Metody pomiaru poziomu pól elektromagnetycznych emitowanych do środowiska przez promieniujące urządzenia.
1. Otwarty poligon pomiarowy do badania zakłóceń promieniowanych
Budowa otwartego poligonu pomiarowego (ang. Open Area Test Site - OATS) wymaga poniesienia wysokich kosztów oraz specjalnych warunków lokalizacyjnych zapewniający niski poziom zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych. Poligon tego typu traktowany jest jako wzorzec do badania zakłóceń promieniowanych.
Na poligonie pomiarowym pomiar poziomu pola elektromagnetycznego obiektu badanego (EUT-ang. Equipment Under Test) przeprowadza się w zadanym paśmie częstotliwości określając wartości natężenia pola elektromagnetycznego na kierunku maksymalnego promieniowania poprzez wykonywanie odpowiednich ruchów obiektem badanym. Ponieważ przed pomiarami nie jest określona charakterystyka promieniowania urządzenia badanego oraz polaryzacja mierzonego pola elektrycznego dlatego w celu ich określenia pomiary wykonuje się przy rożnych polaryzacjach, kierunkach i wysokościach zawieszenia anteny nad tzw. „Ziemią odniesienia”.
Schemat poligonu pomiarowego do badania zakłóceń promieniowanych.
Parametry elektryczne ziemi na poligonie zależą od zmieniających się warunków atmosferycznych. W celu wyeliminowania wpływu parametrów elektrycznych ziemi na warunki pomiarów stosuje się tzw. „Ziemię odniesienia” w postaci płaszczyzn metalowych lub siatek metalowych (których oczka są nie większe niż część najkrótszej długości fali elektromagnetycznej, dla której dokonywany jest pomiar) wykonanych z aluminium, miedzi, stopów nieferromagnetycznych. Kształt i rozmiar „ziemi odniesienia” w sposób istotny wpływ na wartość mierzonego natężenia pola elektromagnetycznego generowanego przez obiekt badany.
Pomiar poziomu natężenia pola elektromagnetycznego dokonuje się dla obu polaryzacji anten pomiarowych (poziomej oraz pionowej).
Mierzone natężenie pola elektromagnetycznego stanowi wektorową sumę natężenia tego pola w kierunku promieniowania bezpośredniego oraz pola odbitego od powierzchni „ziemi odniesienia”. Wyniki pomiarów odnosi się do wyników uzyskiwanych za pomocą anteny odniesienia (dipola półfalowego).
Wyniki pomiarów poziomów pól elektromagnetycznych pochodzących od tego samego obiektu badanego, uzyskiwane na różnych poligonach, nie powinny różnić się o więcej niż wynika to z dokładności użytych przyrządów.
2. Klatka Faradaya
Klatka Faradaya zwana również Puszką Faradaya wymyślona została w 1836 roku przez fizyka angielskiego Michaela Faradaya (☼1791-†1867) w celu demonstracji jednego z podstawowych praw elektrostatyki - Prawa Gaussa.
Prawo Gaussa stwierdza, że wielkość strumienia pola elektrycznego przenikającego przez zamkniętą powierzchnię jest określona przez sumę ładunków elektrycznych zamkniętych wewnątrz tej powierzchni. Inaczej mówiąc, jeżeli w obszarze zamkniętym przez pewną powierzchnię nie ma ładunków elektrycznych, to sumaryczny strumień przez tę powierzchnię wynosi zero.
Dla pola elektrostatycznego oraz pola elektrycznego o powolnych zmianach (pola quasi-stacjonarne) klatka może być wykonana z siatki metalowej (zwykle miedzianej), przy czym dla prądu przemiennego oka siatki powinny być znacznie mniejsze niż długość fali elektromagnetycznej generowanej przez źródła pola. Zwykle klatka Faraday’a jest utrzymywana na stałym potencjale, np. przez uziemienie.
Służą one do osłonięcia części przestrzeni od wpływu zewnętrznych pól elektrycznych oraz zewnętrznej części urządzenia od pól elektrycznych generowanych w jej wnętrzu.
3. Kabiny ekranowane
Kabina ekranowana łączy zalety Klatki Faradaya (ekranowanie pól elektrycznych) oraz efekt ekranowanie zmiennych pól magnetycznych. Zmienne pole magnetyczne w materiale przewodzącym płyty indukuje prądy wirowe (zwany również „prądami Foucaulta”), krążące po liniach zamkniętych. Prądy wirowe indukowane w płytach nagrzewają te płyty kompensując w ten sposób energię pola magnetycznego oddziaływania zewnętrznego.
