Como projetar uma câmara semianecóica 3M totalmente compatível com as normas CISPR

Sumário
A câmara anecoica 3M, em conformidade com a norma CISPR 16, serve como o principal local fundamental para testes de certificação de interferência eletromagnética (EMI). Sua estrutura, materiais e acessórios elétricos devem estar em estrita conformidade com as especificações CISPR 16-1-4. As câmaras anecoicas são divididas em duas categorias: câmaras semianecoicas e câmaras totalmente anecoicas. Existem diferenças óbvias entre os dois tipos no layout do absorvedor e no ambiente de campo simulado. Ao adotar um plano de aterramento condutor para simular o plano de aterramento infinito de um local de teste em área aberta, as câmaras semianecoicas tornaram-se o principal local de teste para testes de EMI em eletrônicos de consumo e pequenos eletrodomésticos. LISUN Este artigo, que tem como objeto de pesquisa a câmara semianecóica AC-3M da 3M, ilustra a lógica geral de projeto de uma câmara anecóica da 3M em conformidade com a norma CISPR 16, analisa quatro componentes-chave do projeto, incluindo o invólucro blindado, os materiais absorventes, as dimensões da zona de silêncio e o sistema de suporte eletromecânico. Compara as diferenças nos parâmetros de hardware entre a câmara semianecóica AC-3M e a câmara totalmente anecóica AC-3MF, define os índices de aceitação obrigatórios da norma CISPR 16 e fornece referências completas de projeto para a construção ou reforma de câmaras anecóicas da 3M qualificadas para certificação em laboratórios de EMC.

Introdução

Para testes de acesso ao mercado de produtos EMC exportados e domésticos, os testes de perturbação de rádio irradiada (RE) devem ser realizados em locais padronizados em conformidade com a norma CISPR 16-1-4. Devido a restrições impostas por interferência eletromagnética externa, ocupação do solo e condições climáticas, os locais de teste a céu aberto não conseguem realizar testes em lote de forma estável por longos períodos. As câmaras anecoicas da 3M, aprovadas pela CISPR, tornaram-se instalações de teste padronizadas, substituindo os locais de teste a céu aberto. As câmaras anecoicas dividem-se em dois tipos principais: câmaras semianecoicas e câmaras totalmente anecoicas. A instalação completa consiste em dois módulos principais: invólucro blindado e materiais absorventes. O invólucro blindado inclui caixa de blindagem, porta de blindagem, janela de guia de ondas de ventilação, filtro de potência multiestágios e outros componentes de proteção. Os materiais absorventes adotam a combinação de placas de ferrite e absorvedores de esponja cônica com carga de carbono, que reduzem a reflexão de ondas eletromagnéticas para restaurar o ambiente de propagação do campo de teste padrão.

Câmara anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16 Impõe limites de aceitação rígidos para a dimensão interna livre, diâmetro da zona de silêncio, Atenuação Normalizada do Local (NSA), relação de onda estacionária de tensão do local e eficácia de blindagem. O comprimento, a largura, a altura da câmara, a área de cobertura do absorvedor e a planicidade do plano de aterramento condutor afetarão diretamente os resultados do teste de NSA. Índices fora da especificação levarão à reprovação na avaliação laboratorial do CNAS e a relatórios de certificação de produto inválidos. LISUN A AC-3M é uma câmara anecoica 3M padrão, em conformidade com a norma CISPR 16, com dimensões externas padronizadas de 9.5 m × 6.5 m × 6.5 m e diâmetro da zona de silêncio de 2 metros. Seu desvio de atenuação normalizado no local, na faixa de 30 MHz a 1 GHz, é controlado em ±3.5 dB, melhor do que o limite de aprovação de ±4 dB especificado pela CISPR 16. É adequada para testes de pré-conformidade e certificação de tipo de emissões irradiadas de fontes de radiação ionizantes em pequenos eletrodomésticos, dispositivos LED e pequenas unidades de controle industrial. Configurações modulares, incluindo plataforma giratória, torre de antena, sala de controle independente e sala de amplificadores de potência, permitem ajustes personalizados de acordo com as necessidades de empresas e laboratórios terceirizados.

