世纪汇泽(苏州)检测技术有限公司

客户案例


CASES


图片名称

TEM小室在EMC试验中的应用


  一、TEM小室概述

  简介

  TEM小室又称横电磁波室,是由两端为喇叭状逐渐收缩的外导体和中间为带状隔板的内导体构成的特殊矩形截面传输线。在直流到200MHz频率范围内,横电磁波室主要用于对电子设备进行射频电磁场辐射抗扰度试验和射频电磁场发射测量。为确保在横电磁波室内产生横向电磁场,横电磁波室的尺寸受到上限工作频率的限制。因此横电磁波室更适合被试设备(EUT)为电路模块、印刷电路板和小型电子设备的射频电磁场抗扰度试验和射频电磁场发射量。

  基本结构

  横电磁室的外导体的中间部分由顶板、底板和两块侧板拼接而成。两端按横向矩形截面喇叭状逐渐收缩,并与特性阻抗为50Ω的同轴电缆外导体连接,形成一个金属封闭体,以隔离横电磁波室内外的电磁环境,保证外部的电磁环境不影响室内的测量,室内的电磁场被限制在室内而不对室外产生影响。

  横电磁波室的内导体的中间部分为带状隔板,隔板两端逐收缩并与特性阻抗为50Ω的同轴电缆内导体连接。横电磁波室的内外导体使电磁能量按横向电磁场模式从横电磁波室的一端传输到另一端。为避免横电磁波室内存在驻波,要求横电磁波室的两端与特性阻抗为50Ω的同轴电线匹配连接。

  通常,横电磁波室的一端连接50Ω的负载阻抗,另一端通过特性阻抗为50Ω的同轴电缆与电磁场激励源或接收设备连接,这主要取决于是做射频电磁场抗扰度试验还是做射频电场发射测量。在试验时,把被试设备放置在顶板与隔板或隔板与底板之间,并用相对介电常数接近1的绝缘材料支撑被试设备。

  为了便于放置被试设备,横电磁波室一般设计一个与周边具有良好电接触的小电磁屏蔽门。与电波暗室,电磁混响室以及古赫兹横电磁波室(GTEM室)相比,横电磁波室的造价较低,便于移动。由于横电磁波室不使用天线,内外导体电压能从几微伏到几百伏变化,因此还可以用横电磁波室对被试设备进行电磁脉冲(EMP)试验。

  附属设备

  包括能够覆盖规定率范围以及扫频功能并能被1kHz的正弦波进行80%幅度调制的电磁波信号发生器,放大信号(未调制和已调制)达到规定场强水平的功率放大器,功率计,伏特计,用于入射和反射信号测量的双向合器。衰减器,与场强对应功率水平的分析记录仪器和被试设备的监测系统 [1] 。

 

  二、组件/模块的辐射发射TEM小室法

  1概述

  辐射场强的测量应在屏蔽外壳中进行,以消除广播和其他无线电发射器附近的电气设备和辐射场的高水平外来干扰。TEM小室用作屏蔽外壳。图1显示了TEM(横向电磁模式)小室的示例。

  

 

  1外屏蔽

  2隔板(内导体)

  3检修门

  4连接器面板(可选)

  5同轴连接器

  6 EUT

  7低相对介电常数支架(ε≤1.4)

  8人工线束

  如果射频边界延伸到TEM小室外,连接器面板上的连接器应为同轴射频连接器。

图1-TEM小室(示例)

  本试验方法的频率上限是TEM小室尺寸的直接函数。尺寸包括组件/模块的尺寸,也包括布置和射频滤波器的特性。测量不得在TEM小室共振频率附近进行。

  TEM小室被建议使用在测试频率范围为150 KHZ至200 MHZ的汽车电子系统。为了获得可再现的测试结果,EUT和测试线束应放置在TEM小室中,每次重复测量的位置相同。在本试验中,TEM小室的隔膜的功能与接收天线类似。

  2测试布置

  2.1 来自线束的主要场发射布置

  TEM小室应具有一个尽可能靠近多连接器的连接器面板(见图 2和图 3)

  

 

  1 EUT

  2低相对介电常数支架(ε≤1.4)

  3印刷电路板或线束

  4连接器

  5同轴连接器

  6连接器面板(可选)

  7 TEM室壁

  8射频同轴电缆

  所有通向EUT的导线应通过射频边界。射频边界要么在TEM室壁上,要么通过射频同轴电缆(8)和同轴连接器(5)延伸。边界由射频滤波器终止,射频滤波器可以连接在连接器面板(6)内部或直接连接到同轴连接器(5)外部。如果射频滤波器连接到同轴连接器(5),则连接器面板中的电缆应为同轴电缆。

