In-situ emissie metingen

Transcriptie

1 In-situ emissie metingen KHBO, Hobufonds EMCSYS ing. Wouter Debaets ing. Nico Dedeine ing. Alexander Dekeyser Debaets Wouter EMC SYS : Equipotentiale vlakken Pag. 1

2 INHOUDSTAFEL 1 Inleiding Doelstelling Methoden Wiskundige technieken Variëren van de afstand van de antenne tot EUT Basic idee...3 Debaets Wouter EMC SYS : Equipotentiale vlakken Pag. 2

3 1 Inleiding Wil men het uitstralingsgedrag van elektrische toestellen opmeten dan werkt men best in een afgeschermde ruimte. Op deze wijze kunnen stoorsignalen en omgevingsruis de metingen niet beïnvloeden. In de praktijk is het niet altijd mogelijk om het EUT in een afgeschermde ruimte te plaatsen : Het toestel is te groot en/ of moeilijk verplaatsbaar of men beschikt niet over een afgeschermde ruimte maar men wil toch metingen verrichten tijdens de design fase. Dit werkpakket heeft als doel de mogelijkheden te bekijken om de invloed van de stoorsignalen te vermijden door middel van een aangepaste meettechniek. De huidige meetmethode wordt in drie stappen gemeten. Eerst wordt het spectrum opgemeten van de omgevingssignalen. Vervolgens wordt het EUT aangeschakeld en het spectrum opgemeten. Dit spectrum bevat dus de te meten signalen van het EUT met eventuele stoorsignalen. Vervolgens wordt de omgeving nog een opgemeten met het EUT uitgeschakeld te verificatie. Uit deze drie spectra wordt visueel de probleempunten gehaald. Het grote nadeel van deze methode is dat op frequenties waar stoorsignalen uit de omgeving groot zijn men geen conclusie kan trekken over het uitstralingspatroon van het EUT. Men heeft dus een scheidingstechniek nodig die het stoorsignaal en het te meten signaal uit elkaar kan halen. Een stoorsignaal kan zowel het te meten signaal vergroten, verkleinen maar ook evengoed onveranderd laten. Het resultaat hangt af van vele factoren zoals de aard van de signalen, de positie van de signaalbronnen tov elkaar en de antenne, de aard van de omgeving en de voorwerpen in die omgeving. Dus de signalen gewoon van elkaar aftrekken is zeker geen goede methode. 2 Doelstelling : Het doel bestaat erin een meetmethode opstellen waarbij men systemen ter plaatse kan gaan meten. Zodat men op een eenvoudige en snelle manier een waarde krijgt van de werkelijke uitstraling van het EUT waarbij de omgevingssignalen geen of weinig invloed hebben op het meetresultaat. Een eenvoudige, snelle meetmethode houdt in dat men geen speciale antennes of meettoestellen gebruikt en dat het aantal antennes beperkt blijft. Ook moet de conclusie over het uitstralingsniveau van het EUT moet ook ter plaatse kunnen worden getrokken. Berekeningsmethodes die lange berekeningen vergen zijn dus beter te vermijden. Het is de bedoeling een methode te vinden waarbij er maximaal twee antennes worden gebruiken. 3 Methoden : Debaets Wouter EMC SYS : Equipotentiale vlakken Pag. 3

