Le moderne apparecchiature wireless si basano su un elevato livello di prestazioni dell'antenna per garantire comunicazioni costanti, una trasmissione dati precisa e una durevolezza generale dell'apparecchiatura. Poiché i prodotti incorporano Bluetooth, WiFi, GPS, moduli 5G e molti sistemi RF in formulazioni compatte, gli ingegneri devono comunque assicurarsi che le antenne siano efficaci e non emettano rumore inutile. A questo proposito, Tester EMC è uno strumento essenziale nella valutazione e nella convalida del comportamento dell'antenna nel caso di test di emissione irradiata.
Poiché le emissioni irradiate hanno un'influenza diretta sulla qualità della comunicazione wireless e sulla conformità alle normative, vale la pena sapere come, cosa e come vengono misurati quando si valuta il comportamento dell'antenna.

Comprensione delle emissioni irradiate

Le emissioni irradiate sono dovute a emissioni elettromagnetiche involontarie dei circuiti elettronici. Il livello di rumore irradiato da un dispositivo viene emesso quando è in funzione un dispositivo, un alimentatore switching, un oscillatore logico e ad alta frequenza e moduli di comunicazione. Le antenne, a loro volta, possono fungere involontariamente da efficaci emettitori di questo rumore. Anche le tracce dei PCB, i cavi o le strutture meccaniche possono fungere da antenne a frequenze specifiche e amplificare le emissioni indesiderate.

Qui entra in gioco il test delle emissioni irradiate. Misura l'energia elettromagnetica emessa dal dispositivo in prova e verifica che le emissioni non superino il limite legale consentito stabilito da alcuni standard come CISPR, FCC Parte 15 e IEC 61000. Questi limiti aiutano a proteggere altri dispositivi elettronici dalle interferenze e a evitare che il prodotto influisca sui sistemi di comunicazione adiacenti.

Le antenne sono considerate sia strumenti di comunicazione che possibili canali di propagazione del rumore, pertanto è importante valutarne le prestazioni quando sottoposte a test di emissione. Il tester EMC è lo strumento chiave che aiuta gli ingegneri a rilevare, interpretare e risolvere i problemi che possono sorgere a causa del comportamento dell'antenna.

Come un tester EMC supporta l'analisi delle prestazioni dell'antenna

Tester EMC Legge e registra l'energia elettromagnetica emessa da un dispositivo. Durante la convalida delle antenne, il tester monitora i picchi di frequenza, confronta le letture con i valori di riferimento e evidenzia le frequenze in cui le prestazioni dell'antenna potrebbero causare un rumore elevato.

Misurazione precisa dei picchi di emissione

È noto che le strutture delle antenne risuonano a determinate frequenze. Questi picchi vengono misurati con precisione sul tester EMC e gli ingegneri possono individuare quali frequenze contribuiscono al livello di emissione e anche studiare il contributo fornito dall'antenna al livello di emissione.

Valutazione della polarizzazione e dell'orientamento

A causa della diversa radiazione delle antenne in relazione all'orientamento, il dispositivo dovrà essere ruotato e sperimentato sia con la polarità verticale che orizzontale. Questi orientamenti vengono registrati dal tester EMC e utilizzati per identificare quale antenna sia la fonte di un aumento dei picchi.

Supporto per larghezze di banda di misurazione standardizzate

Gli standard di conformità definiscono rigide misure di larghezza di banda per i test di irradiazione. Queste larghezze di banda vengono monitorate da tester EMC professionisti e, nel corso del processo, i diagrammi di radiazione dell'antenna e le emissioni indesiderate vengono misurati in condizioni appropriate. Questo aiuta gli ingegneri ad avere fiducia nei dati nell'analisi dei problemi delle antenne.

Migliori LISUN Le apparecchiature di laboratorio sono comunemente dotate di scansione automatica, registrazione dei dati e funzioni di marcatura della frequenza. I tester ECU vengono utilizzati come parte di un sistema di analisi delle emissioni quando collegati ad antenne calibrate, giradischi e LISUN software di automazione. Ciò consente agli ingegneri di correlare direttamente i modelli delle antenne e i risultati delle emissioni.

Figura: ricevitore di prova EMI

Importanza della valutazione dell'antenna durante i test sulle emissioni irradiate

Le antenne non sono solo le parti riceventi e trasmittenti. Sono soggette a rumore digitale interno accidentale. Le loro dimensioni, forma, orientamento e posizione hanno un impatto notevole sul livello di emissione. Ad esempio, minime variazioni nell'allineamento dell'antenna o nella struttura di un piano di massa possono generare picchi di emissione a frequenze armoniche all'interno di bande di regolazione sensibili.
Il test delle emissioni irradiate rileva questi problemi nelle fasi iniziali della certificazione. In caso di rumore emesso dall'antenna, il tester EMC mostrerà picchi elevati a frequenze prestabilite, che non dovrebbero essere presenti. Gli ingegneri possono quindi adottare misure correttive come la riprogettazione del piano di massa, la schermatura, la modifica dei circuiti RF o il filtraggio dei circuiti collegati.
Quando le antenne sono integrate in dispositivi di piccole dimensioni, come smartphone o moduli IoT, c'è sempre il rischio che diversi componenti abbiano strutture di massa e di alimentazione comuni. I tester EMC aiutano a separare la trasmissione desiderata dalle radiazioni indesiderate, rendendo più facile analizzare il comportamento effettivo di un'antenna.

