UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI

Masurari de materiale - Celulele TEM

Student: MARIN ALIN CRISTIAN Facultatea de Inginerie Electirca

Anul III. Grupa 132 SE

Celulele TEM - Generalitati

Celulele TEM au fost concepute special pentru a permite testarea cu radiatii EMC a unor aparate mici (EUT – equipment under test), intr-un timp mai scurt si la un pret mic. Comparativ cu pretul scazut al celulei in sine, costul echipamentelor necesare masuratorilor va fi deasemenea redus.Un alt avantaj il reprezinta spatiul redus ocupat de fiecare celula in parte si economisirea de spatiu prin stocarea tuturor echipamentelor de testare si masurare intr-un carucior, pe care se poate monta si celula.

Celula TEM poate fi utilizat atat pentru testele de susceptibilitate, în conformitate cu standardul IEC 1000-4-3, precum şi pentru masurarea emisiilor (radiatiilor) intr-o gama de frecventa de pana la 2 GHz.

Constructia (tehnica) celulelor TEM

Celula TEM are ca elemente principale un conductor extern inchis si cu unul intern (septum) ce se supune principiului lui “Crawford”. Pentru a evita efectele de cavitatie, care apar in celulele standard Crawford de la aproximativ 200 MHz in sus, celula TEM este parţial echipata cu ferite absorbante, astfel incat sa poata fi utilizata fără probleme pentru o variatie de frecvenţa de pana la 2 GHz. Conditiile TEM (camp electro-magnetic transversal) sunt indeplinite daca este generat atat un camp electric cat si unul magentic, cu directile de propagare perpendiculare. Acest caz se mai numeste si “conductia indepartata a campului”. Aceasta cerinta poate fi indeplinita cu celulele TEM datorita configuratiei conductor extern inchis/conductor intern, dupa cum se poate observa in Fig. 1.

Fig. 1(Probe – sonda; Elektric field – camp electric; Magnetic field – camp magnetic

Inner conduktor – conductor inelar; Outer conduktor – conductor exterior; EUT – echipament de testat)

Campul electric se propaga dinspre conductorul inelar catre conductorul exterior. Variatia curentului, genereaza, in jurul conductorului inelar, un camp magnetic.

Principiul de functionare al celulelor TEM

Celula TEM permite definirea conditiilor campului electro-magnetic transversal de la 0 Hz pana la valori de ordinul GHz, evitand in acelasi timp stimularea nedorita a frecventelor mai inalte. Configuratia celulei asigura o suprafata utila de trecere, cu o sectiune constanta; Campul TEM generat in camera de incercare nu depinde, asadar, de pozitie. Extensia (prelungirea) in forma de piramida, a celulei, care permite directionarea (transmiterea) semnalelor pe suprafetele (zonele) utile, are un unghi minim de deschidere, astfel incat un un plan de unda frontal, aproape ideal, este generat in suprafata utila , care permite simularea conditiilor reale ale campului. Impedanta caracteristica undei in celula TEM este optimizata in scopul obtinerii unei valoare dorita: Z0 = 50Ω±1Ω astfel incat reflexile pe linie sa fie neglijabile.

Capatul celulei este realizata printr-o asa-numita terminatie hibrida a carei element esential consta intr-un rezistor plan. Rezistenta plana a acestui element terminal este proiectat in asa fel incat sa asigure o terminatie a rezistentei undei liniare pentru fiecare geometrie a celulei, in zona frecventelor joase. Posibilele efecte de radiatie sau reflectie a acestei terminatii in plan, la frecventele mai inalte, sunt evitate prin instalarea unor ferite absorbante atat in conductorul intern cat si in suprafata auxiliara de la sfarsitul celulei. In plus, acest spatiu auxiliar asigura decuplarea dintre zona externa si cea utila.

Aceasta terminatie hibrida reprezinta un tampon pentru modurile mai inalte , care sunt stimulate de celulele clasice TEM, si care au un efect de limitare asupra latimii benzii. In plus, instalarea feritelor absorbante in zonele de inceracre permite evitarea rezonantelor la frecvente inalte. Aceste avantaje sunt confirmate in practica de rezultatele masuratorilor respective. Deviatia maxima a puterii campului de la -0dB la +6dB, ceruta de IEC 1000-4-3, este usor atinsa in testul de volum specificat; acest lucru permite realizarea de teste de susceptibilitate, care sunt in conformitate cu standardele.