Restrições essenciais de projeto para a câmara anecoica 3M especificadas na norma CISPR 16

A norma CISPR 16-1-4 define os limites de projeto para câmaras anecoicas da 3M a partir de quatro dimensões: geometria do local, proteção de blindagem, sistema de absorção e verificação do local. Todas as câmaras semianecoicas do tipo AC-3M para testes de certificação devem atender simultaneamente às seguintes restrições técnicas.

O primeiro requisito diz respeito à geometria do local e ao projeto da zona de silêncio. Para uma distância de teste de 3 metros, a norma especifica que o diâmetro efetivo da zona de silêncio cilíndrica não deve ser inferior a 2 metros. As características de propagação de ondas eletromagnéticas em todas as posições dentro da zona de silêncio devem ser consistentes com um local de teste ideal em área aberta. A dimensão externa da estrutura deve reservar espaço para a instalação de absorvedores, plataforma giratória e torre de antena. Um tamanho insuficiente da estrutura fará com que os absorvedores de parede fiquem muito próximos da zona de silêncio, e os sinais refletidos de alta frequência interferirão nas leituras do receptor. As câmaras semianecoicas instalam absorvedores em cinco superfícies, mantendo um plano de aterramento condutor contínuo para simular o caminho de reflexão do solo em locais de teste em área aberta. As câmaras totalmente anecoicas implantam absorvedores em todas as seis superfícies para testes em espaço livre sem plano de aterramento. As diferenças estruturais determinam os itens de teste aplicáveis. Somente as câmaras semianecoicas são aceitas pela CISPR 16 para testes de emissão radiada de EMI.

O segundo requisito é a especificação do sistema de blindagem. A norma exige que a eficácia da blindagem em toda a banda atinja os seguintes limites definidos: atenuação do campo magnético ≥80 dB a 10 kHz, campo magnético ≥100 dB a 100 kHz e acima, onda plana ≥110 dB a 100 MHz e micro-ondas ≥90 dB a 18 GHz. A caixa de blindagem é montada com módulos pré-fabricados de aço galvanizado, selados por juntas de malha de alta condutividade para eliminar vazamentos eletromagnéticos nas frestas. Todos os cabos, linhas de alimentação e de comunicação que entram ou saem da câmara devem ser conectados com filtros de grau apropriado. Janelas de guia de onda em formato de colmeia de 400×400 mm devem ser adotadas para ventilação, a fim de evitar que ruídos espúrios externos elevem o nível de ruído de fundo do teste.

O terceiro requisito abrange a seleção e o layout do material absorvedor. A norma CISPR 16 exige absorção suficiente de ondas eletromagnéticas de 30 MHz a 18 GHz. A ferrita sozinha funciona para a faixa de baixa frequência, enquanto os absorvedores de esponja cônica lidam com a absorção de alta frequência. LISUN Câmara semianecóica AC-3M, com placas de ferrite combinadas com absorvedores de EPP de 300/500 mm, montadas nas paredes e no teto. Um módulo absorvedor móvel de 9 m² está reservado no solo para absorção auxiliar de amostras de grandes dimensões. Os absorvedores devem atender aos padrões de retardamento de chama UL94 V-0 e DIN 4102 A2 para segurança contra incêndio. Não devem existir espaços visíveis entre os painéis absorvedores, pois estes criam pontos cegos de reflexão e comprometem a uniformidade da zona de silêncio.

O quarto requisito diz respeito aos índices de verificação do local, que constituem o núcleo de aceitação da Câmara Anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16. O desvio entre a Atenuação Normalizada do Local (ANL) medida e a teórica deve ser ≤±4 dB de 30 MHz a 1 GHz; LISUN O AC-3M atinge ±3.5 dB. A relação de onda estacionária da tensão do local (sVSWR) não deve exceder 5.5 dB de 1 GHz a 18 GHz. A uniformidade do campo para imunidade irradiada deve estar dentro de 0 a +6 dB. Esses três conjuntos de índices exigem nova medição anual por terceiros, com os relatórios arquivados para avaliação de qualificação.

