Figure 4B は、携帯電話から予期し得る典型的なフィールド強度の、
いくつかのかなり雑な予測を示す。
通常の使用で曝されそうな携帯無線通信の周波数の RF フィールドと同様の
フィールド強度に対して製品を試験することが推奨される。
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翻訳: T. Sato
勿論、5000人の組織にとって低コストであるものは、 50人の組織はかなり高価なものであると考えるかも知れず、 1人だけのものにとっては高価すぎるものとなるかも知れないが、 ここでは誰もとり残されないように可能なコストの全範囲をカバーするつもりである。 もしあなたが EMC 試験の費用を節約したいと思い、 あるいは不適合の製品を販売していることに気付く可能性を減らしたいと思うのであれば、 あなたはより賢くなり、またより熟達しなければならないことを憶えておくこと。 低コスト、低リスク、そして低 EMC スキルを同時に求めることはできない。
このシリーズは、管理や法的な問題 (例えば、EMC 指令への適合の保証のためにどの程度の試験を行なうべきか) はカバーしない。 これは、EMC 試験を実際にどのように実施するかを充分に詳細に述べもしない。 遥かに多くの情報は、試験規格そのもの、 そしてこれらの記事の最後に付けられた参考文献から入手できる。
これらの７個の記事でカバーされるトピックは：
そして、第０部は、第三者テスト・ラボを用いる際に どうやって最大の価値を得るかも述べた。
このシリーズのこのパートは、典型的な住居／商業／工業環境向け EN 規格に対する 放射性無線周波 (RF) イミュニティ ――放射性電磁的感受性 (electromagnetic susceptibility; EMS) と呼ばれることもある―― に焦点を当てる。 自動車、航空宇宙、宇宙、鉄道、海上、そして軍事環境のための EMC 規格では、 他の種類のイミュニティ試験が要求されるかも知れない。 これらの産業は、大抵は信頼性上の理由のために、 彼ら自身の特定の種類の干渉に基づいた 彼ら自身の試験規格を何年にもわたって作ってきた。
安全上の重要な注意： これらの試験の一部には、電気的な危険、 特に RF 電力増幅器やそれに接続されたアンテナからの出力が関係する。 また、シールド・ルームなしでこれらの試験を実施することは、 他の機器への深刻な干渉問題 ――おそらくは、航空通信、航法用無線ビーコン、 あるいは自動着陸システムへの干渉―― を生じ得るので、これは安全に関係し得る。 これらの試験は危険なものとなり得るので、 全ての適切な危険防止策を講じなければならない。 講じるべき危険防止策を知らないならば、専門家に尋ねること。
ここで述べる EN 基本規格の試験方法は、通常は IEC 基本規格の試験方法と同一 (例えば、EN 61000-4-3 は IEC 61000-4-3 と同一) であるので、 この記事は EU 外の EMC 規定が適用される場合にも有用かも知れない。
しかし、多くのプロジェクト・マネージャは この基本的な現代的な事実をなかなか理解しないようではあるが、 今日の急速な市場の動きの元においては、 一般に、最低の材料費を達成することよりも 製品の出荷までの時間の方が経済的な成功のために重要である [2]。
製品の設計と開発の可能な最も早期の段階で潜在的な適合性問題に対処することは、 大抵は適合性試験に不合格となった後 (製品が完成し、生産のための図面が出され、 そして購買部門に部品リストが出されて 既に何千組もの PCB やその部品が購入されている時) の遅延と再設計を防止することによって、大きな競争上の優位性を与え得る。 実際には必要ではないかも知れない予防策の控え目な追加費用は、 EMC 適合性試験の１回のやり直しの節約のためにであっても安いものである。
我々のほとんどはこの状況をかつて (大抵は幾度も) 経験しており、 マネージメントへの現代的なメッセージは、 新製品から最大の経済的利益を得るためには エンジニアリングはこの緊張的で浪費的なことをする必要はないというものである。 EMC 適合を容易とするために必要かも知れないと設計者が感じる EMC 抑制コンポーネントや PCB ルーティングの特性が 本当に必要であることを証明するようにマネージャに求められたならば、 そのマネージャを再訓練に送り込む時であることがわかる。
EMC 指令の元に整合化された放射性イミュニティ試験は
通常の電磁環境をカバーするものと仮定されるが、
明らかにカバーしていないものは、
携帯電話や携帯無線機のような個人用無線通信の接近である。
実際、一般イミュニティ規格は、
この状況をカバーしていないと言明できるほど正直である。
これをどの程度続けられるかは疑問である
―― 今、ほとんど全ての人が携帯電話を持ち歩き
(Figure 4A は充分にありふれた状況を示す)、
多くの産業作業者は携帯無線機 (私用携帯無線ハンドセット) も持ち歩いている。
Figure 4B は、携帯電話から予期し得る典型的なフィールド強度の、
いくつかのかなり雑な予測を示す。
通常の使用で曝されそうな携帯無線通信の周波数の RF フィールドと同様の
フィールド強度に対して製品を試験することが推奨される。
製品 (特に制御部や制御盤) が Figure 4B で示した距離よりも携帯無線送信器のアンテナに近付き得る場合には、 信頼できる動作を保証するために、それらの周波数における 30V/m、100V/m、 あるいはそれ以上での試験が必要となるかも知れない。
信頼できる、あるいは機能的に安全な製品を作ることが望まれる場合には、 行なわれる EMC イミュニティ作業は EMC 指令の標準的なイミュニティ試験の先へと進むべきである：
信頼できる製品を作ることに対する経済的な報いは、極めて大きいものとなり得る ―― UK のある製造業者が、 彼らの製品を最新の EMC 指令イミュニティ規格に適合させるために 10万ポンドを費し、 その後にその直接的な結果として 保証コストが 270万ポンド減少していることがわかった時に気付いたように。
機能上の誤りや故障が極めて高価なものにつき、 あるいは傷害や死を引き起こし得る領域での、 複雑な電子製品やシステムの使用が増えている ―― しかし、これらは LVD や EMC 指令に対する整合規格では 全くカバーされておらず、 往々にしてそのような点は特に除外されている。 機械指令、自動車 EMC 指令、及び医療機器指令、そしてそれらの整合規格は、 これらの点のカバーをある程度は試みているが、 それらを正しく扱うことに失敗している [4]。
これらのさらに重要となっていく問題については、
EMC と機能安全に関する IEE のガイドライン [5] やそれに関する記事 [4] [6] [7]、
IEC 61508-2 [8]、そして IEC/TS 61000-1-2 [9] を参照されたい。
これらの点は、製造物責任指令の元での「開発危険」の抗弁の
成立を助けられるようにカバーされるべきであり、
[8] や [9] に強く関連した規格は
EU 内では数年以内に安全指令群の元で義務となりそうである。
試験方法そのものについて述べ始める前にこれらの問題を議論しておくことは 助けとなるであろう。
残念ながら、単なるシールド・ルームの壁、天井、そして床からの反射は、 フィールドの均一性に問題を引き起こす。 これは、通常は部屋の内側の金属面を RF 吸収材で覆うことで対処される。 様々な種類の吸収材が入手可能であり、 最も普通な種類は、カーボン混合発泡材製ピラミッド (これは相当の空間を占める)、 あるいはフェライト・タイル (これは重い) である。 双方の種類の吸収材は、 単なる金属のシールド・ルームのコストと比較して極めて高価である。
