GTEM-celkamer versus echovrije kamer voor kleine elektronica

Abstract
In het veld van EMC-pre-compliance testen dienen echovrije kamers als de traditionele standaard testlocatie. De hoge bouwkosten en de grote benodigde vloeroppervlakte vormen echter aanzienlijke obstakels voor kleine en middelgrote elektronicafabrikanten. De GTEM Cell Chamber is een nieuw type EMC-testapparatuur, ontwikkeld op basis van TEM-cellen. Het apparaat maakt gebruik van een asymmetrische, taps toelopende rechthoekige structuur om de vrije ruimte te simuleren en stabiel uniforme transversale elektromagnetische (TEM) golven in de kamer te genereren. Dit vertegenwoordigt een volwaardige, lichtgewicht meettechnologie die de afgelopen tien jaar in de EMC-industrie is opgekomen. Dit artikel behandelt de LISUN GTEM-2 De GTEM-celkamer vormt het kernonderzoeksobject. Deze wordt vergeleken met traditionele echovrije kamers op vier vlakken: kosten, ruimtegebruik, testefficiëntie en naleving van normen. Het onderzoek toont de belangrijkste voordelen aan van het gebruik van de GTEM-celkamer tijdens de R&D-fase van kleine IoT-apparaten, printplaatmodules, draagbare elektronica en kleine huishoudelijke apparaten. Dit in combinatie met normen zoals... IEC 61000-4-2Dit document, dat is gebaseerd op de normen 0 en GB/T 17626.3, verifieert de geldigheid van de testgegevens en biedt technische referenties voor bedrijven bij de selectie van EMC-laboratoriumapparatuur.

Kernprincipes en technische basis van de GTEM-celkamer

GTEM staat voor Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell (transversale elektromagnetische cel in gigahertz). Het is in wezen een verbeterde en uitgebreide versie van conventionele TEM-cellen. Traditionele TEM-cellen hebben een lage bovengrens voor de bandbreedte en zijn alleen geschikt voor testen bij lage frequenties. Daarentegen... GTEM-celkamer De coaxiale structuur wordt ruimtelijk uitgebreid, waarbij de binnenste geleider wordt vergroot tot een metalen septum en de buitenste schil als buitenste geleider fungeert. De algehele structuur is een asymmetrische, taps toelopende rechthoekige holte, voorzien van op elkaar afgestemde weerstandsarrays en golfabsorberende materialen aan het uiteinde om een ​​breedbandimpedantieaanpassing van 50 ohm te realiseren. Het kan reflectievrije vrije ruimte simuleren binnen een gesloten kamer en stabiel TEM-golven over het volledige frequentiebereik genereren.

Qua structuur, LISUN GTEM-2 De GTEM-celkamer heeft een totale afmeting van 1950 × 950 × 700 mm. Aan de voorzijde van de kamer is een N-type RF-voedingsconnector geïnstalleerd en in het midden bevindt zich een afgeschermde deur met een observatievenster. Binnenin is een uniforme 3 dB-testzone van 200 × 200 × 100 mm gecreëerd, waarin te testen apparatuur (EUT) met een maximale afmeting van 260 × 400 × 130 mm kan worden geplaatst, waarmee de afmetingen van de meeste kleine elektronische producten volledig worden afgedekt. ​​De elektrische veldsterkte van de kern kan nauwkeurig worden berekend door het RF-vermogen en de septumafstand in te voeren, met een veldsterktebereik van 0 tot 200 V/m om te voldoen aan alle niveaus van stralingsimmuniteitstesten van 1 tot 30 V/m zoals gespecificeerd in IEC 61000-4-3.

Qua functionaliteit biedt de GTEM Cell Chamber breedbandprestaties die de frequentiebanden van gelijkstroom tot microgolven bestrijken. Eén unit kan twee essentiële EMC-testonderdelen uitvoeren: een test voor de stralingsimmuniteit van RF-elektromagnetische velden (EMS) en een pre-compliance test voor de stralingsemissielimiet (EMI). Een compleet automatisch testsysteem kan worden opgebouwd door de LS-SMB100B signaalgenerator, de LS-PA-serie eindversterker, de LS-PB60 veldsonde en de GTEM Cell Chamber te combineren. EMI-9KC ontvanger. Het systeem ondersteunt volledig automatische procestesten via software zonder herhaalde handmatige aanpassing van antennes en draaitafels, waardoor de testcycli aanzienlijk worden verkort. 