Câmara anecoica AC-3M_3m

Composição geral do sistema de LISUN Câmara anecoica 3M AC-3M em conformidade com a norma CISPR 16

O completo LISUN A câmara semianecóica AC-3M consiste em quatro seções principais: corpo principal blindado, sistema de absorção, acessórios eletromecânicos e divisórias auxiliares de teste. Todos os componentes operam em conjunto para atender às especificações da norma CISPR 16.

Módulo de invólucro blindado
A estrutura de proteção utiliza placas modulares pré-fabricadas de aço galvanizado. O piso elevado oferece capacidade de carga estática de 1000 kg com grau de resistência sísmica 8. É equipada com uma porta de proteção pneumática AC-DR1.5X2P com abertura de 1.5 m × 2 m para acesso de eletrodomésticos comuns. O sistema de ventilação integra janelas padrão com guia de ondas em formato de colmeia. Filtros independentes são configurados para os circuitos de iluminação, rede, energia e comunicação. Painéis de passagem de RF N/SMA são instalados nas paredes para conexão sem vazamentos dos cabos de RF do receptor e do amplificador de potência. As câmeras de vigilância internas suportam campos magnéticos de 100 V/m sem distorção de imagem causada por interferência eletromagnética durante os testes.

Esquema de disposição do absorvedor
Como uma câmara anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16 e com configuração semianecoica, a AC-3M não instala absorvedores fixos no solo. Cinco paredes laterais e o teto são totalmente cobertos por conjuntos de absorvedores compostos. Placas de ferrite são fixadas aos painéis de blindagem internos, com absorvedores de esponja cônica de EPP montados externamente. Ondas eletromagnéticas de baixa frequência são absorvidas pela ferrite, enquanto sinais espúrios de alta frequência são dissipados pelos absorvedores cônicos. Tapetes absorvedores de solo móveis são fornecidos para reduzir erros de reflexão do solo sobrepostos durante o teste de EUTs altos, atendendo plenamente aos requisitos de simulação em área aberta da norma CISPR 16.

Acessórios eletromecânicos opcionais
A configuração padrão inclui a plataforma giratória de teste AC-TT3M1.5D0.5T com 1.5 m de diâmetro, rotação contínua de 360 ​​graus e precisão de posicionamento de ±1°. A torre de antena motorizada de eixo único AC-AT4MS, com 4 metros de diâmetro, ajusta automaticamente a altura da antena para testes de polarização vertical e horizontal. Os clientes podem, opcionalmente, encomendar a sala de controle independente AC-CT3M e a sala de amplificadores de potência AC-PA3M para isolar receptores, computadores e amplificadores de potência de RF de alta potência fora da câmara. A sala de amplificadores de potência evita a autoirradiação dos amplificadores que possa perturbar o desempenho da zona de silêncio e reduz o ruído de fundo para atender aos requisitos de baixo ruído da norma CISPR 16.

Sistema de instrumentos de teste compatível
Para os testes de emissão radiada EMI de acordo com a norma CISPR 16, podem ser utilizados receptores de teste da série R&S ESRP, antenas log-periódicas VULB e redes elétricas artificiais. Para os testes de imunidade radiada RS, são utilizados amplificadores de potência RF da série LS-PA, geradores de sinal e sondas de monitoramento de intensidade de campo. Todos os instrumentos se conectam aos painéis de passagem de RF da câmara para realizar testes completos de certificação RE e CE dentro da Câmara Anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16.