80〜1,000MHz のための、正しい、全面的に適合した試験方法は、 この記事の後の方で詳細に述べる。 基本的に、それは、そのフィールドが均一性の基準を満たすかどうかの確認のために、 その中で試験用アンテナから RF フィールドを放射して チャンバー内の規定された点 (「試験空間」) でのフィールドを V/m で測定することによる、無響チャンバーの校正を必要とする。 それぞれの試験周波数で必要なフィールド強度 ――試験空間での平均的な―― を達成するために必要な信号レベルの表が作られる。 このチャンバー校正の際には EUT は存在しないが、 それでさえも、試験空間内でのフィールド・レベルは 公称値から +6dB、-0dB までの変動が許される。
EUT は、それをチャンバー内の試験空間内に置き、 送信アンテナを校正の際と同じ位置に置き、 信号レベルのファイルを「リプレイ」することによって試験される。 勿論、試験に際して発生させられる実際のフィールド・レベルは EUT やそのケーブルによって変えられ、 それは反射やケーブルの共振などによって、EUT の付近の場所のあいだで著しく ――往々にして ±15dB 以上―― 変動し得るが、 これは EUT が現実の RF フィールド内に置かれた際に起きるようなことに過ぎない。
全無響チャンバー (Figure 4C を参照) は、
金属のグランド・プレーンの床を持つ半無響チャンバーと異なり、
床に吸収材を持つ。
テスト・ラボによっては半無響チャンバーを
エミッションの測定のための「屋内 OATS」として用いており、
そのチャンバーを全無響チャンバーに変えて
EN 61000-4-3 フィールド均一性を達成するために必要なだけの、
床を覆うための吸収材を持ち込む。
試験者によっては 全無響チャンバーを放射性 RF イミュニティとエミッションの双方のために用い、 エミッション試験をグランド・プレーンを用いて行なった場合に必要な 高さのスキャンを避ける ([1] の 1.10章で述べた)。 そのようなエミッション試験は適合した試験ではないが、 大抵の企業は、全無響でのエミッションの結果に 6dB を加えれば、 全面的に適合した OATS 試験と極めて良い相関を持つことを見い出している。
もし、自前の無響チャンバーを作りたいのであれば、[10] を読むこと。
これは、吸収材をある程度詳しく扱っている
―― しかし、良くシールドされた部屋をどのように作るかは書いていない。
[11] の 1.2.2章で述べたように、 全ての半導体 ――デジタルであってもアナログであっても、 またその機能が何であっても (「低速」なオペアンプでさえも)―― は、無線周波を良く復調する。 このため、全ての半導体は、 正に「鉱石ラジオ・セット」の RF 検波器のように振る舞い、 その「アンテナ」に与えられたどのような RF 信号でも復調するであろう。
まず、 (EUT とケーブルのセットアップが変えられないものと仮定して「アンテナ」を無視して) RF フィールドの変動に対する回路の振幅応答を調査すると、 アナログ回路が大抵は 復調で典型的な自乗則の関係で RF フィールドに応答することに気付く。 例えば、フィールド強度を 6dB 増加させると、 往々にして信号誤差の 12dB の増加が生じる。 従って、フィールド分布の小さな変動、 及び／もしくはケーブルの数やそのレイアウトの小さな変動でさえも、 EUT の反応に極めて大きな違いを生じさせ得る。 例えば、もし EUT のアナログ機能がその性能基準よりも 6dB 下であれば、 それは良いマージンと見られるものを持ってその試験に合格する ―― しかし、そのケーブルの１つの近傍でのフィールド強度の 5dB の増加は 信号誤差を 10dB 増加させる可能性があり、 その機能を性能基準に対して 4dB 超過させ得る。 逆に、3dB での不合格は、 ケーブルや EUT の一部が 4dB 低いフィールド強度に曝されたならば、 5dB のマージンでの合格に変わり得る。
デジタル信号は、フィールド強度が変化した際にさらに大きな機能的な変動を示し得る。 デジタル IC 内の半導体はアナログ回路と同様に RF を自乗則の形で復調するであろうが、 デジタル回路はその閾値よりも下の雑音を無視する。 従って、RF フィールドからのロジック回路への干渉レベルが 閾値よりも数ミリボルト下に過ぎないとしても、製品は放射性試験に合格し得る。 RF フィールド強度の僅かな増加 (例えば 1dB だけの) が そのデジタル回路の誤った挙動を引き起こすことができ、 これは多くの回路やソフトウェアの設計では 「致命的」エラーや「クラッシュ」を引き起こし得る。 逆に、製品の一部やそのケーブルの近くでの フィールド強度の僅かな低下 (例えば -1dB の) は、 不合格を合格に変え得る。
実現の良くないデジタル回路の一部は、既に論理閾値に近い、 ソフトウェアに依存した内部雑音レベル (例えば、グランド・バウンスによる) を持って動作しているので、 それらに閾値を超えさせて誤った論理状態を生じさせるためには、 復調からの追加的な雑音をそれほど多く必要としない。 ソフトウェア、及び干渉に依存するデジタル回路の誤りは、 往々にして現場においてランダムな現象であるかのように現れ、 これは診断と修正を極めて困難とし得る。
多くの現代的なデジタル IC や通信が、極めて低い電源電圧 (例えば 1.8V)、
及び／もしくは極めて低い信号振幅 (例えば LVDS) で動作するようになっている。
この種の回路においては、
その論理閾値はボルトではなく数百ミリボルトに過ぎないかも知れず、
その回路をそれらが置き換える 5V ロジックよりも遥かに弱くする。
Figure 4D は、アナログとデジタルの双方の回路に対す る、
フィールド強度の 6dB の増加の典型的な影響を示す (その他の全てを同一として)。
さて、RF 信号を我々の半導体に流し込むのが何であるかを調べる必要がある
―― 「鉱石ラジオ・セット」アンテナはどこから来ているのか？
大抵の電子製品については、これらの「アンテナ」は偶発的なものである。
それらは、集積回路のリード・フレーム、PCB トレース、そしてケーブルを含み、
その全てがその長さ、形状、誘電体 (例えば絶縁)、信号源と負荷のインピーダンス、
そして他の導体や誘電体への近さによって決まる、固有 RF 共振周波数を持つ。
1GHz よりも高い周波数においては、
ボンディング・ワイヤでさえも重要なアンテナとなり得る。
Figure 4E は、現実の PCB トレースやケーブルを理想化したものが
どのように共振するかを示す。
その結果は、放射性 RF イミュニティの観点からは、全ての電子回路は、
それぞれが複数の共振周波数で極めて効率的に調整された
極めて多数の偶発的な「アンテナ」に接続された、
膨大な数の様々な放送復調器
(鉱石ラジオ・セット ―― 現代的な IC の一部では数百万個の)
として見ることができるというものである。
製品やシステムの RF イミュニティ測定を行なう際、
EUT の応答が他の周波数よりも遥かに悪くなる
一連の周波数に気付くことが往々にしてある。
それらの周波数は、大抵は相互接続ケーブルの長さ、ループ状のケーブルの直径、
PCB トレースの長さ、あるいは金属構造の寸法や形状に関連付けることができ、
そのような観察は往々にして問題を速やかに同定して修正することを可能とする。
Figure 4F は、低速なオペアンプの「鉱石ラジオ・セット」動作の現実の例を示す。
(EUT が RF フィールドに対して強く共振する広帯域の周波数に気付くことがあるが、
多少の EMC 対策が行なわれた後では、そのような EUT は
様々な周波数での応答にピークを持つだけの
他の多くのものに似たものとなる傾向がある。)
問題は、これらの「鋭い」応答は往々にして数十 MHz の幅しか持たず、
多くのものはケーブルの長さや引き回しに完全に依存することである。
ケーブルを数センチメートル動かすだけで
それらが「同調」している周波数を数十 MHz 動かすことができ、