GTEM-2 GTEM-celkamer

Vier kernvoordelen van de GTEM-celkamer ten opzichte van de echovrije kamer voor R&D van kleine elektronische producten

Sterk verlaagde bouw-, exploitatie- en onderhoudskosten.
Een conventionele semi-anechoïsche kamer van 3 meter vereist een onafhankelijk, speciaal daarvoor bestemd laboratorium, een afgeschermde stalen constructie, ferrietgolfabsorberende materialen die alle wanden bedekken, draaiplateaus op de grond en meerdere groepen breedbandzend- en -ontvangstantennes. De totale investering in civiele techniek en apparatuur is 4 tot 10 keer zo hoog als die van een GTEM-celkamer met vergelijkbare specificaties.

• Initiële investering: Het complete EMC-testsysteem van LISUN GTEM-2 Het systeem omvat een GTEM-holte, een signaalgenerator, een eindversterker, apparatuur voor veldsterktebewaking en automatische testsoftware. De totale aanschafkosten bedragen slechts 15% tot 25% van die van een kleine semi-anechoïsche kamer. Er is geen fabrieksrenovatie of speciale afschermingstechniek nodig en het systeem kan in standaard werkplaatsen en R&D-kantoren worden geplaatst.

• Energieverbruik: Echovrije kamers zenden elektromagnetische golven uit via externe antennes. Bij testen met dezelfde veldsterkte van 30 V/m vereisen ze een veel hoger uitgangsvermogen van de versterker dan de GTEM Cell Chamber. De GTEM Cell Chamber koppelt uniforme elektrische velden rechtstreeks via het interne septum, waardoor het RF-vermogen met meer dan 80% wordt benut en de elektriciteitskosten op lange termijn aanzienlijk worden verlaagd.

• Onderhoud op lange termijn: De golfabsorberende materialen van echovrije kamers moeten elke 3 tot 5 jaar volledig worden vervangen, en antennes en draaitafels vereisen jaarlijkse kalibratie. De GTEM Cell Chamber maakt gebruik van een geïntegreerde, gelaste metalen holte met een typische VSWR van ≤1.5, zonder verbruikbare golfabsorberende materialen. Alleen jaarlijkse kalibratie van de poortimpedantie is nodig, waardoor de onderhoudslast met 70% wordt verminderd.

Minimale ruimtebehoefte, geschikt voor R&D-locaties van kleine en middelgrote ondernemingen.
Echovrije kamers stellen strenge eisen aan de afstand tot het geluidsveld. Een kamer van 3 meter vereist minimaal 25 vierkante meter onafhankelijke, afgesloten ruimte, terwijl een kamer van 10 meter meer dan 50 vierkante meter beslaat. De meeste kleine en middelgrote elektronicabedrijven beschikken niet over de benodigde faciliteiten.

De GTEM-celkamer heeft een geïntegreerde, compacte doosstructuur. GTEM-2 Als voorbeeld: het totale volume van de machine bedraagt ​​slechts 1.3 kubieke meter, waardoor deze volledig in een 40HQ-container kan worden geladen voor transport en binnen 1 tot 3 dagen na levering in gebruik kan worden genomen. Meerdere GTEM-units kunnen naast elkaar worden geplaatst voor parallelle pre-testen van meerdere productlijnen zonder RF-overspraak. De flexibele ruimte-indeling biedt aanzienlijke voordelen voor R&D van kleine elektronische producten met frequente iteraties en gelijktijdige batchtesten van meerdere prototypes.

Hogere testefficiëntie ter ondersteuning van snelle iteratie in de R&D-fase
De R&D-cyclus van kleine elektronische producten is kort, waardoor frequente herzieningen van printplaten en structurele componenten nodig zijn, evenals herhaalde EMI/EMS-vooronderzoeken. De testprocedure van echovrije kamers is omslachtig:

– Bij testen in een echovrije kamer wordt het te testen apparaat verplaatst, de draaitafelhoek aangepast, de zend- en ontvangstantennes omgeschakeld en de antennehoogtes gekalibreerd. Een enkele reeks stralingstesten duurt 1 tot 2 uur.

– Voor de GTEM Cell Chamber hoeven gebruikers het product alleen maar in de interne, uniforme 3dB-zone te plaatsen en met één klik via de software van EMI/EMS-testmodus te wisselen. Een complete test duurt slechts 15 tot 30 minuten. Tientallen prototypes kunnen per dag worden getest om snel bronnen van elektromagnetische interferentie op te sporen en de revisiecycli van R&D te verkorten.

