM Προσομοιώνει κύματα TEM ελεύθερου χώρου μέσα σε μια κλειστή κοιλότητα. Ως ελαφριά τεχνολογία δοκιμών EMC, ανταποκρίνεται απόλυτα στις απαιτήσεις προ-δοκιμής κατά τη φάση Έρευνας και Ανάπτυξης μικρών ηλεκτρονικών προϊόντων. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ανηχοϊκούς θαλάμους, LISUN GTEM-2 Η σειρά θαλάμων κυψελών GTEM διαθέτει πέντε βασικά πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος, ελάχιστο αποτύπωμα, γρήγορη ανάπτυξη, υψηλή απόδοση δοκιμών και συμμόρφωση με τα διεθνή πρότυπα προδοκιμής EMC, λύνοντας δύο σημαντικά προβλήματα των μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων ηλεκτρονικών ειδών κατά την κατασκευή εργαστηρίων EMC: περιορισμένο κεφάλαιο και ανεπαρκή χώρο στο χώρο.

Για τους κατασκευαστές που επικεντρώνονται σε μικρές συσκευές IoT, φορητό εξοπλισμό, μονάδες PCB και μικρές οικιακές συσκευές, η ανάπτυξη του θαλάμου κυψελών GTEM στην έρευνα και ανάπτυξη προϊόντων, η αναθεώρηση πρωτοτύπων και οι προκαταρκτικές δοκιμές παρτίδας μπορούν να εξαλείψουν εκ των προτέρων τους κινδύνους ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και να μειώσουν δραστικά το χρόνο και το κόστος κεφαλαίου για την αποστολή δειγμάτων σε εξωτερικούς ανηχοϊκούς θαλάμους για πιστοποίηση. Εάν οι επιχειρήσεις χρειάζονται επίσημες εκθέσεις πιστοποίησης συμμόρφωσης, μπορούν να υιοθετήσουν μια συνδυασμένη λύση προ-δοκιμής GTEM συν τελικές δοκιμές σε ανηχοϊκούς θαλάμους τρίτων για να εξισορροπήσουν το κόστος απόδοσης και τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς.