بحث تطبيقي لمحلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي في القياس الكمي للتداخل الموصل والمشع للمنتجات الإلكترونية الكهروتقنية

المستخلص:
يُعدّ التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) عاملاً رئيسياً يُقيّد موثوقية المنتجات الإلكترونية الكهروتقنية وتوافقها مع المعايير. ينتشر التداخل الموصّل عبر خطوط الطاقة وخطوط الإشارة، بينما ينتشر التداخل المشعّ عبر الفضاء، وكلاهما يؤثر على التشغيل الطبيعي للمعدات وعلى شهادة التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). وباعتباره الأداة الأساسية للقياس الكمّي للتداخل الكهرومغناطيسي، محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي يمكن إجراء تحليل نطاق التردد لإشارات التداخل، ومعايرة دقيقة للسعة، والحكم على الامتثال للمعايير. LISUN EMI-9KB تتناول هذه الورقة البحثية، التي تتخذ من نظام اختبار التداخل الكهرومغناطيسي الموصّل والمشع موضوعًا للدراسة، مبدأ القياس، ومكونات النظام، والمواصفات الفنية، وإجراءات اختبار محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي لاختبار التداخل الموصّل والمشع. وبالتحقق من صحة النتائج من خلال مقارنة البيانات المقاسة، توفر الورقة مرجعًا فنيًا لتصميم التوافق الكهرومغناطيسي، وتصحيحه، واختبار اعتماده للمنتجات الإلكترونية الكهروتقنية.

مقدمة 1
مع التطور السريع والمُصغّر للمنتجات الإلكترونية الكهروتقنية، مثل مصادر الطاقة ذات التبديل، ومحركات التردد المتغير، وإضاءة LED، وأجهزة المنزل الذكية، ينتشر ضجيج كهرومغناطيسي عالي التردد ناتج عن التبديل الداخلي عالي السرعة والأحمال غير الخطية، عبر مسارات التوصيل والإشعاع، مما يؤدي إلى أخطاء في نقل البيانات، وتشويش صوتي، واضطرابات في العرض، بل وحتى مخاطر محتملة على السلامة. وقد صدرت معايير صارمة للتوافق الكهرومغناطيسي (EMC) على الصعيدين العالمي والمحلي، بما في ذلك CISPR 15، وGB 17743، وFCC Part 15، وEN 55015، وEN 55022، والتي تلزم المنتجات باجتياز اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي (EMI).

يحوّل محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي الإشارات الكهرومغناطيسية في المجال الزمني إلى توزيع في المجال الترددي، ويحصل بدقة على التردد والسعة وعرض النطاق وخصائص توزيع إشارات التداخل، ويحقق قياسًا كميًا للتداخل الموصل والمشع. تعاني أجهزة الاختبار التقليدية من عيوب مثل ارتفاع التداخل الذاتي، وعدم كفاية النطاق الديناميكي، وانخفاض مستوى الأتمتة. وباعتبار محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي عالي الأداء هو العنصر الأساسي، LISUN EMI-9KB يقوم ببناء نظام اختبار EMI أوتوماتيكي بالكامل، والذي يقمع التداخل الذاتي بشكل فعال، ويغطي نطاقات التردد القياسية ويصدر تقارير معترف بها دوليًا، ويلبي متطلبات اختبار الامتثال للإضاءة والأجهزة المنزلية ومصادر الطاقة وغيرها من المنتجات.

2- آلية التداخل الكهرومغناطيسي وأساس القياس

2.1 التداخل الموصل والتداخل المشع
التداخل الموصل: تنتشر طاقة التداخل عبر الموصلات مثل خطوط الطاقة وخطوط الإشارة وأسلاك التأريض، وتظهر على شكل جهد وتيار في الوضع التفاضلي/الوضع المشترك، بشكل رئيسي في نطاق التردد من 9 كيلو هرتز إلى 30 ميجا هرتز.
التداخل المشع: تنتشر طاقة التداخل على شكل موجات كهرومغناطيسية عبر الفضاء، تنبعث من الكابلات ومسارات لوحات الدوائر المطبوعة وفجوات الهياكل والهوائيات المكافئة، بشكل رئيسي في نطاق التردد من 30 ميجاهرتز إلى 300 ميجاهرتز وما فوق.