これは放射性イミュニティ (あるいは放射性エミッション) 試験の経験がある人は
極めて見慣れているであろう効果である。
2m のケーブルを 3m のものに変えることは、
その EUT のイミュニティ「シグネチャ (signature)」が完全に異なるように、
多数のイミュニティのピーク応答をシフトさせられる。
Figure 4G は、公称 1.5m のケーブルの長さの小さな変動が、
いかにその「アンテナ効果」に、従って EUT の感受性に影響し得るかの例を示す。
幸い、EN 50082-1:1992 はもはや古代史であり、 今は EU 内で供給されるほとんど全ての電気製品は、 一般規格 EN 50082-1:1997 か EN 50082-2:1995 【訳註 ― これらは EN 61000-6-3、及び EN 61000-6-4 で置き換えられている】、 あるいは EN 55024 (ITE、及びテレコム)、EN 61326-1 (試験所用機器)、 EN 55103-1 (専門家向けオーディオ、ビデオ、照明)、 EN 50130-4 (警報、及び保安)、EN 55104-2 (家庭用機器) のような 上位の製品群イミュニティ規格を満足しなければならず、 そのほとんど全ては 放射性イミュニティの基本試験法として EN 61000-4-3 を参照している。 EN 55020 (ラジオ及びテレビ放送受信器、及び関連機器) は 歴史的な理由から EN 61000-4-3 とは全く異なった方法を用いている 風変わりな規格である； これらの製品のための共通のアプローチはまだ示せない。
EN 61000-4-3 は変調フィールドを用いる： 1kHz の正弦波による 80% の深さでの変調であり、 これは 3V/m のフィールドのピーク・レベルは 5.4V/m (10V/m のフィールドの場合は 18V/m) であることを意味する。 アナログやデジタルの回路の復調に伴う非線形性のため、 RF レベルの 80% の増加は回路のエラーの 224% の増加へと変換され得る。 従って、以下で述べる全ての代替試験法は、 同様に変調されたフィールドや試験信号を用いるべきである。
アナログやデジタルの回路のRF フィールド・レベルに対する非線形性的な感受性、 そしてコンポーネントやアセンブリのばらつき (EMC に関して管理されないことも多い) のため、 量産された製品はそのイミュニティ性能に変動を持つことから、 放射性イミュニティ試験については「工学的余裕」が推奨される。 完全に適合した方法で EN 61000-4-3 に対する試験を行なう場合であっても、 少なくとも 6dB 高い試験レベル (例えば、3V/m の代わりに 6V/m) で、 製品が依然として要求された機能的仕様を満たすことが推奨される。 試験方法に著しい相違がある場合には、 たとえその新しい方法が良いフィールド均一性を持つ (例えば、低い周波数でのストリップラインや GTEM セル) としても、さらに大きな工学的余裕が推奨される。
最終製品に代替の放射性イミュニティ試験法を使うことによる費用の節約が 過剰設計をもたらし得ることは明白である。 製品をその代替試験法に必要な工学的余裕を持って合格させるための追加費用は、 6dB だけの工学的余裕とともに EN 61000-4-3 に対する正式な試験を行なう費用と比較すべきである。
(最終製品が EN 61000-4-3 に対して全面的に試験される場合であっても、 設計や開発 (例えば、作業台上の試作品の PCB アセンブリ) に際しての使用に より適当な近傍界やその他の代替の放射性イミュニティ試験法は行なうべきである。 4.1章で議論したように、 それらは最終試験が形式的なものとなることの保証を助け、 出荷までの時間を短縮するであろう。)
この試験は閉じられたチャンバー内で行なわねばならず、
また試験中に人がチャンバー内にいることは許されないので、
製品の機能的性能をどのように試験するかを考えるべきである。
大抵のテスト・ラボには、
EUT の表示をチャンバーの外から見られるように、
遮蔽されたビデオ・カメラ (Figure 4H) とモニタが用意されているが、
その表示を介して必要な診断を行なうためには
EUT のソフトウェアやハードウェアの変更が必要かも知れない。
例えば、マイクロ・プロセッサがクラッシュしても
ディスプレイが同一のイメージを表示し続けることが往々にして起こる
―― 全てが良好であるかのような印象を与え、高価な試験時間を無駄にする。
従って、表示は可能な限り それが正しく動作していることを示すような方法で常に更新し続けるべきである。 試験時間を長過ぎる (そして高価な) ものにしないで済むように、 それぞれの周波数での「滞留時間」を１秒以下とできるように、 表示の変更頻度は１秒に２回以上のオーダーとすることが望ましいだろう。
製品によっては非常に長い時定数を含み、 その EMC 性能を変えることなくスピード・アップすることは非実際的であるかも知れず、 そのような場合には長い試験時間が必要となるかも知れない。 製品が複数の機能を持つ場合、 試験はそれぞれの機能に対して順番に行なうことができ、 あるいはそれぞれの周波数での滞留時間のあいだに全てが順番に試験されるように それらの機能を素早く多重化できるかも知れない。 製品が、放射性イミュニティ試験の時間を短縮するためにスピード・アップできる ――しばしばソフトウェアから待ち時間を除去することによって―― 一連の状態や機能を実行することもある。
試験時間を短縮して試験費用を節約するために、放射性イミュニティ試験のために その製品の特別なソフトウェアを作ることはごく普通である。 ごく一部のテスト・ラボはそのようなソフトウェアに対して説明を求め、 単にその試験報告書にソフトウェアのバージョン番号を記録するであろう。 私は、製品がユーザーに供給されるソフトウェアを用いた場合よりも 大きなイミュニティを持つようにする方法で この特別なソフトウェアを書いた何人かの技術者のことを聞いたことがある。 試験に際しての不正は 著名なテスト・ラボから合格の報告書を得られるようにするかも知れないが、 その製品そのものを適合性に関する異義に対して防御されないままとする。
監視が特別な試験機器を必要とする場合、 EUT の代わりにその監視装置を試験してしまわないように、 それは可能であればテスト・チャンバーの外に置かれるべきである。 (例えば) 音響用歪み分析器 は、 その分析器がフィールドが発生させられている テスト・チャンバーの外にあったとしても、 EN 61000-4-3 の試験中の対策作業のほとんどを EUT ではなくその分析器に対して行なわねばならないかも知れないほど RF 干渉を受けやすいことが往々にしてある。 大抵のデジタル電圧計やマルチメータも極めて敏感であり、 電子回路を含まない古い可動コイル形メーター ――それらでさえも完全には耐えないかも知れないものの―― に頼る価値があるかも知れない。
常に機能試験用計器を疑うこと ―― これは実際にはそうではない時に不合格の結果を示すかも知れず、 あるいは EUT が不合格の状態となっている時に合格を示すかも知れない。 後者の問題に対処する普通の方法は、(可能であれば) 機能試験用メーター (あるいはその他の何であれ) が非ゼロの値を示すように EUT を設定し、EUT のイミュニティ試験に際しては そうなるべきでない時のその減少や増加を監視することである。
補助機器や機能試験用計器へのケーブルをチャンバーの壁に通すことでの問題は、 壁面へのケーブル・シールドの接続や信号導体に適用された何らかのフィルタが、 ケーブルの終端を現実に起きるであろうものから変えることである。 チャンバーの壁面への終端とフィルタの影響はその共振周波数を変えるものであるが、 ケーブル共振の振幅を増加させもする ―― これら双方は過剰試験や不足試験をもたらし得る。 テスト・ラボによってはチャンバーの壁面でケーブルを終端する代わりに フェライト・クランプ列を用いるが、大抵のラボは単にこの問題を無視する。 Richard Marshall Ltd (http://www.design-emc.co.uk) は、 この問題に対処するために 150Ω チャンバー出口フィルタを開発した [12]。
