El artículo presenta la connotación, manifestación y clasificación de la compatibilidad electromagnética en un lenguaje fácil de entender y explica en profundidad varias pruebas de compatibilidad electromagnética más utilizadas. Para que los lectores tengan una comprensión preliminar de la compatibilidad electromagnética.
Etiquetas: compatibilidad electromagnética, perturbaciones electromagnéticas, inmunidad electromagnética, radiación, conducción
1 Connotación de Compatibilidad Electromagnética (EMC)
1.1 El significado y origen de la compatibilidad electromagnética
Como sugiere su nombre, la compatibilidad electromagnética significa que las ondas electromagnéticas emitidas por diferentes dispositivos pueden ser compatibles entre sí sin afectarse entre sí. En la sociedad actual, con la amplia aplicación de teléfonos móviles y enrutadores inalámbricos, varias tecnologías de comunicación inalámbrica han penetrado en la vida diaria de las personas, como GSM, CDMA, WCDMA, LTE, wifi, Bluetooth, navegación GPS, etc., y el próximo 5G era, es concebible que la vida de las personas esté cada vez más vinculada a la tecnología de comunicación inalámbrica. Pero, ¿sabía usted que toda comunicación inalámbrica es inseparable de una cosa, es decir, las ondas electromagnéticas?
En 1888, el físico alemán Hertz demostró mediante experimentos la existencia objetiva de ondas electromagnéticas. Para conmemorarlo, la gente usa el hercio como unidad de frecuencia de fluctuación. El descubrimiento de las ondas electromagnéticas ha traído muchas ventajas, incluida la comunicación inalámbrica, a la vida de las personas, como la detección de infrarrojos, el calentamiento por microondas, la esterilización ultravioleta, la perspectiva de rayos X, etc. Pero las ondas electromagnéticas también pueden ser dañinas. Por ejemplo, cuando las personas se acercan o tocan los aparatos eléctricos en clima seco, pueden ocurrir descargas, y el voltaje instantáneo puede alcanzar miles o incluso decenas de miles de voltios, lo que puede causar fallas eléctricas; al cargar, las fluctuaciones de voltaje de la red eléctrica y Las caídas de voltaje a corto plazo causarán interferencias conducidas de baja frecuencia que también pueden dañar el dispositivo. Además, durante la guerra, la interferencia de alta potencia generada por las armas electromagnéticas puede hacer que los equipos electrónicos y de comunicación del oponente no funcionen. Por lo tanto, el concepto de compatibilidad electromagnética se ha desarrollado gradualmente y se ha tomado en serio junto con el descubrimiento de las ondas electromagnéticas.
1.2 Clasificación de Compatibilidad Electromagnética
Para ser precisos, la compatibilidad electromagnética tiene dos significados. Por un lado, cuando un dispositivo funciona normalmente, el campo electromagnético que genera debe estar por debajo de un cierto límite y no interferirá con el funcionamiento normal de otros dispositivos, este concepto se denomina perturbación electromagnética (EMI), por otro lado, un dispositivo debe tener cierta capacidad anti-interferencia, para garantizar que no será perturbado en el campo electromagnético generado por el funcionamiento normal de otros equipos, este concepto se denomina inmunidad electromagnética (EMS).
La compatibilidad electromagnética también se puede dividir en conducción y radiación según los diferentes métodos de transmisión de ondas electromagnéticas. La conducción se refiere a la transmisión de ondas electromagnéticas en cables de forma alámbrica, mientras que la radiación se refiere a la transmisión de ondas electromagnéticas de forma inalámbrica en el espacio.
De acuerdo con el método de clasificación anterior, los problemas de compatibilidad electromagnética se pueden dividir en perturbaciones de conducción, perturbaciones de radiación, inmunidad de conducción, inmunidad a la radiación. Además, la compatibilidad electromagnética también incluye descargas electrostáticas, fluctuaciones de voltaje, parpadeo armónico, ráfagas eléctricas rápidas, sobretensiones, investigación sobre caída de voltaje e interferencia de campo magnético.
2. Prueba de compatibilidad electromagnética
Para verificar si el equipo tiene compatibilidad electromagnética calificada y es repetible y comparable, los principales países o regiones han establecido agencias especiales para formular estándares de compatibilidad electromagnética, estandarizar métodos de prueba, entornos de prueba y equipos de prueba. En la actualidad, la más aceptada a nivel mundial es la serie de normas CISPR formuladas por la Comisión Electrotécnica Internacional IEC. A continuación, presentemos algunos de los casos de prueba de EMC más utilizados especificados en el estándar.
2.1 Acoso realizado
La perturbación conducida se refiere a la interferencia generada por cables, puertos de alimentación y puertos de control en el entorno circundante cuando se transmite corriente o datos en el cable. Su principio de prueba es relativamente simple, tomando como ejemplo el puerto de alimentación. Para medir la perturbación generada por el equipo bajo prueba (EUT) en el puerto de alimentación, primero es necesario conectar la red eléctrica artificial (AMN) a la fuente de alimentación, que puede filtrar el desorden de la fuente de alimentación y proporcionar una impedancia de adaptación estable para el EUT. Luego, conecte la fuente de alimentación del EUT a él, y el receptor para medir la perturbación también se conecta al AMN. Para evitar que el EUT genere una señal transitoria de gran amplitud durante el encendido y cause daños al receptor, también es necesario agregar un limitador entre el AMN y el receptor. Para equipos que no sean de piso, como teléfonos móviles, televisores y otros EUT, debe colocarse sobre una mesa no conductora (generalmente de madera pura) con una altura de 80 cm y al menos lmx1,5 m durante la prueba; para piso equipo, debe colocarse en el suelo para la prueba, pero se debe colocar una capa aislante de hasta 15 cm entre el suelo y el ESE. La configuración específica se muestra en la Figura 1.