Misurazioni chiave eseguite con i tester EMC

Nei test sulle emissioni irradiate, vengono eseguite diverse misurazioni fondamentali per comprendere il comportamento delle antenne. Ogni test offre preziosi indizi sulla propagazione del rumore e sulla risposta dei progetti di antenna, nonché sulla minimizzazione delle emissioni.

Scansione della gamma di frequenza

L'immagine del tester EMC ha un ampio intervallo di frequenza, tipicamente da 30 MHz a diversi gigahertz. Durante questa scansione, è possibile osservare i picchi associati alla risonanza dell'antenna o al rumore di commutazione interno. Queste letture aiutano gli ingegneri a individuare dove apportare miglioramenti al progetto.

Identificazione armonica e subarmonica

Le strutture delle antenne possono aumentare accidentalmente il secondo, terzo o ordine superiore degli oscillatori interni. La determinazione di queste armoniche è fondamentale per le apparecchiature con sorgenti di alimentazione a commutazione ad alta frequenza o per i dispositivi con comunicazioni dati ad alta velocità.

Correlazione con il guadagno dell'antenna

Le antenne ad alto guadagno possono rilasciare involontariamente ulteriore rumore indesiderato. I tester EMC aiutano a correlare le proprietà di guadagno dell'antenna con i picchi di emissione, offrendo ai tecnici una visione più approfondita dell'effetto delle prestazioni sulla conformità delle antenne.

Cause comuni di guasti alle emissioni irradiate correlate all'antenna

Esistono diversi problemi di progettazione che possono causare la propagazione di rumore attraverso le antenne durante l'esecuzione delle valutazioni EMC. Tra questi rientrano: una progettazione non corretta del piano di massa, un controllo inadeguato del percorso di ritorno, un radiatore di traccia eccessivo sul PCB, una schermatura inadeguata dei circuiti rumorosi e linee di alimentazione dell'antenna asimmetriche.

Cavi interni lunghi come quelli presenti in un dispositivo possono fungere da antenne e aumentare le probabilità di non superare un test di emissione irradiata. Il rumore può anche essere irradiato da antenne troppo vicine ad alimentatori switching o circuiti digitali ad alta velocità. Solo un tester EMC può essere utilizzato per diagnosticare correttamente questi problemi misurando la distribuzione del rumore lungo lo spettro di frequenza.

Anche i guasti dovuti alle armoniche generate da microcontrollori, oscillatori e moduli RF sono un problema che gli ingegneri devono affrontare. Quando queste armoniche si trovano alle frequenze di risonanza dell'antenna, le emissioni vengono amplificate. Tester EMC aiuta ad eliminare queste interazioni e indica la necessità di modificare la struttura dell'antenna.

Strategie per migliorare la conformità dell'antenna utilizzando i tester EMC

Prima di analizzare i risultati dei test, gli ingegneri adottano diverse misure per ridurre le emissioni legate all'antenna. L'ottimizzazione della geometria del piano di massa è una delle più efficaci. Piani di massa a zero e simmetrici consentono di ridurre al minimo le radiazioni indesiderate delle linee di alimentazione e dei percorsi del segnale.
Le interferenze possono essere ridotte al minimo aggiungendo schermature ai componenti rumorosi o con involucri conduttivi. La quantità di rumore che raggiunge l'antenna può essere ridotta anche utilizzando circuiti di filtraggio, ferriti e induttori.

In alcuni casi, i problemi di emissione vengono risolti regolando la posizione dell'antenna o tramite la sintonizzazione. I picchi di emissione possono essere ridotti con piccole modifiche alla lunghezza dell'antenna, al suo posizionamento o alle reti di adattamento. Il tester EMC viene utilizzato per convalidare queste modifiche fornendo un feedback in tempo reale ai cicli di prova.

Conclusione

In un test di emissione irradiataIl tester EMC è fondamentale per testare le prestazioni delle antenne. Grazie a misurazioni ad alta precisione delle emissioni, all'individuazione del rumore di risonanza e al confronto del comportamento delle antenne con i limiti normativi, il tester supporta gli ingegneri nello sviluppo di prodotti wireless stabili e standard. Con la crescente complessità e integrazione delle antenne, la capacità di analizzare e interpretare il modello di emissione utilizzando apparecchiature professionali come quelle fornite da LISUN sta diventando sempre più importante. Conoscere le tecniche di utilizzo dei tester EMC garantisce inoltre che la progettazione di un'antenna sia conforme agli standard internazionali e che gli apparecchi elettronici utilizzati per svolgere le sue funzioni non causino interferenze indesiderate.