特に試験の不合格への対策のために回路の電圧や電流を測定しようとしている時の、 イミュニティ試験中の伝統的な計器での EUT パラメータの監視の問題のため、 少なくとも２つの製造業者が外部測定器 (印加されている試験の影響から充分に離れた) に光ファイバーで接続される超小型プローブを開発している。 これらの２つは、参考文献 [6] や [7]、 そしてこのシリーズの第３部 [14] で述べられている。 この種のシステムで用いられている超小型プローブは、 場合によっては 1GHz を超える帯域での、 電圧、電流、そして局所的フィールド強度の測定のために開発された。
光ファイバー・ケーブル ――完全に金属を使っていないものである限り―― は、
試験を妨害し、あるいはチャンバーの漏洩を引き起こすことなく、
チャンバーの壁面に設けられたカットオフ以下の導波路のチューブに
ただ通すことができる。
EN 61000-4-3 に対する試験は、 それを必要とする人々の近くに置かれた 自前の完全に適合した無響チャンバーを企業が持っている場合 (おそらくは、かなり大きい企業) にのみ、 品質保証や変種の試験のために費用効果が良いものとなる。 さもなくば、代替試験法が、 この場合は「正式」な試験法の低コストな、あるいは手早い代替として使われる。
設計や開発の目的で、そして適合性問題の解決を助けるために用いる場合には、 代替試験法の校正の欠如はそれほど重要ではない。 しかし、その試験は再現可能なものである必要があり、 従ってその試験機器や試験方法には一貫性が必要となる。
もしイミュニティ試験の不合格の後での 対策作業のために代替手段を用いるのであれば、 その製品がどの周波数で不合格となるかを知っており、 問題の部分を最も素早く見付けるためにそれらの周波数のみを試験できるであろう。 しかし、既知のイミュニティ問題の修正のために何らかの変更を行なったならば、 あなたがやったことがその問題の「再チューニング」であった場合には その問題は他の周波数で現れるので、 全周波数範囲にわたって試験する必要がある。
最終的な組み立て状態での浮遊インダクタンスや浮遊容量が その回路の RF の挙動への支配的な影響を持ち得るので、 設計／開発試験に際しては、常に試験される回路の最終的な組み立て (遮蔽、接地接続、金属の物体や構造物との近さなど) を再現しようとすること。 そして、常にその試験セットアップの詳細全てを試験文書に慎重に記録する (写真は極めて有用となり得る)。
使用された代替手段が EN 61000-4-3 と大きく異なる場合であっても、 常に可能な限り EN 61000-4-3 の方法に従うようにすること (4.7章を参照)。 例えば：
TEM セルなどの代替試験法は EN 61000-4-3 で述べられており、 もし無響室法 (4.7章で述べる) との等価性が 確立されているのであれば、 全面的な適合性試験のために使用できる。 しかし、等価性の証明は極めて困難であり、 これは 4.3.2章で述べた 半導体の RF フィールドに対する非線形的な応答のためだけではない。
[1] の自家製のプローブは イミュニティ試験での使用に耐えられるだけ頑丈である筈だが、 もし購入したプローブを使っているのであれば、それらを使う前に それらが計画した用途に対応できるかどうかを確認すること。 もし購入したプローブがイミュニティ試験に際して熱くなるようであれば、 すぐに使用を止めること。 プローブによってはバランを含んでおり、 往々にしてそれが電力の取り扱いを制限する要因となる。
[1] の Figure 1、2、及び 4 で示した 近傍磁界／電界プローブは、RF 信号発生器の出力、あるいは 信号発生器をブーストするために用いられる RF 電力増幅器の出力に直接接続できる。 EMC 試験での使用を意図した増幅器の一部は その負荷インピーダンスに極めて寛容であるが、 他の種類の RF 増幅器の大半は不整合の負荷によって損傷され得る。 後者の増幅器のためには、プローブの終端のための 50Ω 抵抗を、 必要な最高周波数まで良い 50Ω を保つように その終端が RF テクニックを使っていることを確認した上で用いるべきである (ループ・プローブと直列に、電界プローブと並列に)。 もし RF 増幅器が必要であれば、近傍界プローブ試験のためには、 大抵は全周波数帯にわたって 1W や 2W の定格を持つもので充分である。 Mini-Circuits (http://www.minicircuits.com) からの安価な広帯域増幅器モジュールが、 往々にして実に適当なものとなる。
これらのプローブは、局所的な磁界か電界を、あるいは [1] の Figure 4 で示したものの場合には 磁界と電界を同時に発生するであろう。 これらのプローブの使用の手順は、 局所的なエミッション源の検出のための使用と似ている ―― プローブは、最も敏感な領域が特定されるまで、製品の疑わしい領域にわたって、 デバイスや導体の極めて近くで慎重にスキャンされる。 プローブのどの部分が最も強いフィールドを放射するか、 そしてどの方向に放射するかはすぐにわかり、 10mm ループ・プローブでは PCB 上の RF に敏感な領域を 2mm 以内で特定することも可能である。
RF 発生器を低い試験レベルに設定して開始して、 顕著な反応が見つかるまでレベルを上げ、それを修正し、 そして次に敏感な領域が見つかるまで試験レベルを上げるのが普通である。 RF 発生器の信号は、連続波とすることも変調波とすることもできる。 今は全ての EU EMC 適合性試験が変調フィールドを用いているので、 一般には変調波形 (最終製品のための規格で規定されている種類の変調を用いた) が推奨される。
主電源やその他の高電圧回路に注入する際には、 高耐圧クラス Y コンデンサを使う必要があるだろう。 100MHz までの周波数のためには 10nF のコンデンサを、 1GHz までのためには 1nF のコンデンサを使う。 これが加える負荷が回路の動作に影響するならば、 低い周波数では高い RF 駆動電圧が必要となるかも知れないものの、 より小さいコンデンサ (例えば、10pF や 100pF) を使うべきである。
通常は信号発生器からの出力は極めて高い RF フィールドと同等なレベルでの 直接注入プローブの駆動に充分であろうが、 そのようなプローブが RF 電力増幅器から駆動される場合には、 4.4.1章で述べたように RF 終端抵抗が必要かも知れない。 それが試験の意図的な一部でない限りは、敏感な回路ノードを それが物理的な損傷を受けるほど過度に駆動しないように注意すること。
このプローブを主電源やその他の高電圧回路への注入に用いる場合には、 最初に接続した際にそのコンデンサの充電による所期電流パルスが発生するだろう。 これが RF 信号源を損傷しないように、適切な手順を踏むこと。
EN 61000-4-4 のファスト・トランジェント・バースト試験で用いられる 容量性クランプも、RF 電力増幅器の出力に接続して、 ケーブルへの RF フィールドの結合のシミュレートに使用できる。 それは、グランド・プレーンへの適切な RF 終端を必要とするであろう。
車両搭載型無線送信器が問題となるかも知れないのであれば、 あなたの製品を地方警察、救急車、あるいは消防署に持って行くことや、 あるいは彼らにあなたを尋ねてもらうことさえ可能かも知れない (どうか嘘の通報はしないで！)。 「もしそれがこれらの環境で無事に動くのであれば、 おそらく他のどこに持って行っても大丈夫だろう」という根拠 ――いずれ説明するように、これは実際には正しくない―― の元に、彼らの手作りの製品のそれぞれを いくつもの長距離送信施設 (AM、FM、TV など) へ持って行って 側道や外囲が許す限り近付き、 適当なケーブルで可搬型信号発生器に接続して動作させている、 専門家向けオーディオ機器を作っている非常に小さい企業を知っている。
