ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 8 · РАДИОТЕХНИКА

TEM-камера открытого исполнения для испытаний малогабаритных радиоэлектронных средств на электромагнитную совместимость

П.А. Попов1, М.В. Храмцов1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.8.6 УДК 621.372.8 EDN JWWJGS

Аннотация

В работе представлена разработка и изготовление TEM-камеры открытого исполнения. Она позволяет выполнять оценку эмиссии и устойчивости к помехам радиоэлектронных средств, размером не более 184×162×30 мм. Выполнен аналитический и квазистатический анализ регулярной части TEM-камеры. В диапазоне частот до 1,4 ГГц значение модуля коэффициента отражения | S 11| регулярной части не превышает минус 45 дБ. Разработана электродинамическая модель TEM-камеры и выполнена оптимизация геометрических параметров с применением генетического алгоритма. Анализ электродинамической модели показал, что в диапазоне частот до 920 МГц коэффициент стоячих волн по напряжению (КСВН) не превышает 1,3. Неравномерность электрического поля в области размещения испытуемого объекта составляет не более 6 дБ в диапазоне частот до 875 МГц. Применяя численный метод конечных элементов и метод матрицы линии передачи выполнена проверка достоверности полученных результатов. Разработана твердотельная модель TEM-камеры для оценки влияния конструкционных особенностей сборки. Частотные зависимости | S 11| твердотельной модели не превышают минус 17,69 дБ в диапазоне частот до 916 МГц. Выполнено изготовление TEM-камеры посредством лазерной резки и гибки алюминиевого листа. Используя векторный анализатор цепей Микран Р4М-18 выполнено измерение S- параметров изготовленной TEM-камеры. Модуль коэффициента передачи | S 21| и отражения | S 11| изготовленной TEM-камеры в диапазоне частот до 936 МГц не превышают минус 2,2 дБ и минус 17,69 дБ. Представлены результаты оценки напряженности поля излучаемых помех от отладочной платы на базе ПЛИС Altera Cyclone IV в диапазоне частот до 1 ГГц с помощью, изготовленной TEM-камеры.

  • TEM-камера открытого исполнения
  • электромагнитная совместимость
  • эмиссии
  • устойчивость
  • аналитический расчет
  • квазистатический анализ
  • электродинамический анализ
Abstract (in English)

Open TEM cell for electromagnetic compatibility testing of small-scale radioelectronic devices

This paper presents the design and fabrication of an open TEM cell. It allows you to measure the radiated emission and immunity of radioelectronic devices. The size of the EUT should not exceed 184×162×30 mm. Performed analytical and quasi-static analysis of the regular part of the TEM cell. In the frequency range up to 1.4 GHz the reflection coefficient | S 11| of the regular part does not exceed minus 45 dB. The electrodynamic model of the TEM cell is developed and the geometric parameters are optimized using a genetic algorithm. Analysis of the electrodynamic model showed that in the frequency range up to 920 MHz the voltage standing wave ratio (VSWR) does not exceed 1.3. The inequality of the electric field in the area of EUT placement is not more than 6 dB in the frequency range up to 875 MHz. The validity of the obtained results is checked using the numerical methods of finite elements and the transmission line matrix. A solid-state model of the TEM cell is developed to evaluate the effect of the design features of the assembly. The frequency dependences of | S 11| of the solid-state model do not exceed minus 17.69 dB in the frequency range up to 916 MHz. The TEM cell is fabricated by laser cutting and bending aluminum sheet metal. Using a vector circuit analyzer Micran R4M-18 measured S -parameters of the fabricated TEM cell. The transmission coefficient | S 21| of the fabricated TEM cell in the frequency range up to 936 MHz does not exceed minus 2.2 dB. The reflection coefficient | S 11| does not exceed minus 17.69 dB. The results of radiated emission measurements of the Altera Cyclone IV FPGA debug board in the frequency range up to 1 GHz with a fabricated TEM cell is presented.

Для цитирования

Попов П.А., Храмцов М.В. TEM-камера открытого исполнения для испытаний малогабаритных радиоэлектронных средств на электромагнитную совместимость // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.6

Литература

  1. Fiori F.L. Investigations on the susceptibility of smart power ICs to RFI.International symposium on electromagnetic compatibility. 2013. P. 743-747.
  2. Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Повреждения интегральных микросхем в полях радиоизлучения. Журнал радиоэлектроники. 2013. № 6. С.1-38.
  3. IEC 61000-4-3 - 2002. Radiated radio frequency electromagnetic field immunity test. Geneva, International electrotechnical commission. 2002. 63 p.
  4. IEC 61000-4-20 - 2010. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-20: Testing and measurement techniques. Emission and immunity testing in transverse electromagnetic (TEM) waveguides. Geneva, International electrotechnical commission. 2010. 72 p.
  5. ISO 11452-3. Road vehicles. Electrical disturbances by narrow-band radiated electromagnetic energy. Vehicle test methods. Part 3: Transverse electromagnetic mode (TEM) cell. Geneva, International Organization for Standardization. 2016. 21 p.
  6. Deng S. et al. Mode suppressed TEM cell design for high frequency IC measurements. IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 2007. P.1-6. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2007.13
  7. Walters A.J., Leat C. Targeted resonance control in a TEM cell. IEEE transactions on electromagnetic compatibility. 2008. V.50. №2. P.252-258. https://doi.org/10.1109/TEMC.2008.921050
  8. Демаков А.В., Комнатнов М.Е. Разработка TEM-камеры для испытаний интегральных схем на электромагнитную совместимость. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2018. Т.21, №.1. С.52-56.
  9. Desideri D., Maschio A. Development and commissioning of a test system based on a TEM cell for RF exposure. Braz. J. of Biomedical Engineering. 2011. V.27. P.25-30.
  10. Alotto P., Desideri D., Maschio A. Parametric analysis and optimization of the shape of the transitions of a two-port rectangular TEM cell.International Symposium on Electromagnetic Compatibility-EMC EUROPE. 2012. P.1-6. https://doi.org/10.1109/EMCEurope.2012.6396664
  11. Crawford M.L., Workman J.L., Thomas C.G. Expanding the bandwidth of TEM cells for EMC measurements. IEEE Transactions on electromagnetic compatibility. 1978. V.20. №3. P.368-375. https://doi.org/10.1109/TEMC.1978.303664
  12. Malaric K., Bartolic J. Design of a TEM-cell with increased usable test area. Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences. 2003. V.11, №2. P.143 154.
  13. Куксенко С.П., Заболоцкий А.М., Мелкозеров А.О. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2015. Т.36. №2. С.45-50.