คลังความรู้ ศทอ.

การทดสอบการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าและการสื่อสาร โทรคมนาคม

       การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า  และความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า  หรือ  Electromagnetic Compatibility  ( EMI/EMC ) ถูกกล่าวถึงเป็นครั้งแรกระหว่างปี  1940 และ 1950  โดยมีสาเหตุมาจากการทำงานของมอเตอร์ที่กำเนิดสัญญาณความถี่ฮาร์มอนิกส์รบกวนเข้าไปในสายส่งกำลังไฟฟ้า และก่อให้เกิดรบกวนต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆที่มีความอ่อนไหวต่อการรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น    จากจุดเริ่มต้นนี้จนถึงปี 1960  EMI/EMC ได้กลายเป็นจุดสนใจของทางการค้าและทางทหาร  ในการป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้พ้นจากการรบกวนของแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น กรณีของสัญญาณจากเรดาร์รบกวนการทำงานของส่วนควบคุมขีปนาวุธ หรือ สัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้ระบบนำร่องอัตโนมัติของเครื่องบินและเรือทำงานผิดพลาด

           ในระหว่างปี  1970 และ 1980  การแพร่สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากคอมพิวเตอร์ได้กลายเป็นปัญหาใหญ่ของการกระจายเสียงวิทยุ ( broadcast )รัฐบาลสหรัฐอเมริกา ตัดสินใจออกข้อบังคับทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ในทางอุตสาหกรรม  หน่วยงานที่ว่านี้เรียกว่า Federal Communication Commissions: FCC  โดยมีหน้าที่เขียนข้อบังคับเกี่ยวกับมาตรฐานการแพร่ความถี่ของอุปกรณ์และวิธีการวัดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า  ในขณะเดียวกันกลุ่มสหภาพยุโรปก็จัดตั้งองค์กรออกกฏข้อบังคับเพื่อควบคุมการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ไปยังอุปกรณ์ข้างเคียง ด้วย          

         ในปี  1990 EMI/EMC ได้กลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างมากในทางการค้า  หลายประเทศได้ตั้งข้อกำหนดเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่จะนำเข้ามาขายในประเทศจะต้องผ่านการทดสอบทาง EMI/EMC   โดยจะต้องผ่านการทดสอบใน 2 หัวข้อใหญ่ ๆ คือ  การแพร่สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า  ( Emission )  และ  ความคงทนต่อสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า  ( Susceptibility )

 

  อุปกรณ์สำหรับการทดสอบด้านความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและโทรคมนาคม

          ในการทดสอบการแพร่กระจายสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านอากาศ(radiation emission testing) ตามมาตรฐานสากล   จะใช้โครงสร้างสำคัญของการวัดสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกัน 3 ชนิดขึ้นกับชิ้นส่วนขนาดของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการทดสอบ ราคาของอุปกรณ์ที่ใช้ ความสะดวกในการใช้งาน โดยแบ่งโครงสร้างในการทดสอบทาง EMC ได้ดังนี้  

• การทดสอบการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการสื่อสารข้อมูลของอุปกรณ์ด้านโทรคมนาคม ในห้องปิดกั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า(Semi- Anechoic Chamber: EMC chamber)
• การทดสอบการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการสื่อสารข้อมูลของอุปกรณ์ด้านโทรคมนาคม ในพื้นที่ทดสอบแบบเปิดโล่ง(Open Area Test Site: OATS)
• การทดสอบการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการสื่อสารข้อมูลของอุปกรณ์ด้านโทรคมนาคม ใน GHz Transverse Electromagnetic Mode Cell : GTEM

 การทดสอบในห้องปิดกั้นคลื่นสนามไฟฟ้าแบบกึ่งไร้คลื่นสะท้อน (Semi-Anechoic Chamber)

  การทดสอบการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการสื่อสารข้อมูล ในห้องปิดกั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบกึ่งไร้คลื่นสะท้อน (Semi-Anechoic Chamber) ที่มีขนาดระยะทดสอบตามมาตรฐานสากล ซึ่งกำหนดระยะทดสอบไว้ 2 แบบคือ ที่ระยะทดสอบ 3 เมตร และที่ระยะทดสอบ 10 เมตร ตามลำดับ ห้องปิดกั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้ มีคุณสมบัติเป็นห้องที่ใช้กั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายในออกสู่ภายนอก และป้องกันสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้ารบกวนและสัญญาณวิทยุ(RFI) จากภายนอกเข้ามารบกวนอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบ ภายในห้อง    ห้องดังกล่าวประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