4 3.1 Wiskundige technieken : Er zijn een hele resem wiskundige technieken beschreven om signalen uit ruis te halen, om een onbekend signaal gemixt met een bekend signaal te scheiden, enz. Deze technieken zijn gebaseerd op het uitmiddelen van het signaal door langer te meten, of ze zijn veelal gebaseerd op een vorm van filteren. Wiskundige scheidingstechnieken hebben het grote nadeel dat de omstandigheden en de basisvoorwaarden een sterk beperkende factoren zijn. Vb.Om een signaal uit de ruis te halen wordt er meestal verondersteld dat men met witte Ruis te maken heeft. En dit is niet altijd het geval in de praktijk. Via de DSP technieken kan men veel realiseren. Hier is dit niet zo het geval omdat we geen signaal in de tijd hebben maar een momentopname van een bepaalde frequenties. En dat zowel de omgeving als het signaal meestal niet stationair zijn. De wiskundige technieken vereisen een PC of aangepaste elektronica om de berekeningen te maken. Men kan dus niet onmiddellijk een conclusie trekken uit de gegevens. 3.2 Variëren van de afstand van de antenne tot EUT Basis Idee Hoe verder men van een bron verwijderd is hoe zwakker het signaal wordt. Deze verzwakking volgt een wet 1/r in het verre veld (Far Field). In het nabij veld is er een ander relatie tussen de afstand en de sterkte van het veld. De overgang van het nabije veld naar het verre veld ligt op λ/ 2π.Dus voor een frequentie van 100MHz is dat ongeveer op 1 meter van de bron. De methode bestaat er nu in om op verschillende afstanden van het EUT te meten en uit de boven genoemde relatie de werkelijk uitstraling van het toestel te gaan bepalen. We gaan er hierbij van uit dat de stoorbron een ruime afstand van het toestel is verwijderd. We gaan bijvoorbeeld meten op 1m, 2m en op 3m van het EUT. Als we aannemen dat de stoorbron zich op minimum 30 m van de antennes zich bevindt dan zal deze verschuiving veel meer effect hebben voor de signalen die komen van het EUT dan voor de stoorsignalen. Stel het volgende vb Stoorbron antenne 2 antenne1 30 m 1 m 3 m Als we de regel van 1/R mogen toepassen (de antennes bevindt zich in het verre veld voor de op te meten frequentie) dan geldt het volgende. Als men de antenne verplaatst van 1 m naar 3 m dan heeft men een reductie van het vermogen van 1/3 voor het signaal dat komt van het EUT. Voor het signaal dat afkomstig is van de Debaets Wouter EMC SYS : Equipotentiale vlakken Pag. 4

5 stoorbron krijgt men een versterking van 1/29 naar 1/27. Dit is dus slecht 2/783. Dus het vermogen zal niet veel veranderen voor signalen waarvan hun bron verder gelegen is. Maar aan dit voorbeeld kan je ook enkele nadelen van deze methode bedenken : De stoorbron moet op een ruime afstand zich bevinden om deze te kunnen verwaarlozen. Indien dit niet het geval is dan moet men rekening houden met deze signalen en met hun verzwakking/ versterking. Dan moet men door metingen, zonder dat het EUT actief is, gaan bepalen hoe ver en in welke richting de bron gelegen is. In principe moet men enkel weten wat de versterkende/ verzwakkende factor is, die het stoorsignaal ondervindt, wanneer men de antennes verplaatst. In fig 1 en fig 2 in de appendix staat een vb van een meting waar deze techniek werd geprobeerd. De twee metingen geven een beeld van het uitstralingspatroon van een machine die op locatie is gemeten. Dus het resultaat wordt gevormd door het EUT en de omgevingsignalen. In fig 1 staat de antenne op 1 m van het EUT en in de 2 de meting is de antenne verplaatst tot op 3 m. We zien hier inderdaad een daling van 10 Db ofwel een daling van 1/3 in de frequentierange 35 tot 40MHz en dit is inderdaad te wijten aan de verplaatsing van de antenne. Maar deze figuur illustreert ook onmiddellijk de onzekerheid van de methode. Buiten de frequentierange is de daling zeker zo groot niet of erger nog er is een stijging. Dit komt omdat men de antennes verplaatst en men een omgeving heeft. Men weet niet waar het stoorsignaal vandaan komt. In de omgeving van de het EUT staan nog andere zaken al dan niet in metaal. Zo kunnen er in de omgeving andere machines, metalen scheidingswanden, de muren van het gebouw, enz een invloed hebben op het resultaat. De wet van 1/r is enkel voor in de richting van bron naar antenne. Maar door reflectie en absorptie door voorwerpen in de omgeving van de antenne en het EUT kan het resultaat hoger en soms lager liggen dan het signaal dat we nodig hebben. Ook weet men niet uit welke richting het EUT stoorsignaal komt. Dit kan men wel opmeten als het EUT afgeschakeld wordt. Maar het is lang niet zeker, eerder het tegendeel kan beweerd worden, dat zowel het stoorsignaal als het signaal van het EUT een constant niveau heeft in de tijd. Dus het resultaat is helemaal niet zeker. Men zou het probleem van het niet constant in tijd zijn gedeeltelijk kunnen kunnen oplossen door met twee antennes tergelijketijd te meten op de twee afstanden. Maar de tijd die nodig is om het EUT af te schakelen kan men niet elimineren enkel de tijd nodig om de antennes te verplaatsen. Het meten met twee antennes tergelijkertijd vraagt een ingewikkelder meetproces. Ofwel heft men twee meetrecievers nodig ofwel moet men met een constant van antenne switchen wat weer meer meetijd in beslag zal nemen. Debaets Wouter EMC SYS : Equipotentiale vlakken Pag. 5