图 2-TEM小室连接器面板中导线的布置示例

  

 

  1 EUT

  2低相对介电常数支架(ε≤1.4)

  3印刷电路板(无接地层)或线束,无屏蔽

  4连接器

  5同轴连接器

  6连接器面板(可选)

  7 TEM小室壁

  8电缆

  9 隔板

  b是TEM小室高度

  如果射频边界延伸到TEM小室外,连接器面板上的连接器应为同轴射频连接器。

图3-连接器、引线框架和电介质支架的布置示例

  EUT的所有电源和信号引线直接连接到人工线束(例如引线框架)。连接器面板上不需要的插头应密封,使其射频紧密。正极电源线的连接应通过人工电源网络,直接连接到连接器面板。不允许EUT直接接地到TEM室地。应在连接器面板处进行接地。

  2.2 EUT的主要场发射布置

  测试设置与上述方法类似,不同之处在于EUT的导线经过定位和屏蔽,以最大限度地减少导线的电磁辐射。通过将引线平放在TEM室底部,并将其垂直放置在受试设备上来实现这一点。在TEM小室中使用密封小室和屏蔽接线将进一步减少来自电源和信号导线的电磁辐射。为了进一步减少线路的辐射,可以在导线上使用屏蔽箔胶带。

  2.3电源和人工电源网络

  带有同轴连接器的人工电源网络将有助于连接到TEM小室EUT电源连接器

  2.4信号/控制线路滤波器

  在使用EUT引线同轴连接器的TEM小室测试方法中,每条引线应穿过一个滤波器,该滤波器的阻抗特性类似于下人工电源网络。

  应根据图 4所示的要求,为预期组件/模块测试的整个频率范围指定滤波器的衰减。衰减应为:从30 MHz到上限截止频率fc超过40 dB,这取决于预期的测试方法。图4显示了所选上限截止频率fc=400 MHz的测试方法。

  注1:如果滤波器特性不适用于EUT输入或输出的特殊需要信号(例如高速网络数据接口),则可以使用其他低通射频滤波器配置。滤波器可以在测试计划中指定。

  

 

图.4-信号控制线路滤波器所需最小衰减示例

  这种滤波器的衰减可通过双端口网络分析仪测量(S21)确定。网络分析仪的输入和输出阻抗应为50欧姆。

  测试设置如图5所示。

  注释2:在50 欧姆系统中测量的等效方法,如测量接收器或带有内置跟踪发生器的等效设备,也可用于测量只需测量衰减的幅度。

  

 

图5-滤波器衰减测量设置

  4试验程序

  图6给出了TEM小室法测试布局的示例。EUT、线束、TEM室壁滤波系统的一般范围等。表示标准测试条件。任何与标准测试配置的偏差应在测试前进行确认,并记录在测试报告中。

  

 

  1测量仪器

  2 TEM 小室

  3 EUT

  4 人工电源网络

  5电源

  6 50欧姆终端电阻

  7低相对介电常数支持(ε≤1.4)

图6 : TEM小室法测试装置示例

  受试设备应在允许的工作区域内,由非导电、低相对介电常数材料(ε≤1.4)在TEM室地板上方支撑b/6(见图 3)。人工线束(例如引线框架)的长度应为(450±45)mm,并如图 2和图3所示。人工线束的布线、设计和被测品连接器的总高度构成影响测试结果的电耦合回路和偶极子。受试设备(多极)连接器和人工线束的插头和触点之间的所有连接应尽可能短。重复测量应使用相同的人工线束布置、相同的EUT连接器总高度和两个连接器上相同的引脚分配进行。如果EUT的尺寸和允许的工作区域几乎相同,则应小心。在这种情况下,应特别注意定义和记录试验装置中的试验布局。EUT的安装应使其在车辆中的典型负载和其他条件下运行,以达到最大排放状态。这些操作条件应在测试计划中定义,以确保供应商和客户可以执行相同的操作

  注:受验设备的不同正交方向可能导致测量的电磁能量水平不同

  正极电源线应在TEM小室输入端配备射频滤波器。应使用人工电源网络作为该滤波器。人工电源网络应直接连接到TEM小室并且螺丝锁紧,以便负极电源线在连接器面板处接地。人工电源网络的射频采样端口应以50欧姆负载端接。