2.2 معايير القياس
يتوافق النظام مع CISPR 16-1 و CISPR 15 و GB 17743 و FCC و EN 55015 و EN 55022 وغيرها من المعايير، والتي تحدد بشكل موحد معدات الاختبار وعرض النطاق الترددي وأنماط الكشف ومنحنيات الحد لضمان الاعتراف المتبادل بنتائج الاختبار.

نظام اختبار محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي 3 يعتمد على EMI-9KB

3.1 تكوين النظام
باستخدام محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي المخصص كعنصر أساسي، LISUN EMI-9KB يشكل مخطط اختبار كامل للتداخل الموصل والمشع مع معدات مساعدة:
• EMI-9KB جهاز استقبال التداخل الكهرومغناطيسي: 9 كيلو هرتز - 300 ميجا هرتز، وحدة تحليل وكشف طيفي عالية الأداء مدمجة، تحقق من الحصول على الإشارة وتحليل الطيف وقياس السعة.
• شبكة تثبيت معاوقة الخط LISN: تعزل ضوضاء شبكة الطاقة، وتوفر معاوقة قياسية، وتستخرج جهد الاضطراب الموصل للجهاز قيد الاختبار.
CDNE-M316 شبكة الاقتران/فك الاقتران: متوافقة مع CISPR 15:2018، وتكمل بشكل مكافئ اختبار التداخل المشع لمعدات الإضاءة من 30 إلى 300 ميجاهرتز.
• محول العزل، والمخفف، والكابل المحوري: تحسين العزل، وحماية جهاز الاستقبال، وضمان نقل إشارة مستقر.
• برنامج اختبار تلقائي باللغتين الصينية والإنجليزية: متوافق مع أنظمة التشغيل Win7/Win8/Win10/Win11، ويدعم المسح الضوئي بنقرة واحدة ومعالجة البيانات وإنشاء التقارير.

EMI-9KB استقبال اختبار EMI

3.2 المواصفات الفنية الأساسية
الجدول 1: المواصفات الفنية الرئيسية لـ LISUN EMI-9KB

3.3 الوظائف الأساسية لمحلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي
• تحويل الطيف: يحول التداخل المستمر/النبضي إلى مخطط طيف في مجال التردد، ويعرض تردد التداخل وسعته بشكل مرئي.
• القياس الكمي: يقوم بمعايرة مستوى الاضطراب بدقة بوحدة ديسيبل ميكروفولت، ويحكم على الامتثال من خلال المقارنة مع الحدود القياسية.
• التوافق مع الكشف المتعدد: يدعم PK/QP/AV لتقييم المعايير المختلفة وأنواع المنتجات.
• الاختبار التلقائي: يربط المعدات الطرفية لإكمال المسح الضوئي الكامل للنطاق، مما يقلل من الأخطاء اليدوية ويحسن الكفاءة.

4 طرق اختبار كمية للتداخل الموصل والمشع

4.1 اختبار التداخل الموصل (9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز)
• التوصيلات: يتم توصيل الجهاز قيد الاختبار بمصدر الطاقة من خلال LISN، ويتم توصيل منفذ الإشارة الخاص بـ LISN بمدخل محلل طيف EMI.
• الإعداد: نطاق التردد 9 كيلو هرتز - 30 ميجا هرتز، عرض النطاق الترددي القياسي، كشف QP وتحميل منحنى الحد.
• المسح الضوئي: مسح التردد التلقائي بواسطة النظام، وتسجيل مستوى التشويش عند كل نقطة تردد وحفظ بيانات الذروة/شبه الذروة.
• الحكم: يُعتبر الاختبار ناجحاً إذا كان المنحنى أقل من الحد القياسي.

4.2 اختبار التداخل المشع (30 ميجاهرتز - 300 ميجاهرتز)
• إعدادات: CDNE-M316 تم اعتماد شبكة الاقتران/فك الاقتران لاستبدال هوائيات الإشعاع التقليدية، بما يتوافق مع معيار CISPR 15:2018.
• الاتصال: الجهاز قيد الاختبار متصل بـ CDNE-M316 ويتم إخراج البيانات إلى محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي.
• المسح الضوئي: مسح تلقائي من 30 إلى 300 ميجاهرتز للحصول على طيف الاضطراب المشع.
• الحكم: يتم تحديد الامتثال لاختبار الإشعاع من خلال المقارنة مع الحدود.