• มีผนังเป็นโลหะหนาซึ่งมีค่าความซึมซาบทางแม่เหล็กไฟฟ้าสูง ใช้กั้น(shield)สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอกเข้าสู่ภายในห้องทดสอบและกั้นไม่ให้สัญญาณขณะทดสอบออกสู่ภายนอก
• มีผนังบุด้วยแผ่นเฟอร์ไรต์(ferrite)  ซึ่งเป็นออกไซต์ของโลหะหลายๆชนิด ใช้ในการดูดซับคลื่นวิทยุและสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสะท้อนไปมาภายในห้องขณะทำการทดสอบ โดยแผ่นเฟอร์ไรต์นี้ทำหน้าที่เสมือนว่าเป็นห้องที่ไม่มีผนังตามเงื่อนไขอวกาศอิสระ(free space)
• แผ่นโฟมผสมผงเฟอร์ไรต์(ferrite form) ทำหน้าที่ดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำ ภายในห้องไม่ให้เกิดการสะท้อน มีลักษณะเป็นกรวยแหลมถูกติดที่ผนังของห้อง

     พื้นที่ทดสอบแบบเปิดโล่ง(OATS)  

 พื้นที่ทดสอบแบบเปิดโล่ง เป็นพื้นที่มาตรฐานอ้างอิง (reference site) สำหรับการทดสอบด้าน EMC และด้านโทรคมนาคม ใช้เปรียบเทียบหรือยืนยันผลการทดสอบในห้องปิดกั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีที่ผลการวัดน่าสงสัย พื้นที่ดังกล่าวจะต้องอยู่ในบริเวณที่มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (ambient noise) น้อย หากมีการรบกวนในบริเวณดังกล่าวมากจะไม่สามารถทำการทดสอบ EUTได้ ส่วนประกอบสำคัญของ OATS คือ

• พื้นปูด้วยแผ่นโลหะเรียบหรือแผ่นตะแกรงลวด ซึ่งมีขนาดน้อยกว่า 1/10 ของความยาวคลื่น สายอากาศในการรับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแพร่ออกจาก EUT ซึ่งถูกติดตั้งอยู่บนเสาอากาศเคลื่อนที่ได้(Antenna Mast) ความสูง 4 เมตร
• แท่นหมุน เป็นจานโลหะรัศมี 1.5 เมตร ถึง 3 เมตร ใช้ในการวางอุปกรณ์ทดสอบ  สามารถปรับมุมการหมุนได้ตั้งแต่ 0 องศาถึง 360 องศา เพื่อใช้ในการหาตำแหน่งที่ EUT แพร่สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าออกมามากที่สุด

 

GHz Transverse Electromagnetic Mode Cell: GTEM

           GHz TEM (GTEM) เป็นโครงสร้างในการทดสอบ EUT ซึ่งมีขนาดเล็ก และมีโครงสร้างไม่ยุ่งยากและไม่มีการต่อสายเคเบิลหรือสายสัญญาณเพิ่มเติม สามารถวัดสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เฉพาะ EUT ที่มีขนาดเล็กแสดงดังรูปที่ (3) ส่วนประกอบที่สำคัญประกอบด้วย

• ผนังทำด้วยโลหะขึ้นรูปปิรามิด ซึ่งมีค่าความซึมซาบทางแม่เหล็กสูงใช้ปิดกั้นสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายในออกสู่ภายนอก และจากภายนอกเข้าสู่ภายใน
• ผนังเฟอร์ไรต์  เป็นออกไซต์ของโลหะหลายชนิด ใช้ในการดูดซับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสะท้อนภายในห้อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกดูดซับและไม่มีการสะท้อนในห้องนี้ ถูกติดตั้งที่ปลายด้านป้านของปิรามิด
• แผ่นโฟมผสมผงเฟอร์ไรต์จะถูกดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำ ภายในห้องไม่ให้เกิดการสะท้อน ถูกติดตั้งที่บริเวณด้านป้านของปิรามิด