  EUT的所有传感器和执行器导线应连接到外围接口,该接口模拟车辆中的操作。

  该接口应直接连接到BNC面板。滤波器的性能取决于尽量减少TEM室外接线的影响,低通滤波器应在EUT所需信号的频率范围内。如果测试计划中没有规定其他配置,则滤波器的性能应类似于具有50欧姆阻抗的人工网络,以消除其长度和布置的影响。如果使用BNC连接器面板,则连接器面板内的布线应尽可能短,通过50欧姆同轴电缆。电缆的屏蔽层(外导体)应在两端接地。应使用TEM小室的同一射频端口进行重复测量,另一端口由50 欧姆阻抗终止。

  5组件/模块辐射干扰限值-TEM小室法

  使用的电平等级(作为频带的函数)应由车辆制造商和部件供应商商定部件辐射干扰的建议限值。

  由于安装位置、车身结构和线束设计可能会影响无线电干扰与车载无线电的耦合,因此定义了多限值等级。

  

 

表1 辐射干扰限值-TEM小室法

  6 TEM小室设计

  TEM小室的尺寸如图7a和图7b所示,并在表2中给出;尺寸单位为毫米-不按比例

  

 

图7a隔板处的水平剖面图

  

 

图7b隔板垂直剖面图

  1允许工作区域:0.33 W,0.60 L

  2检修门

  3电介质支架

图7: TEM小室

  表2显示了构建具有特定上限频率的TEM小室的尺寸

  

 

  注:图中的TEM小室是汽车部件测试的典型小室。对于集成电路测试,即使较小的TEM小室也可用于测试高达或高于1 GHZ的频率

表 2-TEM小室的尺寸

  6 辐射发射TEM小室法相关测试标准

  Ø CISPR25

 

  三、组件/模块的辐射抗扰TEM小室法

  1辐射抗扰仪器设备配置

  图8显示了TEM小室测试布置的示例。TEM小室在高于建议的频率上限的区域具有高共振。可以安装一个低通滤波器,在高于TEM小室截止频率1.5倍的频率下衰减至少60 db(例如,200 MHz TEM小室:对于高于300 MHZ的频率,衰减为60 db),以避免共振。

  

 

  1信号发生器

  2宽带放大器

  3低通滤波器(可选)

  4双定向耦合器(最小30 dB去耦比)

  5射频功率计

  6外围设备

  7被测物

  8电介质支持

  9低通滤波器/连接器面板

  10耦合器

  11高功率负载(50欧姆)

  12 控制器

  13 TEM 小室

  a正向(前向功率)

  b反向 (反射功率)

  c输出功率

图8-TEM小室辐射抗扰配置示例

  2 辐射抗扰TEM小室测试方法

  在测试场强应用于DUT和线束之前,应先使用空TEM小室在所有测试频率下进行测试场强校准。这将确定DUT测试期间使用的测试正向功率水平正向(test)。在测量过程中,应始终关闭TEM室的门。应屏蔽未使用的连接器,使其在每个测试频率下不会发射带有连续射频信号的辐射。使用公式(1)计算实现测试电场强度所需的净功率;应用给定的正向功率(见图2),记录反射功率并计算相应的净功率,并将该测试正向功率水平记录为正向,测试场强调整正向功率水平,直到净功率获得

  

 

  这里

  E是电场值,单位为伏特/米;

  Z是TEM小室的特性阻抗,单位为欧姆(通常为50欧姆)。

  Pnet是净输入功率(Pnet=P前向-P反向),单位为瓦特;

  d是地板和TEM室隔板之间的距离,单位为米

  在空TEM室场校准期间(在要求的测试场强下)建立的测试正向功率水平将是DUT测试期间使用的调平参数。在DUT测试期间,达到测试场强水平所需的测试功率应保持在正向(测试)0/+1 dB。

  3功能性能状态分类(FPSC)

  本文给出了测试严重性级别的示例,应根据ISO 11452-1 测试严重性级别分类中所述的功能性能状态分类(FPSC)原则使用。建议的最低和最高严重性级别如下表3所示。

  

 

表3-测试严重性级别示例(内场)

  4 辐射抗扰TEM小室法相关测试标准

  Ø ISO 11452-3

  Ø SAE J1113-24

  Ø IEC 61000-4-20

全部
  • 全部
  • 产品管理
  • 新闻资讯
  • 介绍内容
  • 企业网点
  • 常见问题
  • 企业视频
  • 企业图册