Nye krav til måling af RF-emission > 1 GHz

Transkript

1 Nye krav til måling af RF-emission > 1 GHz Der findes i dag stadig flere produkter, der kommunikerer i frekvensområdet over 1 GHz. Samtidig øges den interne klokfrekvens i moderne elektronik, mens kravene til måling af emission i EMC standarderne ikke er blevet ændret i mange år og normalt standser ved 1 GHz. Denne afstand mellem støjkilder og støjofre bliver nu reduceret i og med, at standarderne opdateres. Baggrund Et produkts udsendte RF-emission måles for at sikre, at vi kan bruge æteren til radiokommunikation og til at lytte til radio og se TV. Med den hastighed elektronikindholdet øges i samfundet, hvor alle nye produkter utilsigtet genererer elektromagnetiske forstyrrelser og derigennem forurener æteren, ville det hurtigt være vanskeligt at bruge luften til nyttige radiobølger, med mindre der opstilles lovkrav, der regulerer dette område. Det er i princippet det enkelte lands myndigheder, som ejer og regulerer frekvensspektrummet. Der er derfor i dag grænseværdier for, hvad et produkt må udsende i frekvensområdet op til 1000 MHz. Dette måles som ledningsbåren emission under 30 MHz og som luftbåren emission op til 1000 MHz. Med den nuværende moderne teknologi ved vi jo, at mange produkter kommunikerer i frekvensområdet over 1 GHz såsom WLAN, Bluetooth, mobiltelefoni m.m. Der er samtidig mange potentielle støjkilder i dette område. En moderne PC med en klokfrekvens på >1 GHz er slet ikke usædvanlig i dag. Der har derfor allerede i flere år været et behov for at beskytte frekvensområdet over 1 GHz ved at indføre grænseværdier i EMC-standarderne. Men standardisering er jo af natur relativt træg, og derfor begynder der først nu at dukke krav op i standarderne. Der har allerede i lang tid været emissionskrav i USA helt op til 40 GHz i FCC part 15. Emissionskrav i standarder Den første, der opstillede krav til måling over 1 GHz, var CISPR 22 (Information technology Equipment), som i A1:2007 indførte grænseværdier op til 6 GHz. Kravene til måling over 1 GHz begrænses til produkter med en intern arbejdsfrekvens på over 108 MHz ifølge tabel 1 herunder. Side 1 30/06/2011

2 2 of 5 Højeste interne frekvens (F x ) Tabel 1 højeste målefrekvens Højeste målefrekvens GHz F x 108 MHz 108 MHz <F x 500 MHz MHz <F x 1 GHz 5 F x >1 GHz 5 gange F x op til maksimalt 6 Tabel 1 Den europæiske version, EN 55022:2006/A1:2007, der danner grundlaget for CE-mærkning, blev derefter publiceret som en harmoniseret standard i EU-Tidende (Den Europæiske Unions Tidende) med oktober 2010 som DoW-dato, dvs. hvor den gælder for CE-mærkning. Tidspunktet er senere blevet udskudt til oktober Problemet har været, at der i A1:2007 blev indført emissionskrav for PLC (Power Line Communication), f.eks.. IT netværk/bredbånd via El ledninger i en bolig. Dette har skabt en voldsom debat i standardiseringskredse (som stadig foregår), hvilket medførte, at EU-Kommissionen udskød overgangsdatoen et år, hvilket også har forsinket kravet vedr. emissioner over 1 GHz. Andre standarder, der harindført emissionskrav over 1 GHz, er: EN (Generic emission standards for residential, commercial and light-industrial environments) og EN (Generic emission standards for industrial environments) De generiske standarder amendment A1 til ed2, hvor kravene indføres. Også den kommende nye standard for multimedieudstyr, CISPR 32 / EN 55032, samt revisionerne af andre produktstandarder vil indeholde lignende emissionskrav. I forbindelse med radio- og teleterminaludstyr har man længe målt uønskede udgangssignaler (spuriousudstråling) langt op i GHz-området ifølge ETSI-standarder. Dette er dog en anden type måling (substitutionsmåling). Der er nu også krav til almindelig emissionsmåling over 1 GHz for disse produkter i EMC-standarderne i EN serien. Målemetode Målemetoden for måling af emissioner over 1 GHz beskrives i CISPR Den foretrukne måleafstand er 3 m, og man måler peak- og average-værdien af E-feltet med en målemodtager eller en spektrum analysator. Ved målinger under 1 GHz skal antennehøjden varieres fra 1 til 4 m på grund af refleksionen i stelplanet. Ved målinger over 1 GHz behøver højden ikke at blive varieret, når blot måleantennens 3dBåbningsvinkel dækker hele testobjektet. Ellers skal antennehøjden varieres til testobjektets overkant, se fig. 1.

3 3 of 5 Støjkildens udstrålingsvinkel kan ved disse frekvenser være meget smal, og det er derfor vigtigt at undersøge emissionen ved mange forskellige orienteringer af testobjektet. Frekvens Peak 3 m Average 3 m 1-3 GHz. 70 db (uv/m) 50 db (uv/m) 3-6 GHz. 74 db (uv/m) 54 db (uv/m) Tabel 2 Grænseværdierne i EN (Generic emission standards for residential, commercial environments) Figur 1 Nye krav til målefaciliteten Ud over at EMC-laboratoriet skal investere i instrumentering (målemodtager, kabler, forforstærker og antenner) for at opfylde de nye krav, skal målefaciliteterne også opgraderes. Kravene til en målefacilitet er defineret i CISPR Faciliteter til måling af udstrålet emission op til 1 GHz skal have en homogen jordplan og valideres ifølge den såkaldte NSA-metode (Normalized Site Attenuation), mens emissionsmålinger over 1 GHz skal udføres i free space (eller på dansk frit rum), det vil sige uden jordplan og valideres efter VSWR-metoden (Voltage Standing Wave Ratio), jf. figur 3. Dermed skal alle OATS (Open Area Test Sites) og SAC (Semi-Anechoic Chambers) med jordplan forsynes med absorberende gulvmateriale under og omkring testobjektet helt frem til måleantennen, jf. fig. 2.

4 4 of 5 Fig. 2 Halvdæmpet målehal (SAC) med absorberende gulvmateriale til 1-18 GHz emission Fig. 3 Validering af målested VSWR 1 18 GHz

5 5 of 5 Nye krav til konstruktøren Ved frekvenser over 1 GHz begynder den fysiske størrelse på et typisk produkt at være større end én bølgelængde. Det bliver derfor vigtigt for konstruktøren at tænke på, at også forbindelser på et printkort og slidser i kabinettetfungerer som effektive antenner. Under 1 GHz er det hovedsageligt de kabler, som er tilsluttet til produktet, der fungerer som antenner for den udstrålende emission. En almindelig løsning på problemet er derfor at filtrere ind- og udgangene, men dette fungerer ikke, hvis antennerne ligger internt i produktet. Som konstruktør skal man derfor tænke lidt anderledes.