Voldoet aan internationale normen met raadpleegbare pre-testgegevens.
Veel ingenieurs hebben de misvatting dat alleen gegevens verkregen in echovrije kamers de certificering kunnen doorstaan. Echter, IEC 61000-4-20 definieert de GTEM-celkamer specifiek als een conforme testlocatie, en de meetresultaten ervan worden ook erkend door de overeenkomstige nationale norm GB/T 17626.20 in China:
• Stralingsimmuniteit (EMS): Het GTEM-testsysteem voldoet volledig aan IEC 61000-4-3 en GB/T 17626.3. Onafhankelijke laboratoria erkennen over het algemeen de testgegevens van de GTEM-celkamer om problemen met stralingsimmuniteit vooraf te voorkomen.

• Uitgestraalde emissie (EMI): In combinatie met een EMI-ontvanger simuleert het de omgeving van een open testlocatie (OATS) door middel van 3D-wiskundige modellering om pre-compliance-tests van de CISPR 11/22/25-serie uit te voeren. Voordat monsters naar echovrije kamers worden gestuurd voor officiële certificering, kunnen technici problemen met overmatig geluid vooraf optimaliseren en de kosten voor hertesten voor certificering aanzienlijk verlagen.

Tabel met vergelijking van belangrijke indicatoren: GTEM-celkamer versus 3m semi-anechoïsche kamer

Toepassingsscenario's en beperkingen van de GTEM-celkamer

Kerntoepassingsscenario's van de GTEM-celkamer
• Onderzoek en ontwikkeling van kleine consumentenelektronica: slimme armbanden, Bluetooth-oortjes, sensormodules, kleine stroomadapters, slimme huiscontrollers;
• Industriële kleine elektronische besturingseenheden: printplaten, laagspanningsacquisitiemodules, draagbare testinstrumenten;
• Pretestlaboratoria van universiteiten en externe testinstituten: voor onderwijsdoeleinden en voorlopige screening van monsters om de kosten van het reserveren van formele echovrije kamers te verlagen;
• Voorlopige tests op stralingsimmuniteit voor kleine militaire en energiecomponenten, conform de pre-compliance-eisen van IEC en nationale normen.

Beperking Uitleg
De GTEM Cell Chamber is een apparaat voor R&D-vooronderzoeken en kan echovrije kamers niet volledig vervangen. Voor officiële productlanceringen en certificeringsrapporten van derden moeten formele certificeringstests worden uitgevoerd in semi- of volledig echovrije kamers. Voor grote apparatuur met afmetingen groter dan 1300 × 2000 × 650 mm is de GTEM Cell Chamber weliswaar compatibel met echovrije kamers, maar is deze niet geschikt voor gebruik in echovrije kamers. GTEM-8 Dit model biedt een lagere prijs-prestatieverhouding dan echovrije kamers en wordt daarom niet aanbevolen.

Conclusie

Ontwikkeld uit TEM-cellen met een asymmetrische, taps toelopende structuur. GTEM-celkamer simuleert TEM-golven in vrije ruimte in een gesloten holte. Als lichtgewicht EMC-testtechnologie sluit het perfect aan bij de eisen voor vooronderzoek tijdens de R&D-fase van kleine elektronische producten. Vergeleken met traditionele echovrije kamers, LISUN GTEM-2 De GTEM-celkamerreeks kenmerkt zich door vijf kernvoordelen: lage kosten, minimale ruimtebehoefte, snelle implementatie, hoge testefficiëntie en naleving van internationale EMC-vooronderzoeksnormen. Hiermee worden twee belangrijke knelpunten voor kleine en middelgrote elektronicabedrijven bij het opzetten van EMC-laboratoria opgelost: beperkt kapitaal en onvoldoende beschikbare ruimte.

Voor fabrikanten die zich richten op kleine IoT-apparaten, wearables, PCB-modules en kleine huishoudelijke apparaten, kan de inzet van de GTEM-celkamer tijdens productontwikkeling, prototype-revisie en voorlopige batchtesten de risico's van elektromagnetische interferentie vooraf elimineren en de tijd en kapitaalkosten voor het verzenden van monsters naar externe echovrije kamers voor certificering drastisch verlagen. Indien bedrijven officiële conformiteitscertificaten nodig hebben, kunnen zij kiezen voor een gecombineerde oplossing van GTEM-voortesten plus eindtesten in externe echovrije kamers om een ​​balans te vinden tussen kostenprestaties en naleving van de regelgeving.