製品やシステムの RF イミュニティ試験のために合法的な送信器を使うことは、 勿論、全く合法的である。 アマチュア無線や私用携帯無線のチャネルを使う際には、 既に使われているチャネルを避け、 また未使用のチャネルでの送信を行なう時間を 1分間以下に制限して、 他の使用者への礼儀を守ること。 携帯電話にはそのような時間制限は適用されない。 全ての送信器は送信モードにあるべきであり、 これは携帯電話やその他の無線システムの一部においては 呼を成立させておかねばならないことを意味し、 これは誰かに電話を掛ける必要があることを意味する。 その無線送信器が 期待した周波数と電力レベルで実際に送信しているかどうかを確認するために 放射性エミッション測定器 ([1] を参照) を使うことは良い考えである。
Figure 4B はいくつかの可搬型送信器が 3V/m や 10V/m を生じさせるために必要な距離のアイデアを与えるが、 一般的な親指の法則は、 V/m での電界は √ERP・5.5 / d と等しいというものである ―― ここで、 ERP は W での等価放射電力、d は m でのアンテナからの距離である。 この規則は、近傍に反射性の物体や面がない場合 (理想的には無響チャンバー内) にのみ機能し、 アンテナの近く ――例えばアンテナ長の３倍以内―― では全く機能しない。 大抵のハンドセットで使われているホイップ・アンテナのような 全方向性アンテナでは、ERP は総放射電力である。
許可済無線送信器での試験は、 製品やシステムが実際にそれらの無線送信器に曝されるかも知れない場合には 合理的なことであるように見える。 EN 61000-4-3 試験は (現時点では) 1GHz よりも上で試験しないので、 1800MHz 携帯電話をごく近傍で動作させて 何が起きるかを見るのも良い考えであるように見える。
残念ながら、許可済無線送信器による試験の極めて深刻な限界がある ―― 4.3.2章で詳細に述べ、また Figure 4G で示したように、 ケーブルの引き回しに対する僅かな変化がその結果を無効とし得る。
従って、許可済無線送信器試験からは、それぞれの無線チャネルについて 次のような複数の試験を行なったならば最良の結果を得ることができる： ケーブルの異なった引き回し、異なった種類のケーブルやコネクタ、 異なった数のケーブル、そして様々なアクセサリを含む、 多数の異なったケーブル・セットアップ； さらに、EUT の地面からの異なった高さ、 他の機器や金属構造への異なった近さ、 代替の電源モジュールのような異なった内部構成オプション (もしあれば)。 そのような試験を行なうことによってのみ EN 61000-4-3 との何らかの相関を達成でき、 しかもそれは使用された許可済無線チャネルの両側の数十 MHz についてのみである。
従って、許可済無線送信器による試験が その動作環境で見い出される無線周波数に対するイミュニティの しっかりとした証拠を与えられる唯一の時は、 その製品と全てのケーブルが固定されて動かせなくなった、 完成した設備でその試験が行なわれた時である。
しかし、その製品とその設備が老化すれば遮蔽や電気的接続は劣化し、 従ってそれが敏感になっていないことを確認するために 同一の送信器による再試験が必要となる。 その設備に対するほんの僅かな変更 ――単にケーブルを動かすだけでも―― も、それが依然として充分に耐えることを確認するための、 それらの送信器による再試験を意味する。 これが多くの大きいコンピュータ室で 全ての携帯無線送信器や携帯電話の使用が禁止されている理由の１つである ―― 昨日携帯電話ハンドセットに耐えたものが明日耐えるという保証はない。 コンピュータの誤動作が安全上の危険や大きな経済的損失を引き起こし得る場合には、 人々がその禁止を忘れず、 あるいは問題が起きないように見える時にそれを無視しないことを どの程度確信できるかを尋ねてみる必要がある。 コンピュータの故障の余波が極めて大きいならば、 その規則を強制する権限を与えられた守衛を雇う必要があるかも知れず、 彼らはそこに立ち入る全ての人を検査する必要があるかも知れない。
それは、様々な注入トランスジューサを用いる：
EN 61000-4-6 で述べられているものや、類似の伝導性の方法は、 80MHz 以上での放射性イミュニティ試験の代替として使用できる。 一部の供給者は 500MHz まで動作する CDN を提供しており、 BCI クランプの一部は 400MHz まで動作するであろう。 そのような高い周波数まで伝導性テクニックを使うことも可能であるものの、 EUT のいずれかの寸法が その波長と同等 (あるいはそれよりも大きく) となる周波数では、 伝導性と放射性の試験方法のあいだのどのような相関も極めて急速に悪化する。
このシリーズの第５部は、EN 61000-4-6 に対する試験の、 そして伝導性 RF イミュニティの代替試験法の詳細な説明を含むであろうから、 それはここでは詳しく述べない。
RF 電流が注入されたケーブルはアンテナとして振る舞って 環境へ RF フィールドを放射するかも知れず、おそらくは干渉被害を引き起こす。 従って、BCI 試験は扉を閉めたシールド・ルームの中で行なうことが推奨される。
EN 55020 の Annex E での構造の詳細に従って
自前の低コストなストリップラインを作ることは容易である。
Figure 4J は、
その金属板が狭くなるように普通の 50Ω よりも高いインピーダンスを用いた
市販のストリップライン製品の例である。
このストリップラインは３つの直交方向での試験のために
EUT の周囲で比較的容易に回転させられることから、
設計／開発ラボにおけるベンチ・テスト用デバイスとしてさらに便利なものとなる。
EUT やケーブルを動かす必要はなく、試験の再現性を向上させ、時間も節約する。
どのようなストリップラインにも、 ストリップラインの板のあいだの実際の空間よりも小さい、 EUT やケーブルのために用意された空間がある。 通常、EUT の最大の高さはストリップラインの板の間隔の 1/3 に過ぎない。 その形状 (その特性インピーダンスを保つのは、板の間隔とその幅の比率である) が保たれている限りはストリップラインの寸法に制限はなく、 低い周波数においては、 そのフィールド強度は単に板のあいだの電圧をその間隔で割ったものとなる。
しかし、板の間隔が半波長を超える周波数においては、 発生する共振はプレート間のフィールド強度を極めて大きくするであろう。 小さい寸法のストリップラインは高い周波数でより良く機能するが、 小さい製品のみを試験できる。 [15] は、標準的な自動車用 150mm ストリップラインが いかにして 1GHz までで 100V/m を発生するように変更されたかを述べている。
勿論、大きなストリップラインを共振を超えた周波数で使用できるが、 板のあいだのフィールドにはいくつもの山と谷があるだろうし、 それらの位置は周波数に依存するであろう。
ストリップラインは、電界と磁界の双方を発生するように、 大抵はその特性インピーダンス (多くは 50Ω) で終端される。 しかし、それが短絡回路で終端されたならば、磁界のみを発生する (その伝送線路は酷く不整合となるため、低い周波数までだけだが)。 磁界と電界の近傍界プローブのそれぞれを持つことが有用であり得るように、 これは厳密には何が試験の不合格の原因であるのかの追跡を助けることで 有用な特徴となり得る。
