Autores: Ing. Luis Rodríguez Quiroz1, Ing. Eduardo Páez, Ing. Barón Marco Azpúrua/Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT.
RESUMEN
Para evaluar la compatibilidad electromagnética de sistemas eléctricos y electrónicos se dispone de una cámara semianecoica que está acreditada en el rango de frecuencia desde 30 MHz hasta 18 GHz. En lo que respecta a la caracterización de sistemas radiantes y certificación de dispositivos móviles de acuerdo al estándar CTIA, se ha diseñado una cámara completamente anecoica que está acreditada en el rango de frecuencias desde 700 MHz hasta 6 GHz. Todos los ensayos a realizar están basados en normas internacionales de organismos acreditados como la IEC, CISPR, IEEE, ANSI y normas militares. Este laboratorio amplía el campo de trabajo de la Fundación Instituto de Ingeniería (FII) en las áreas de metrología y ensayos bajo normas hacia el sector telecomunicaciones y servirá de plataforma de apoyo a la actividad reguladora del ente nacional, CONATEL (Consejo Nacional de las Telecomunicaciones) para evaluación y desarrollo de dispositivos y equipos fabricados en el país, para la investigación básica y aplicada en el área de antenas, propagación y compatibilidad electromagnética.
INTRODUCCIÓN
Dada la masiva incorporación en el mercado de dispositivos electrónicos y de sistemas que hacen uso de esquemas de comunicación inalámbricos, se hace necesario que estos coexistan en un ambiente en el que la interacción electromagnética proveniente de diversas fuentes naturales y artificiales no ponga en riesgo el correcto funcionamiento de los mismos. De este modo, la compatibilidad electromagnética, se convierte en una disciplina de diseño y calidad en la cual el fabricante diseña y construye sus productos lo suficientemente robustos como para que no degraden su desempeño en presencia de campos electromagnéticos susceptibles de interferir y que, a su vez, éste no emita perturbaciones electromagnéticas que afecte el entorno en el que será puesto en funcionamiento.
Las nuevas tecnologías requieren la disposición de laboratorios de tercera parte acreditados para la realización de los ensayos bajo norma, necesarios para lograr la certificación imparcial de los equipos de telecomunicaciones que operarán en el país. El laboratorio de compatibilidad electromagnética y antenas de la Fundación Instituto de Ingeniería (FIIDT) está calificado para el análisis de interferencias y susceptibilidad electromagnética en equipos eléctricos y electrónicos, y fomentar los mecanismos para promover una estandarización adecuada a nuestras necesidades, así como el uso correcto del espectro, lo que contribuirá al aumento de la competitividad y la garantía de la calidad de la industria tecnológica venezolana. La infraestructura instalada en la Unidad Tecnológica de Ensayos y Mediciones Eléctricas Especiales (ENINSEL), unidad adscrita al Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas está constituida por una cámara semianecoica, una cámara anecoica y un cuarto de EMC conducida, fundamentadas en los estándares internacionales actualizados en materia de Compatibilidad Electromagnética y sistemas inalámbricos, donde se realizan ensayos con miras a la certificación de productos eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones.
Con estas facilidades instrumentales la FIIDT, extiende su experiencia en los campos de la metrología de magnitudes eléctricas, tiempo-frecuencia, temperatura, presión y masa y la realización de ensayos bajo norma (ingeniería de conformidad) hacia el sector telecomunicaciones, permitiéndole además adentrarse en la investigación y desarrollo en el campo de la radiofrecuencia, emisiones e inmunidad a perturbaciones electromagnéticas.
ASPECTOS TÉCNICOS
El laboratorio está constituido por tres cámaras de Faraday: (ver Fig. 1) una cámara para evaluar compatibilidad electromagnética (cámara semianecoica), una cámara para determinar parámetros de antenas (diagramas de radiación 2D y 3D, impedancia de entrada, etc.) y evaluación de equipos móviles de acuerdo al estándar CTIA (cámara anecoica) y cámara de Faraday para el cuarto de control, captura y procesamiento de datos. Además, el laboratorio cuenta con un cuarto equipado para hacer ensayos de compatibilidad Electromagnética EMI/EMS Conducida y Descargas Electrostáticas (ESD). El esquema funcional del laboratorio y sus actividades principales se muestra en la fig. 2.