Testele de susceptibilitate (in conformitate cu IEC 100-4-3; EN 50140)

Conform standardelor IEC 1000-4-3 (EN 50140), este permisa folosirea (alternativa) celulelor TEM, in locul camerelor anecoice, pentru testarea susceptibilitatii in gama de frecvente cuprinsa intre 80 MHz si 1000 MHz, atata timp cat este asigurat un camp omogen, (deviatia maxima a puterii campului de la -0dB la +6dB) , in raport cu marimea echipamentului testeat (EUT) . Un alt criteriu este adecvarea celulei pentru intreaga gama de frecvente relevante (pana la 1GHz). Celulele TEM indeplinesc ambele conditii, deci poate fi folositapentru ralizarea testelor de susceptibilitate.

Pentru realizarea testelor de susceptibilitate, pe langa celula TEM avem nevoie de urmatoarele echipamente (Fig. 2):

Generator de semnale cu modulatie in amplitudine si frecventa; Amplificator de putere; Echipament cu sonda pentru masurarea puterii campului. Software pentru control si documentare. PC pentru controlul sistemului (IEEE bus).

Optional se poate utliliza si monitorizare automatizata a echipamentului testat prin intermediul unui sistem cu fibra optica sau cu multimetru.

Fig. 2

Software-ul de control asigură o valoare constanta a campului in interiorul camerei de incercare, unde se afla echipamentul ce urmeaza a fi testat (EUT), pentru intreaga gama de frecventa. Pentru a permite acest lucru, este necesara sa se stabileasca o legatura intre tensiunea de la iesirea generatorului si puterea dorita a campului. In acest scop, se realizeaza o simulare cu celula TEM goala, timp in care sunt determinate valorile tensiunilor la iesirile generatorului de semnal, necesare pentru a obtine puterea dorita a campului, si stocate pentru fiecare frecventa. Valorile astfel determinate sunt disponibile ca un fisier de referinta pentru viitoarele testari. Datorita unei constructii simetrice a celulei, puterea campului poate fi inregistrata in permanenta de-alungul testarilor (in fisierul de referinta) prin intermediul unei sonde instalate in jumatatea superioara a celulei, fara a influenta in mod semnificativ valoarea campului in camera de testare. Acest lucru permite pe de o parte, sa se verifice daca puterea campului este cu adevarat disponibila in timpul testarilor automate, si pe de alta parte, pentru a efectua teste manual.

Fig. 3 arata dependenta dintre pitearea campului si frecventa obtinuta la iesirea amplificatorului.

Fig. 3

Masurarea radiatiilor emise

In standardizarea internationala, celulele TEM nu sunt admise oficial ca o metoda alternativa de masurare a radiatiilor emise. In consecinta acestea nu pot inlocui metodele clasice prevazute de standardele in vigoare, intr-un test in aer liber sau intr-o camera anecoica.

Cu toate acestea, celulele TEM au o mare calitate, si amume permit inca din faza de dezvoltare sa se efectueze masuratori de emisie care sunt foarte fiabile si usor de reprodus, astfel incat efortul cauzat de utilizarea testelor in conformitate cu standardele (efort, timp si cheltuieli) pot fi reduse la minim. Masuratori comparabile, cu testele in aer liber in conformitate cu standardele, au dovedit ca un EUT poate fi “preparat” intr-un mod optim pentru a fi testeat intr-o celula TEM. Un motiv pentru acest lucru este un bine definit lay-out al cablurilor care este realizat prin intermediul unui aparat de tinere din plexiglass de sub conductorul inelar. Un lay-out nedefinit al cablurilor (cum adesea poate fi intalnit in alte celule) ar conduce la o limitare considerabila a gradului de reproducere si a corectitudinii rezultatelor masuratorilor.

In masuratorile de emisie, celula TEM este folosita ca un echipament de receptionare (exact ca si in testele cu antene) si este conectat prin intermediul unui cablu RF cu N conectori la oricare receptor de masura conform CISPR 16, sau la un analizator al spectrului . Testarea poate fi inceputa imediat. Setarea testarilor poate fi observata in Fig. 4.

Fig. 4