特に高いフィールド強度や そのストリップラインの共振周波数よりも上での試験に際して、 その側面からのフィールドの「漏洩」が干渉被害を引き起こし得るので、 ストリップラインはシールド・ルーム内で動作させられるべきである。 ストリップラインを実際にシールドで覆うことで 多くの種類のイミュニティ「試験用セル」を構成でき、 そのいくつかは次の章で述べる。
ストリップラインの (そして、一般に TEM セルの) 特性は、
EUT に関係するケーブルのレイアウトが
試験結果に大きな違いを生じ得るものである。
これは、製品に対して行なわれた変更の影響が、
EUT やそのケーブルが修正前の試験と
正確に同じ位置に戻されなかった場合に引き起こされる変化によって完全に圧倒され得る
対策作業に際しては、非常に重要である。
GTEM という名前は Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode から来ており、
これは、それが 1GHz やそれ以上まで使用できる、
ストリップラインが進化したものであることを意味する。
それは平行の板の代わりに長いテーパー状の形状を用いており、
テーパーの開いた側には吸収壁があり、
Figure 4K で見られるような特徴的な形状のシールド・ボックス内に
全てが納められている。
GTEM は、EUT やケーブルのために使用可能な領域がかなり小さいものであっても
かなり大きなデバイスであり、
全ての TEM セルと同様に
EUT ケーブルのレイアウトは試験結果に大きな違いを生じ得る。
その概念は、平面波がテーパーの閉じた端から発射されてセルを進行し、 遠端ので反射や歪みを生じることなく吸収されるというものである。 実際には多くの極めて複雑なモードが存在するが、 それでも GTEM は 全面的な EN 61000-4-3 無響室法の代わりに放射性イミュニティ試験を行なうための 良い血筋を持っている。 GTEM に関する興味深い資料は、その考案者、Dr Diethard Hansen のウェブサイト、 http://www.euro-emc-service.de で見付けられる。
GTEM は、イミュニティと同様に放射性エミッション試験のためにも用いられる。
それはまだ発展中であり、最近は
試験時間の節約のために EUT の周りを回転させられるものも提供されている。
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Figure 4L は、
６種類の試験用セルや小型試験用チャンバーの基本的な内部構造を示す。
今は多くの異なった種類の試験用セルがある
(「EMC Testing comes of age」, Electronics Weekly, Sep 23 1998, page 26
から取られた)。
左上から時計方向に：
ストリップライン； Crawford TEM セル； G-Strip/EM セル；
X セル； AR セル； GTEM。
Laplace Instruments の LaplaCell は示されていない。
一般／製品群イミュニティ規格が
それを EN 61000-4-3 のような基本試験法として参照するまでには
その発行からさらに数年を要するであろうが、
全面的な適合性試験のための様々な種類の TEM セル (GTEM を含む) の使用は、
提案中の新しい規格 EN 61000-4-20 が発行された時に大きく助けられるであろう。
この方法は、RF 吸収材を持つ、あるいは持たないシールド・ルームを使い、 EUT の場所でのフィールド強度の制御のために閉ループを用いていた。 フィールド・センサーが EUT の近くに置かれ、 そのセンサーで測定されたフィールド強度に従って、 正しいフィールド強度を与えるように、 送信アンテナへに印加される電力が スイープを行ないながら実時間で調整された。
この方法は直感的には正しく思えるが、実際にはいくつかの欠点を持つ：
明らかに、この方法では試験の過剰と不足の双方の可能性がある。
熟達した試験者は彼らのシールド・ルーム内のフィールドの変動に極めて慣れており、 EUT が不合格となった時にはそのフィールド強度を調査するであろう。 もし潜在的に敏感な位置に 極度に高いフィールドが存在していたことを見付けたならば、 彼らは往々にしてフィールド・センサーを異なった位置に動かして その不合格がまだ再発するかどうかを見るために試験を繰り返すであろう。
今度はその EUT とチャンバーによる共振構造の別の位置で制御されるレベル設定では その極度に大きいフィールドは生じないかも知れず、 あるいはそれが発生したとしてもおそらくはある程度離れており、 同一の影響は持たないであろう。 充分に慎重に適用すれば、この方法でも過大な過剰試験を避けられるものの、 不足試験の防止はほとんど、あるいは全く為されない。
モード撹拌は、無響チャンバー法に対して多くの顕著な利点を持つ： チャンバーは吸収材を全く持たない低コストのシールド型のものである； 極めて高いフィールドのために必要な RF 電力も遥かに小さく、 必要な RF 電力増幅器は遥かに安価なものとなる； そして、全ての偏波と全ての製品の面 (上面と下面を含む) が一度に試験されるので、 試験に要する時間は全面的な EN 61000-4-3 試験よりも遥かに少ない (最大 8倍早い)。
モード撹拌チャンバー内に放射される RF は、 「パドル・ホイール」が少なくとも完全に一回転するあいだのかなり長い時間、 それぞれの周波数ステップに留まらねばならず、 そのパドルの回転速度は 試験される機能の回路の応答時間に従って設定されねばならない (同様の滞留時間要求は「正式」な EN 61000-4-3 試験でも存在する)。
モード撹拌試験法に関連したかなりの作業が行なわれており、 様々なテクニックが利用できる。 [16] で、Radiocommunications Agency の James Page は、 撹拌器 (「パドル・ホイール」) から離れて、 単に EUT を普通のシールド・ルーム内の 5つの異なった位置に置くことを述べた (送信アンテナを EUT に向けずに)。
「古典的」な反響／モード撹拌チャンバーの制限の１つは、 低い周波数で効果的であるためには非常に大きい必要があることである。 典型的なシールド・ルームは 200MHz 程度から上でしか使用できず、 周波数が低下すると寸法 (従って費用) の要求は急速に増大する ―― 例えば、[1] の Figure 13 で示した DERA の非常に大きなモード撹拌ルームは、 80MHz よりも上で役に立つと見倣されているだけである。
しかし、[17] で、Leferink と van Etten は、 モードを撹拌するためにチャンバーの形状が変化させられる 振動式反響チャンバーを述べている。 彼らは [1] の Figure 11 で示したものに似た 導電性の布の壁を持つ「シールド・テント」を使い、 部屋の寸法と低い周波数の関係が壊されることを見い出した。 かなり小さい「振動式」シールド・テントでさえも、 80MHz でも効果的なモード撹拌チャンバーとして使用できる。 これは、 シールド・テントは同一の寸法の金属製のシールド・ルームよりも低コストであり、 しかも移動可能であってそれが必要な場所に容易に移動でき、 また使わない時には仕舞い込んでおけることからも、特に興味深い。
モード撹拌試験が EN 61000-4-3 試験よりも遥かに綿密であり、 イミュニティ問題をより明らかにしやすいという証拠がある。 将来、試験周波数が 1GHz を超えると、モード撹拌チャンバーが 試験時間を穏当なものに保つための 唯一の望ましい方法であることがわかるかも知れない。
モード撹拌チャンバーは既に (DO-160 規格の元で) 民間航空機のための公式な放射性イミュニティ試験法となっており、 作業部会は IEC 61000-4-3 の可能な代替として 新しい IEC 規格 (IEC 61000-4-21) の準備をしている。