2.2 Inmunidad conducida
El campo magnético generado por el transmisor de RF se puede acoplar al dispositivo a través de uno o algunos cables del EUT, como la línea fuente, la línea de señal, la línea de control, etc., para causar interferencia. La inmunidad conducida es para probar la capacidad del EUT para resistir dicha interferencia. El principio de prueba se muestra en la Figura 2:
En primer lugar, el generador de señal genera una señal de interferencia de onda sinusoidal modulada al 80 % AM de 1 kHz. Después de la amplificación, la adaptación y el filtrado, alcanza el nivel de tensión de perturbación especificado en la norma y se añade al EUT a través del dispositivo de inyección. El dispositivo de inyección es la red de acoplamiento/desacoplamiento preferida, generalmente en una caja, llamada CDN. La razón es que CDN puede proporcionar la mejor repetibilidad de prueba y proteger el equipo auxiliar. Actualmente hay varios tipos de CDN disponibles para líneas eléctricas, líneas de señal, etc. Pero todavía hay casos en los que el CDN no está disponible y se deben utilizar otros métodos de inyección, como la pinza amperimétrica. La prueba se realiza en un paso del 1% dentro del rango de frecuencia de 150k~80MHz, y la función del EUT se monitorea en cada punto de frecuencia.
2.3 Acoso por radiación
La medición de la perturbación radiada es mucho más complicada que la de la perturbación conducida. El primero son los requisitos del sitio. Las perturbaciones radiadas generalmente requieren pruebas en campo abierto (OATS). El campo abierto ideal es un campo sin ninguna obstrucción de ondas electromagnéticas. Por ejemplo, no hay edificios, cables, árboles, etc., y no hay tuberías, cables, etc. subterráneos.
Tales lugares obviamente no son fáciles de encontrar, especialmente en áreas económicamente más desarrolladas. Por lo tanto, en la norma se especifican otros lugares alternativos: cámara semianecoica y cámara anecoica completa. La cámara semianecoica se refiere a la instalación de materiales absorbentes alrededor y en la parte superior excepto en el suelo, por lo que casi no hay reflexión de las ondas electromagnéticas excepto en el suelo. La cámara anecoica completa se basa en la media onda, y el suelo también está equipado con materiales absorbentes de ondas, que en realidad simulan
Solo hay espacio libre para ondas directas. Por lo general, la prueba de perturbación de radiación por debajo de 1G se lleva a cabo en una cámara semianecoica, y la prueba por encima de 1G utiliza una cámara anecoica completa.
Antes de la prueba, el EUT y sus accesorios deben colocarse sobre una mesa con una altura de 80 cm (1,5 m de altura para 1G y superior) en condiciones normales de funcionamiento, al menos lmx1,5 m, y el material no es conductor. El borde del EUT y sus accesorios está a 10 m (por debajo de 1 GHz) y 3 m (por encima de 1 GHz) desde el punto de referencia de la antena. Durante la prueba, el EUT y sus accesorios colocados detrás de la mesa se giran 360 grados y la antena se movido dentro del rango de 1 ~ 4 m, para encontrar el valor máximo.
2.4 Inmunidad radiada
La inmunidad a la radiación se refiere al hecho de que la señal de interferencia se irradia a través de la antena para formar un cierto nivel de intensidad de campo en el espacio alrededor del EUT, como 3 V/m, y luego verificar si el EUT será interferido. El principio es similar a la inmunidad de conducción. La señal de la fuente de interferencia también es una onda sinusoidal modulada de 1 KHz, 80 % AM. La diferencia es que debe llevarse a cabo en una cámara completamente anecoica. La frecuencia de verificación es de 80 MHz ~ 6 GHz, y el paso es del 1%. Antes de realizar la prueba de inmunidad radiada por primera vez, se requiere una verificación de uniformidad de campo (UniformFieldArea). UFA es un hipotético
En un plano de 1,5 x 1,5 m, 16 puntos están divididos equitativamente en este plano. Como se muestra en la Figura 3. Al verificar, en cada punto, use el mismo rango de frecuencia y paso que la prueba, y ajuste constantemente la potencia para que el nivel de intensidad de campo permanezca constante. Después de la finalización, se obtienen 16 valores de potencia en cada punto de frecuencia. Los 16 valores están ordenados por alto y bajo, al menos la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo en los primeros 12 puntos está dentro de los 6dB, y el valor máximo de la potencia se registra como Pc. Si se cumple esta condición, significa que el EUT se puede colocar en la UFA para la prueba de inmunidad.
Durante la prueba, use el valor Pc registrado durante la verificación UFA en cada punto de frecuencia para controlar la entrada del generador de señal y el amplificador de potencia. Asegúrese de que el ESE esté expuesto a la intensidad de campo requerida. Luego observe si el ESE está funcionando normalmente.
2.5 Otras pruebas de EMC
Otros casos de prueba de EMC, como ESD, se usan para simular el impacto de la descarga del cuerpo humano en el EUT; el parpadeo de voltaje y los armónicos se usan para verificar el impacto en otros equipos cuando el EUT está conectado a una red común: ráfagas eléctricas rápidas, sobretensiones y voltaje Las caídas son Simular varias perturbaciones comunes en la red eléctrica pública para verificar la capacidad del EUT para resistir tales perturbaciones. Debido al espacio limitado, el proceso de prueba específico no se presentará uno por uno.
3 Conclusión
La compatibilidad electromagnética está estrechamente relacionada con la vida de las personas, especialmente en la sociedad moderna con el rápido desarrollo de diversas tecnologías inalámbricas y el continuo aumento del ruido ambiental. El problema de la compatibilidad electromagnética es cada vez más prominente y se espera que más personas se dediquen a la investigación en este campo.