Tabela 1 Comparação de parâmetros de LISUN Câmaras anecoicas 3M/5M em conformidade com os requisitos da norma CISPR 16

De acordo com a comparação de parâmetros, a AC-3M é a única câmara anecoica da 3M em conformidade com a norma CISPR 16. Seu plano de aterramento condutivo semianecoico reproduz os caminhos de reflexão de aterramento definidos pelas normas. Câmaras totalmente anecoicas, sem camada de reflexão de aterramento, não podem ser usadas para testes de emissão radiada conforme a norma CISPR 16. As câmaras da série de 5 metros apresentam uma zona de silêncio maior para equipamentos automotivos e de controle industrial de grande porte, enquanto a AC-3M de 3 metros é a opção preferida para pequenas e médias empresas e pequenos laboratórios terceirizados que desenvolvem locais de certificação para pequenos eletrodomésticos, produtos de iluminação e fontes de alimentação.

Fluxo de trabalho completo para projeto de câmara anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16.

Empresas e instituições de teste que construam câmaras anecoicas 3M do tipo AC-3M qualificadas e em conformidade com a norma CISPR 16 devem seguir cinco fases: levantamento do local, projeto estrutural, seleção de materiais, configuração do sistema e verificação no local. Cada fase deve ser implementada de acordo com as cláusulas da CISPR 16.

A primeira fase consiste no levantamento arquitetônico do local. A câmara deve ser preferencialmente localizada no térreo, longe de fontes de interferência externa, como salas de distribuição de energia, motores e equipamentos de radiofrequência. A capacidade de carga da fundação do piso deve ser de, no mínimo, 1000 kg/m². Compartimentos independentes para a sala de controle e a sala do amplificador de potência devem ser reservados. A dimensão da abertura da porta deve corresponder ao tamanho externo máximo do EUT (Equipamento Sob Teste). Para amostras com altura superior a 1.2 m, recomenda-se o uso de portas blindadas pneumáticas com 2 metros de largura para garantir o acesso desimpedido à amostra.

A segunda fase consiste no projeto estrutural da blindagem. A espessura da chapa de aço e o material da junta são determinados de acordo com as metas de eficácia de blindagem da norma CISPR. São planejadas as posições de instalação das janelas de guia de ondas, filtros e painéis de passagem de RF. Os cabos de energia, rede e vigilância devem ser roteados separadamente para evitar acoplamentos espúrios que aumentam o ruído de fundo. Deve-se dar especial atenção à vedação das juntas da blindagem e das frestas das portas para evitar vazamentos de campos magnéticos de baixa frequência.

A terceira fase consiste no projeto do layout do sistema de absorção. A altura e a densidade dos absorvedores nas paredes e no teto são calculadas com base em um diâmetro de zona silenciosa de 2 metros para testes de 3 metros. Absorvedores de 500 mm de comprimento são instalados em regiões próximas à zona silenciosa para melhorar a absorção de altas frequências. Placas de ferrite de alta densidade nas paredes inferiores suprimem a reflexão de baixa frequência. Um espaço de armazenamento para absorvedores de solo móveis é reservado para testes de EUT em diferentes alturas. Os graus de retardamento de chama dos absorvedores devem estar em conformidade com as normas de segurança de laboratório referenciadas pela CISPR.

A quarta fase consiste na seleção de acessórios eletromecânicos. O diâmetro da plataforma giratória e o curso da torre da antena são determinados pelas necessidades do projeto. Uma plataforma giratória de 1.5 metro atende aos requisitos gerais para pequenos eletrodomésticos. Para certificação de lotes a longo prazo, recomenda-se uma sala independente para os amplificadores de potência, a fim de isolar os amplificadores de RF de alta potência e reduzir a autointerferência. Os filtros de energia devem ser configurados para monofásico de 32 A e trifásico de 32 A, abrangendo as linhas de alimentação de iluminação, instrumentos e do equipamento sob teste (EUT).

A quinta fase é a verificação do local de acordo com a norma CISPR 16. Após a instalação completa, institutos de metrologia independentes devem realizar quatro medições: atenuação normalizada do local (NSA), relação de onda estacionária (sVSWR) do local, eficácia da blindagem e ruído de fundo. A câmara só poderá ser colocada em serviço de certificação quando todos os índices atenderem aos limites da norma. Os relatórios de teste completos devem ser arquivados para avaliação anual do CNAS. A re-verificação é obrigatória após a substituição do absorvedor ou a modificação da estrutura de blindagem.

