Comprensión de las pruebas de compatibilidad electromagnética radiada

En el primer artículo de esta serie de dos partes, presentamos la necesidad de pruebas y estándares de compatibilidad electromagnética (EMC). Dado que es imposible probar todos los equipos del mundo al mismo tiempo, se definen formas estandarizadas de probar todos los sistemas que salen al mercado.

El primer artículo hablaba de las pruebas para EMC realizadas, que tienen dos objetivos: primero, verificar que la energía emitida a través de las líneas del arnés de cableado esté por debajo de los límites y, segundo, verificar que el equipo pueda soportar cierta cantidad de corriente inyectada sin ser perturbado.

La segunda parte de esta serie presenta las pruebas de EMC radiada, que tienen los mismos objetivos que las pruebas de EMC realizadas. Pero en lugar de probar el medio cableado, las pruebas de EMC radiada se ocupan del espectro electromagnético.

Los objetivos de las pruebas de EMC radiadas

Las pruebas de EMC radiadas tienen dos objetivos. Una es medir la energía radiada que sale de un dispositivo y el mazo de cables conectado a él. El otro objetivo es comprobar que el dispositivo bajo prueba (DUT) puede seguir funcionando en un modo de funcionamiento normal, incluso cuando se le aplica directamente un campo electromagnético.

La energía se puede transmitir en forma de ondas electromagnéticas. Según las ecuaciones de Maxwell, cualquier corriente que circule por un conductor genera un campo magnético. Durante las pruebas de emisiones radiadas, esta amplitud de campo generada debe estar por debajo de un límite especificado.

Por el contrario, cualquier campo irradiado que caiga sobre un conductor provocará una corriente circulante. Al realizar pruebas de susceptibilidad radiada, el DUT se monitorea en todo momento, lo que permite a los ingenieros analizar el momento en el que ocurre una falla. Al igual que en las pruebas realizadas, las pruebas radiadas utilizan un plano de tierra para proporcionar una ruta de retorno a las corrientes de modo común.

Antenas para pruebas radiadas

Tanto para las pruebas de emisión como para las de susceptibilidad, se utilizan diferentes tipos de antenas. El modelo seleccionado dependerá del rango de frecuencia y del patrón de radiación deseado.

Antena bicónica de 20 MHz a 330 MHz. Imagen utilizada por cortesía de A.H. Systems, inc

La frecuencia de resonancia de la antena (la frecuencia a la que la antena irradiará la energía máxima) está relacionada con la longitud de la antena. Por lo tanto, para cubrir todas las frecuencias de las pruebas de EMC, las antenas se cambian cuando se cambia de un rango de frecuencia a otro.

Antena de bocina de 1 GHz a 18 GHz. Imagen utilizada por cortesía de ATEC

¿Qué son las pruebas de emisiones radiadas?

En las pruebas de emisiones radiadas, se miden las ondas electromagnéticas que salen del DUT. Las emisiones pueden producirse intencionalmente, por ejemplo, en un dispositivo que usa Wi-Fi, pero la mayoría de ellas son causadas involuntariamente por corrientes que circulan por los componentes internos y los arneses de cableado.

Los métodos revisados ​​aquí se basan en CISPR 25 e ISO 11452-2, que definen los límites y procedimientos para la medición de perturbaciones de radio a partir de 150 kHz.

Todo el equipo debe colocarse dentro de una cámara anecoica, que atenúe todas las emisiones en todo el ancho de banda deseado. Los materiales absorbentes se agregan a las paredes para eliminar la energía reflejada.

Coche en prueba en una cámara anecoica. Imagen utilizada cortesía de thisisengineering

En la siguiente tabla se muestra una lista de antenas utilizadas en las pruebas de EMC. Cuando es posible, las pruebas se realizan con polarizaciones verticales y horizontales.

Banda de frecuenciaTipo de antena
150 kHz – 30 MHz1 m monopolo vertical
30 MHz – 200 MHzBicónico
200 MHz – 1000 MHzLog-periódico
1000 MHz – 1500 MHzCuerno o log-periódico

Dependiendo de la frecuencia de la banda, las antenas se alinean con el DUT o en el punto medio del arnés de cableado.

Al diseñar un nuevo producto, diseñar correctamente el mazo de cables y la distribución de la señal es tan importante como el diseño del producto en sí. Dado que los cables transportan corriente y pueden ser eléctricamente largos, pueden funcionar como antenas no deseadas que pueden provocar emisiones no deseadas y hacer que las pruebas fallen.

Configuración de prueba de emisiones radiadas. Imagen utilizada por cortesía de Texas Instruments

Una vez que todo el equipo se coloca dentro de la cámara anecoica y el DUT está configurado para funcionar en su modo de funcionamiento normal, las emisiones se miden utilizando un receptor EMI o un analizador de espectro.

Después de escanear todos los rangos de frecuencia, los ingenieros deben comparar los niveles medidos con los requeridos por el estándar CISPR 25. Si las emisiones medidas están por encima de los límites, la prueba dictamina que el DUT es una falla, incluso si solo se probó en una frecuencia. Estos límites pueden ser tan bajos como 12 dBµV / my tan altos como 61 dBµV / m.

Prueba de susceptibilidad radiada

Cualquier equipo instalado cerca de otro equipo es susceptible a la radiación generada por el equipo circundante, así como a cualquier línea de alimentación o comunicación. Esta radiación puede causar un mal funcionamiento o incluso destruir un dispositivo electrónico si no está protegido adecuadamente.

Dependiendo del dispositivo, el mal funcionamiento a corto plazo puede ser permisible (por ejemplo, en una pantalla) o completamente inaceptable (por ejemplo, en un marcapasos). Para evitar estos errores, se genera radiación electromagnética en muchas frecuencias diferentes hacia el dispositivo bajo prueba, que está configurado para funcionar como lo haría en una situación normal.

La configuración de prueba para las pruebas de susceptibilidad radiada, también conocida como pruebas de inmunidad radiada, es bastante similar a la utilizada para las pruebas de emisiones radiadas. La principal diferencia es que la energía se inyecta a través de una antena y luego los campos electromagnéticos se dirigen a un dispositivo bajo prueba y su arnés de cableado.

El DUT está configurado para funcionar en todos sus modos de funcionamiento, por ejemplo, comunicación activa normal, de baja potencia, y luego se le aplican campos electromagnéticos. Si con alguna frecuencia, el dispositivo bajo prueba que se está probando experimenta algún mal funcionamiento, se registrarán los detalles relevantes relacionados con el mal funcionamiento.

Conclusión

En esta serie, hemos revisado los dos tipos principales de pruebas de EMC: pruebas conducidas y radiadas. Las pruebas de EMC son obligatorias para todos los productos que se venden en cualquier parte del mundo.

Dependiendo del país, sector y tipo de producto, se utilizan diferentes configuraciones y procedimientos de prueba. Para prepararse para el desarrollo de nuevos productos y aprobar las pruebas de EMC, es importante tener un conocimiento sólido de estos estándares aplicados.

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