Odkrywcą tego zjawiska jest fizyk francuski Jean Bernard Léon Foucault ((☼1819-†1868). Jeżeli źródło pola elektromagnetycznego znajduje się wewnątrz kabiny ekranowanej, materiał ekranu nie pozwala falom elektromagnetycznym wydostać się na zewnątrz.
W celu wymiany powietrza (i doprowadzenia światła z zewnątrz) do kabiny stosuje się specyficzne okna zwane „plastrami miodu” (ang. honey comb). „Plastry miodu” wykonuje się w postaci specyficznej przestrzennej siatki, której rozmiary oczek dobrane są pod względem maksymalnej częstotliwości pracy kabiny, przy założeniu, że oczka powinny być mniejsze od połowy długości fali odpowiadającej tej częstotliwości. Ważnym czynnikiem świadczącym o jakości kabiny i w pewnym sensie określającym jej zastosowanie jest poziom tłumienności (dla pola elektrycznego i magnetycznego w różnych zakresów częstotliwości) wyrażany w decybelach, wynoszący przeważnie od 60 do 100 dB.
Kabiny osłaniają od wpływu zewnętrznych pól elektromagnetycznych obiekt badany, przyrządy pomiarowe lub obwody czułe na zakłócenia elektromagnetyczne. Jeżeli źródło pola znajduje się wewnątrz kabiny ekranowanej, nie pozwala ona falom elektromagnetycznym wydostać się na zewnątrz.
Widok komory ekranowanej (Laboratorium Katedry Elektrotechniki).
Należy dodać, że istnieje możliwość wykonania tanich kabin ekranowych poprzez wyposażenie ścian pomieszczenia, które ma być ekranowane w specjalne tapety z folią metalową lub ich pomalowanie farbą przewodzącą.
4. Komory bez-odbiciowe jako rozszerzenie metody pomiaru na otwartym poligonie
W celu uzyskania przestrzeni wolnej od zmiennych warunków atmosferycznych o znanych i kontrolowanych warunkach propagacji fal elektromagnetycznych buduje się komory bezodbiciowe.
Występują trzy rodzaje komór bez-odbiciowych:
- komory ze ścianami częściowo wyłożonymi materiałem pochłaniającym,
- komory ekranowane ze wszystkimi ścianami wyłożonymi materiałem pochłaniającym z wyjątkiem metalowej podłogi (ang. semi-anechoic chambers),
- komory ze wszystkimi ścianami, oraz podłogą wyłożonymi materiałem pochłaniającym (ang. full anechoic chambers),
Komora powinna zapewniać odpowiednią skuteczność ekranowania i warunki pomiaru zbliżone do otwartego poligonu pomiarowego. Komory mają zazwyczaj kształt prostopadłościanu, czasem buduje się również inne komory o innych kształtach.
Jako absorbenty stosowane są kliny w kształcie piramidy wykonane z materiału pochłaniającego energię elektromagnetyczną oraz płaskie ferrytowe absorbenty (płytki) ceramiczne.
Komory ekranowane ze wszystkimi ścianami wyłożonymi materiałem pochłaniającym z wyjątkiem metalowej podłogi stwarzają warunki pomiarów zbliżone do otwartego poligonu.
Pomiary natężenia pola elektromagnetycznego w komorach bezodbiciowych charakteryzują się większą powtarzalnością niż wykonywane na poligonie pomiarowym.
5. Komora TEM
Pierwsza Komora TEM (ang.Transverse Elektro-Magnetic) zwana ”Klatką Crawforda” skonstruowana została w 1974 roku.
Do połowy lat siedemdziesiątych badania odpornościowe urządzeń prowadzone były na specjalnie skonstruowanej linii paskowej wiodącej falę TEM zbudowanej z dwóch równoległych płaszczyzn przewodzących zasilanych napięciem i obciążonych impedancją falową (z reguły 50 W). Metoda ta stosowana była dla częstotliwości od kilkudziesięciu do kilkuset megaherców i największego wymiaru badanego urządzenia nie większego niż trzecia część odległości między płaszczyznami. W celu odizolowania tak skonstruowanego urządzenia pomiarowego od wpływu zewnętrznych pól elektromagnetycznych badania wykonywano w ekranowanych pomieszczeniach.
...
Szeregowy2013