LA CÁMARA SEMIANECOICA
La cámara semianecoica opera en un rango de frecuencia desde 26 MHz hasta 40 GHz, con dimensiones de 8,53 m x 6,71 m x 5,49 m. Se ha diseñado para garantizar un cilindro de zona quieta de 2 m de diámetro y 2 m de altura a una distancia de medición de 3 m del sitio de transmisión. Para la certificación del laboratorio se ha garantizado un NSA de ±3,5 dB en el rango de 30 MHz a 18 GHz y de ± 4,0 dB en el rango de 18 GHz a 40 GHz.
Las paredes de esta cámara están revestidas de un material conductor (aleación con cobre) con el espesor necesario para asegurar un apantallamiento siguiendo las siguientes especificaciones:
Valores de apantallamiento de la cámara Semianecoica.
| Fuente | Magnitud | Frecuencia |
| Campo Magnético | 20 dB 56 dB 100 dB | 1 kHz 10 kHz 200 kHz |
| Campo Eléctrico | 100 dB | 200 kHz – 50 MHz |
| Onda Plana | 100 dB | 50 MHz – 10 GHz |
| Microonda | 100 dB | 50 MHz – 10 GHz |
La cámara dispone un piso de vinyl antiestático de 3 mm y un plano de tierra. Los absorbentes adquiridos garantizan unos niveles de uniformidad (Fig. 3) de campo de acuerdo a la norma IEC 61000-4-3.
Para evitar las reflexiones de campos dentro de la cámara, las paredes están recubiertas con materiales absorbentes de energía electromagnética, entre estos materiales tenemos las láminas de ferrita y las pirámides de poliuretano. Cada una de ellas presenta su mejor desempeño en un rango de frecuencias diferente, para frecuencias de hasta 1 GHz las láminas de ferrita son las apropiadas, pero a frecuencias superiores, las pirámides de poliuretano presentan mejor absorción de energía electromagnética. En la cámara se utilizan además, absorbentes compuestos de láminas de ferrita y absorbentes piramidales de poliuretano con una altura de 60 cm para ofrecer un nivel de reflectividad menor a -20 dB en el rango de 30 MHz hasta 18 GHz.
En este laboratorio se podrá evaluar la compatibilidad electromagnética (emisiones e inmunidad) de sistemas eléctricos y/o electrónicos, en cualquiera de sus tres maneras: radiada, conducida e inducida. Algunas de las normas que se pueden evaluar en estas instalaciones son: ANSI/IEEE C62.41, MIL-STD-461/462, CISPR 22, IEC/EN 61000-3-2, IEC/EN 61000-3-3, IEC/EN 61000-4-2, IEC/EN 61000-4-4, IEC/EN 61000-4-5, IEC/EN 61000-4-6, IEC/EN 61000-4-8, IEC/EN 61000-4-9, IEC/EN 61000-4-11, IEC/EN 61000-4-12, IEC/EN 61000-4-29, IEC/EN 61000-4-3, Bellcore GR1089-Core, ETSI 301 489, MIL-STD-461/462.
LA CÁMARA ANECOICA
Esta cámara permite determinar parámetros de antenas, evaluar dispositivos móviles de acuerdo al estándar CTIA (Cellular Telecommunications & Internet Association) y ensayos sobre equipos WI-FI y se encuentra acreditada por la CTIA Authorized Testing Laboratory (CATL) en el rango de frecuencias desde 700 MHz hasta 6 GHz con unas dimensiones de 7,41 m x 3,65 m x 3,65 m. Las paredes conductoras se diseñaron para proporcionar un nivel de apantallamiento similar al de la cámara semianecoica, adicionalmente todas las paredes y el piso están recubiertos con el absorbente necesario para asegurar el nivel de reflectividad y rizado del campo en la zona quieta tal como se pide en el documento de la CTIA, Cellular Telecommunications & Internet Association Method of Measurement for Radiated RF Power and Receiver Performance.