一般／製品群イミュニティ規格が それを EN 61000-4-3 のような基本試験法として参照するまでには その発行からさらに数年を要するであろうが、 全面的な適合性試験のためのモード撹拌、あるいは反響チャンバーの使用は、 規格 EN 61000-4-21 が発行された時に大きく助けられるであろう。
品質保証プログラムの一部として、 あるいは変種、更新、もしくは僅かな変更の確認のために 代替試験法が用いられる時には、 試験機器と試験方法のある種の「校正」として 「ゴールデン・プロダクト」が推奨される。 ゴールデン・プロダクト・テクニックは、 低コストな EMC 試験機器や手早い試験方法を、 より大きな信頼とともに使用することを可能とする。 「ゴールデン・プロダクト」相関法をどのように使うかについては、 [1] の 1.9章を参照されたい。
代替法が EMC 指令への適合性の宣言の充分な証拠を得るために用いられる場合には、 「ゴールデン・プロダクト」法が極めて強く推奨される。 EN 61000-4-3 試験をその代替試験法と相関させる ゴールデン・プロダクトや何らかの類似の基礎がなければ、 その代替試験法は大幅な過剰試験が行なわれた場合にのみ 何らかの信頼を与えることができ、 これは極めて高価な製品という結果をもたらし得る。 [1] の 1.9章を参照のこと。
試験方法が実際の EN 61000-4-3 試験法と近ければ近いほど、 良い相関が達成される可能性が高くなる。 従って、GTEM 試験は製品の種類 (例えば、ラップトップ・コンピュータ、携帯電話など) に対して相関を持ち得ることが多いであろうが、 (例えば) 近傍界プローブによる試験は おそらくは特定の製品の特定の組み立て状態でのみ相関を持ち得るであろう。
EN 61000-4-3 に対する試験に際して GTEM を無響チャンバーの公式な代替としようとする強い運動があり、 それらの２つのあいだの相関はしばしば試験されてきた。 いくつかの個々の GTEM サイトが特定の種類の製品に対して 無響チャンバーと相関のある結果を与えることを示すことは可能であるものの、 一般的な相関はまだ達成できていない。 適合性に関連した試験で GTEM を使う場合には、 依然として「ゴールデン・プロダクト」試験法が推奨される。
ストリップライン、IEC 801-3、電流注入法 (BCI や EM クランプ)、 そして市販の様々な試験用セルや小型チャンバーは、 おそらくは近傍界プローブと GTEM のあいだに入るであろう。 それらは、その試験法と EN 61000-4-3 との違いに注意している 熟達した試験者によって試験が行なわれたならば、 特定の製品 (あるいは製品の種類に対してさえも) については かなり相関付けられるかも知れない。
おそらくは、干渉を生じないように適切な予防策が講じられているならば、 送信免許なしに 「ISM」周波数帯 (13.6、27、40.68、434、及び 915MHz、そして 2.45GHz) で放射性イミュニティ試験を行なうことは許容されるであろうが、 いずれにしても当該の国のスペクトラム管理当局に確認すべきである。 残念ながら、それらはいくつかの狭い周波数帯に過ぎず、 上の 4.4.4章で述べた典型的な問題の影響を受ける。
[3] の 10.2.5章は、Competent Body が 放射性イミュニティのオン・サイト試験のために開発した方法を述べている：
通常、EMC 指令で要求されている EMC 保護要求が満足されているという確信を与えるために これらの３つの手法の組み合わせが用いられる。
EMC ラボの外で用いられる放射法や代替試験法によって引き起こされる 「漏洩」と起こり得る干渉被害を低減するために、 オン・サイトで試験される装置を覆うように シールド・テント (導電性の布で作られた) をかぶせることも可能かも知れない。
干渉、特に航空機やその他の交通システム、 ある種の機械やプロセス制御システム、 そしてペースメーカーのような埋め込み型電子デバイスへのものは 致命的な結果を持ち得ること、 そして誰の安全も損なわないことを保証するために 適当な予防策を講じなければならないことを忘れないこと。 オン・サイト試験からの干渉によって 著しい経済的損失が引き起こされる可能性がある場合にも、 予防策を講じるのは良い考えである。
放射性イミュニティ試験は、放射性エミッション試験と同様、 試験セットアップの物理的条件に伴う結果の著しい変動を被る。 EUT とその相互接続ケーブルのレイアウトは EUT に誘起される RF 電流や電圧に大きく影響する。 EUT が電気的に小さい周波数においてはケーブル結合が支配的であり、 ケーブルのレイアウトと終端はその試験手続きで規定されねばならない。
Figure 4M はシールド・ルーム内での
典型的な放射性イミュニティ試験セットアップの構成要素を示す。
基本的な要求は、RF 信号源、広帯域電力増幅器、及びトランスジューサである。
最後のものは、典型的にはアンテナのセットであるが、
伝送線路セルやストリップラインかも知れない。
この規格はこれらの代替法を許しているが、
その使用がシールド・ルーム法と等価にできる場合に限られており、
これは決して簡単なことではない。
これらは EUT の位置にフィールドを発生することを可能とするかも知れないが、
フィールド強度の正確な制御のためには
トランスジューサに供給されるレベルの制御と校正のための
何らかの手段がなければならない。
テスト・ハウスは、周波数のスイープとレベル調整の機能を自動化するために、
通常はこれらのコンポーネントをコンピュータ制御で統合するであろう。
EN 61000-4-3 は RF 搬送波を 1kHz の正弦波で 80% の深さで変調することを求めており、 これは信号発生器内で行なえる。 特定の製品規格は他の種類の変調を規定している； 例えば、警報装置イミュニティ規格 EN 50130-4 は 全ての信号源が提供しているとは限らない 1Hz の ON/OFF 変調を要求している。
典型的には、試験システムのソフトウェアの管理下で、 一連の離れた周波数ステップとして要求された周波数範囲をカバーするために 合成式信号発生器が使われる。 要求される周波数精度は、 EUT が干渉に対して何らかの狭帯域応答を示すかどうかに依存する。 特定の周波数の近傍での反応を調査したい時のために、 手動での周波数設定の能力が必要である。 信号発生器内でレンジ切り替えや周波数の変更に伴う 過渡的なレベル変動が生じないように注意すること ―― それは増幅されて過渡的なフィールドとして EUT に印加され、 誤った感受性を生じさせるかも知れない。
広帯域アンテナのゲインは周波数によって変化し、
従って所定のフィールド強度のために必要な電力も周波数によって変化するであろう。
Figure 4N は、3m の距離における 10V/m の無変調フィールド強度のための、
周波数と所要電力との典型的な関係を示す。
高い周波数においては、アンテナの対数周期部の高いゲインのため、
所要電力は少なくなる。
80MHz 以下のバイコニカル部による所要電力の大きな増加も見ることができる；
広帯域アンテナのその後の発展はこの状況を改善したものの、
放射性イミュニティ試験の最低の周波数として 80MHz が選択されたのは、
部分的にはこのためである。
電力出力 対 帯域 は、
あなたが選ぶであろう電力増幅器の最も重要なパラメータであり、
それはそのユニットのコストに大きく影響する。
今は、80〜1000MHz の範囲をカバーすると規定され、
特定のアンテナと必要なフィールド強度のために最適化できる電力増幅器が入手できる。
アンテナが完璧に整合している ――実際には生じない状況―― のでない限り、
アンテナへ分配される電力 (net power) は
増幅器が供給する電力と同一ではないことに注意されたい。
高い VSWR (70MHz 以下における、バイコニカルや標準的なバイログなど) では
増幅器から供給された電力のほとんどは反射して戻され、