5. النتائج المقاسة والتحليل
تم اختبار مصدر طاقة تشغيل مصابيح LED كوحدة اختبار بواسطة LISUN EMI-9KBالبيانات الناتجة عن محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي هي كما يلي:
الجدول 2: بيانات التداخل الموصل المقاسة عند الترددات النموذجية (قيمة QP)

الجدول 3: بيانات التداخل الإشعاعي المقاسة عند الترددات النموذجية (قيمة QP)

تحليل النتيجة:
• يمكن لجهاز تحليل طيف التداخل الكهرومغناطيسي التقاط التداخل الضعيف بثبات، مع نطاق ديناميكي ودقة تلبي المتطلبات.
• EMI-9KB يتميز بكبح ممتاز للتداخل الذاتي، مع مستوى ضوضاء أقل من 20 ديسيبل ميكروفولت وبدون أي تأثير على نتائج القياس.
• جميع المنحنيات الموصلة والمشعة تقع ضمن الحدود المسموح بها، ويمكن للنظام أن يقدم استنتاجات دقيقة بشأن الامتثال.
• يستغرق الاختبار الآلي بالكامل حوالي 5-8 دقائق، وهي كفاءة أعلى بكثير من الاختبار اليدوي التقليدي.

6. مزايا النظام وقيمته الهندسية
• دقة عالية: تتميز الوحدة الأساسية لمحلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي بخطأ ±2 ديسيبل ودقة تردد عالية، مما يجعلها مناسبة لتصحيح البحث والتطوير واختبارات الاعتماد.
• مقاومة قوية للتداخل الذاتي: يعمل هيكل الحماية المغلق بالكامل على تقليل ضوضاء النظام من المصدر وتحسين قدرة قياس الإشارة الضعيفة.
• الامتثال للمعايير: يدعم معايير CISPR وGB وFCC وEN من خلال تقارير عالمية، مما يقلل من تكاليف الاعتماد.
• أتمتة عالية: مسح ضوئي بنقرة واحدة، وإصدار النتائج بواسطة برنامج، مناسب لفحص جودة الدفعات.
• تكوين مرن: قابل للتوسيع باستخدام غرفة عديمة الصدى، وهوائي ثنائي المخروط، ومشبك امتصاص، ومسبار تيار، لتغطية سيناريوهات اختبار متعددة المنتجات.

7 الخاتمة والتوقعات
محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي يُعد هذا الجهاز الأساسي للقياس الكمي للتداخل الموصل والمشع في المنتجات الإلكترونية الكهروتقنية، وهو ما يحدد بشكل مباشر دقة وموثوقية اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي. ويعتمد الجهاز بشكل رئيسي على محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي المخصص. LISUN EMI-9KB يُنشئ نظام اختبار التوافق الكهرومغناطيسي عالي الأداء، مؤتمت بالكامل، ومتوافق مع المعايير الدولية، قادر على إجراء قياسات كمية للتداخل الموصل والمشع ضمن نطاق ترددي من 9 كيلوهرتز إلى 300 ميجاهرتز. يُستخدم هذا النظام على نطاق واسع في البحث والتطوير، والإنتاج، واعتماد منتجات الإضاءة، والأجهزة المنزلية، ومصادر الطاقة، والأدوات الكهربائية، وغيرها. تُظهر نتائج القياس أن النظام يتميز بقياسات مستقرة، وخطأ منخفض، وأداء قوي في مقاومة التداخل، وسهولة في التشغيل، مما يدعم بفعالية تحسين التوافق الكهرومغناطيسي للمنتجات وإطلاقها وفقًا للمعايير.

مع انتشار تقنية الجيل الخامس (5G) والطاقة الجديدة ومعدات إنترنت الأشياء في المستقبل، ستتسع نطاقات ترددات التداخل وستزداد الإشارات تعقيدًا، مما يفرض متطلبات أعلى على محلل طيف التداخل الكهرومغناطيسي. وسيصبح توسيع نطاق الترددات العالية، وتحليل الطيف في الوقت الفعلي، وتحديد مواقع التداخل باستخدام الذكاء الاصطناعي، والتشخيص التلقائي، من اتجاهات التطوير الرئيسية، مما سيسهم في تحسين كفاءة ومستوى ذكاء اختبار التوافق الكهرومغناطيسي بشكل مستمر.