Los absorbentes utilizados son de diferentes tamaños, para la pared del sitio de recepción se usarán pirámides de 24 pulgadas de altura, para la pared del sitio de transmisión se usarán pirámides de 12 pulgadas de altura, en las paredes laterales y piso se usarán una combinación de estas dos anteriores y cuñas absorbentes de 24 pulgadas de altura. Estos materiales ofrecen un nivel de reflectividad superior a los 35 dB para incidencia normal a partir de la Banda L.
En esta cámara se podrán determinar parámetros de antenas como la impedancia, la eficiencia, la ganancia, así como también diagramas de radiación en dos y tres dimensiones. Para ello se dispone de un sistema de adquisición de datos integrado con la instrumentación, cuyos niveles de incertidumbre están en conformidad con los exigidos por el protocolo CTIA. Este protocolo da pautas para los ensayos y requerimientos de niveles de potencia radiada y desempeño de receptores para tecnologías de acceso tales como CDMA, TDMA, GSM. También da especificaciones y requerimientos para el ambiente de ensayos y medición de incertidumbre de los procedimientos.
CUARTO DE EMC CONDUCIDA Y ESD.
El Cuarto tiene un área de 20 m2 y la distribución de las mesas de ensayos se puede ver en la figura 5. Este cuarto posee instrumentación dividida en cinco módulos descritos de la siguiente manera,
Para ensayos de Descargas Electrostáticas:
- Pistola de ESD hasta 16 kV y accesorios
- Pistola de ESD hasta 25 kV y accesorios
Para ensayos de Pulso EFT, Surge, Ringware e interrupciones:
- Instrumentación para evaluar las normas IEC 61000-4-4, 4-5, 4-8, 4-9, 4-11, 4-12 y accesorios.
Para ensayos de Surge para telecomunicaciones:
- Instrumentación y accesorios según las normas Bellcore, IEC 61000-4-5, ITU, ETS 300 046.
Para ensayos RF Conducida:
- Instrumentación y accesorios según la norma IEC 61000-4-6 desde los 100 kHz a 300 MHz.
Para ensayos de Emisiones de Armónicos y Flickers:
- Instrumentación y accesorios para la medición de perturbaciones electromagnéticas de acuerdo con la norma IEC 61000-3-2 y 3-3.
CONCLUSIONES
Una vez expuesto los aspectos técnicos relacionados con las características de diseño, del equipamiento y funcionalidad del laboratorio, es preciso describir las metas del mismo a mediano y largo plazo:
- Dominar la tecnología y transferirla a la industria;
- Servir de laboratorio de tercera parte acreditado para las actividades de homologación y certificación en el país;
- Servir de plataforma de pruebas para el desarrollo de nuevos dispositivos, para la evaluación de equipos fabricados en el país, para investigaciones relacionadas con propagación radioeléctrica: caracterización, patrones de radiación, efectos en seres vivos, etc, que puedan derivarse de los profesionales locales o de investigaciones de otros grupos;
- Promover la investigación básica y aplicada en el área de antenas, y compatibilidad electromagnética en zonas tropicales;
- Desarrollar nuevas técnicas de medición;
- Capacitar recurso humano, para incorporarse al mercado nacional con dominio de los conceptos y las prácticas de evaluación y procura de calidad en las operaciones; y
- Aproximar a la comunidad profesional con los estándares de calidad; fungiendo como soporte tecnológico de la industria del sector, y como ente divulgador de las políticas establecidas por los entes reguladores y los resultados de las investigaciones ejecutadas.
Contacto: luis.rodriguez.quiroz@gmail.com