Cenários de aplicação industrial de LISUN Câmara anecoica 3M AC-3M em conformidade com a norma CISPR 16

Como uma câmara anecoica 3M qualificada e em conformidade com a norma CISPR 16, LISUN A câmara semianecóica AC-3M abrange três cenários de aplicação principais: laboratórios de P&D empresariais, pequenos laboratórios de testes terceirizados e oficinas de controle de qualidade para fabricantes de iluminação e fontes de alimentação.

Empresas de eletrônicos de consumo e iluminação utilizam o AC-3M em laboratórios de P&D para realizar testes de emissão radiada de terras raras (RE) de pré-conformidade com a norma CISPR 16 durante o desenvolvimento de produtos. Defeitos de filtragem e blindagem em placas de circuito impresso (PCBs) podem ser corrigidos antecipadamente, melhorando a taxa de aprovação na primeira tentativa para certificação externa por terceiros e reduzindo os ciclos de lançamento de novos produtos. Equipada com plataforma giratória compacta e torre de antena de eixo único, a câmara ocupa uma área moderada e pode ser instalada de forma flexível dentro das instalações fabris de pequenas e médias empresas.

Pequenos laboratórios terceirizados de EMC adotam a AC-3M como sua principal câmara anecoica 3M em conformidade com a norma CISPR 16 para testes de certificação CE e FCC de adaptadores, luminárias LED e pequenos eletrodomésticos. A solução integrada, com blindagem, absorvedores, plataforma giratória, torre de antena e sala de controle, permite a avaliação de qualificação do laboratório em uma única etapa e fornece relatórios de teste de EMI aceitos internacionalmente.

As oficinas de controle de qualidade de fabricantes de fontes de alimentação industriais e de pequenos dispositivos médicos instalam o AC-3M para inspeção de perturbações radiadas por amostragem em produtos acabados. Produtos semiacabados e acabados não conformes podem ser identificados e descartados, evitando penalidades de supervisão de mercado e riscos de recall causados ​​por produtos não conformes. A construção modular permite uma orientação flexível do layout, adequando-se às restrições de espaço fabril de fábricas de pequeno e médio porte.

Conclusão

Criando um Câmara semi-anecóica 3M A conformidade com as normas CISPR exige a implementação rigorosa de todos os requisitos obrigatórios especificados na norma CISPR 16-1-4, referentes às dimensões do local, eficácia da blindagem, disposição do absorvedor e atenuação do local NSA. O plano de aterramento condutor da configuração semianecóica representa o requisito fundamental de projeto para os testes de emissão irradiada EMI da norma CISPR 16; câmaras totalmente anecóicas não podem substituir câmaras semianecóicas para testes de certificação em ambiente aberto simulado. LISUN A câmara anecoica AC-3M da 3M, em conformidade com a norma CISPR 16, atende às especificações técnicas em relação à carcaça, ao absorvedor e aos acessórios eletromecânicos. Parâmetros-chave, como atenuação normalizada do local e eficácia de blindagem, excedem os limites de aprovação padrão. Ela suporta testes de pré-conformidade e certificação de tipo para pequenos eletrodomésticos, equipamentos de iluminação e dispositivos compactos de controle industrial.

Ao planejar um projeto de câmara anecoica para laboratório de EMC, instituições de teste e empresas devem selecionar câmaras semianecoicas de 3 metros (AC-3M) ou de 5 metros, de acordo com as dimensões do EUT (Equipamento Sob Teste) e o escopo de negócios. Todos os componentes auxiliares, incluindo plataforma giratória, torre de antena, sala independente para amplificadores de potência e sistema de filtragem, devem ser configurados. Quatro grupos de medições de verificação no local, definidos pela CISPR 16, devem ser concluídos após a instalação para garantir a admissibilidade do relatório para certificação internacional e fornecer um ambiente de teste padronizado para avaliação da conformidade de EMC de produtos eletrônicos para os mercados nacional e internacional.