これは非効率的であり、またその増幅器を損傷させ得る。
変調、システム損失、そして大きな距離や高いレベルでの試験の能力のために、
増幅器出力のある程度の過大定格が必要である。
Figure 4P で示すように、EN 61000-4-3 で要求されているような 80% の変調は、
必要な瞬時電力を無変調要求に対して
5.1dB (3.24倍、あるいは 1.82 倍) 増加させる。
もしそのシステムがアンテナ・セットではなく TEM セルやストリップラインのような他のトランスジューサを使うのであれば、 所定のフィールド強度のための電力出力要求は著しく小さくなるであろう。 従って、使用されるトランスジューサの種類と増幅器の必要な電力には、 コスト上の直接的なトレードオフがある。
電力増幅器を規定する際に考慮すべきその他の要因 (コストは別として) は：
RF フィールドは広帯域フィールド・センサー ――通常はそのアセンブリが どの偏波のフィールドに対しても感受性を持つように３つの直交面でコピーされた 小型ダイポールと検波器の形の―― によって決定できる。 最も単純な端では、そのユニットはバッテリー電源で動作し、 オペレータがフィールド強度を継続的に監視して 出力レベルを手動で補正しなければならないようなローカルなメーターを持つ。 より洗練されたセットアップは、 フィールドが外部ケーブルによって乱されないように、 センサーからの光ファイバー・データ・リンクを用いる。 部分的にはその単純さのため、フィールド・センサーはそれほど直線的ではなく、 最も良く使われるのと同一のフィールド強度で校正されていることが望ましい。 また、それらが変調信号に対しては誤った読みを与えるであろうことに 気付くことも重要である； 正確なレベル設定は、無変調フィールドでのみ試みなければならない。
EN 61000-4-3 は、電力制御への置換法の使用を規定している。 これは、所定のフィールド強度を発生させるために必要な電力を それぞれの周波数で測定することでの、その空のチャンバーやセルの事前校正を伴う。 その後、EUT が持ち込まれ、それぞれの周波数で同一の電力が印加される。 この手法の根拠は EUT がフィールドに引き起こすどのような歪みも 見掛け上のものであると見倣すことであり、 EUT における実際のフィールドを監視することによる補正は試みられない； その代わりに、EUT がない状態で存在するであろうフィールドが 制御パラメータとして用いられる。
この手法は、 フィールド均一性がしっかりと規定されている場合にのみ実際に実行可能であり、 これはチャンバーの無響ライニングに対する要求を大きく強調するが、 良い無響チャンバーがあれば望ましい手法である。 事前校正で最も良く制御されるパラメータは、 アンテナに供給される実電力 (net power) ではなく 増幅器の出力電力 (forward power) である； これは、EUT の持ち込みによって アンテナ特性が著しく変化しない限りは受け入れられ、 これはできる限り隔離距離を大きくすることを必要とする。
広帯域アンテナの高い VSWR
――特に低い周波数におけるバイコニカルの――
は、給電電力のかなりの部分が放射されずに反射されることを意味し、
これはそれらの周波数における低い効率を説明する。
Figure 4R は、３種類のバイログに対する、
典型的な VSWR 対 周波数のグラフを示す。
イミュニティ試験のためのアンテナ開発に相当の努力が行なわれており、
拡張 (X-Wing) モデルのカーブはそれが達成した向上を示している。
放射性エミッション試験と同様、アンテナの面偏波は、
水平の偏波で１回、垂直の偏波で１回の、２回の試験を必要とする。
さらに、シールド・ルームは
試験機器や支援機器を RF フィールドから隔離する。
その部屋から出る相互接続ケーブルは、
適切にシールドされ、フィルタされるべきである。
交換可能な RF コネクタや
フィルタ付き電源／信号コネクタを取り付けることのできる、
取り外し可能な隔壁パネルが用意されることも多い。
これは、それぞれに適切なフィルタを設けなければならない
多数の様々な種類の信号や電源のケーブルを顧客が持つかも知れない
テスト・ハウスにとっては特に重要である。
それが良い接地基準面と電磁的に静かなゾーンを達成することから、
RF イミュニティ試験と同様、シールド・ルームは他の EMC 試験のためにも有用である。
Figure 4S は、典型的なシールド・チャンバー施設の特徴を示す。
これらの共振を抑えるために、その部屋は壁面反射を低減する吸収材、 典型的にはピラミッド型のカーボン混合発泡材で覆われる。 適合するイミュニティ試験のために必要であるように 全ての壁と床が覆われたならばその部屋は「全無響」と呼ばれ、 床が反射性のまま残されたならば「半無響」と呼ばれる。 そのような材料は高価である ―― 完全に覆われた部屋は、 覆われていないものの２倍以上のコストを要するであろう。
ピラミッド型吸収材の代替は、 壁面をフェライト・タイルかフェライト・グリッドの吸収材で覆うことである。 これらの材料は今は広く入手可能となっており、 部屋の共振の抑制における極めて良い結果を主張できるが、フェライトも高価であり、 また重いことから固定と機械的支持にそれ自身の問題をもたらす。 現代的な試験施設で使用されることが増えている妥協は、 低い周波数の応答のためのフェライトを 高い周波数の応答を 1GHz 以上まで広げるための 小さいピラミッド型吸収材と組み合わせたものである。
高い周波数においては、チャンバー共振に伴う定在波が、
ごく小さい空間内 ――EUT が占めるものよりも確実に小さい――
でのフィールド強度の著しい変動をもたらし得る。
無響ライニングの効果の実際的な測定として、
そして実際の試験で用いられるフィールド強度を校正するために、
EN 61000-4-3 はフィールド均一性の測定を
平面上の 16点のグリッド上で行なうことを規定している。
この測定は EUT がない状態で行なわれ、
そのグリッドは EUT の前面の位置に対応する。
それが試験報告書に明記されている限りは +6dB 以上の差が許されるものの、
受け入れ可能であるためには、
測定箇所の 75% (すなわち 12点) は -0dB / +6dB の許容範囲内になければならない。
この許容範囲は印加されるフィールド強度が言明されたレベルよりも
決して低くならないようにするためにこのような非対称な方法で定められているが、
それは２倍までの過剰試験があり得ることを暗示している。
Figure 4T はフィールド均一性基準のための推奨される寸法を与えている。
小さい EUT のためには、小さい均一エリア
――例えば 1m 四方の 3×3点―― が許容される。
敏感なポイントが見付かったならば、 その周波数で誤動作を生じる最低のレベルを見付けるために、 向き、ケーブルのレイアウト、接地方式、そしてアンテナの偏波を変えられる。 同様に、最も敏感なモードを見付けるために動作モードを変えられる。 もしそれがその機器の通常の連続動作の一部でないならば、 最も敏感なモードで継続的に実行するように 特別な試験用ソフトウェアを書くのは合理的なことである。
Figure 4M に示されるように、 試験フィールドに曝されるデフォルトのケーブル長は 1m であり、 それを超えるケーブルはクリップ式フェライトでフィルタされ、 無響チャンバーの金属の床 (あるいは壁) の近くに這わされる。 しかし、もし配線プラクティスが規定されているならば、 その代わりに規定されたケーブル・セットアップを使うべきである。 例えば、プロセス制御 I/O ケーブルの長さは一般に規定されておらず、 従って 1m のみが曝露される。 しかし、(例えば) プリンタを試験する場合には、もしその製造業者が コンピュータからの 2m の長さのプリンタ・ケーブルを指定しており、 コンピュータも試験環境内にあるならば、 プリンタとコンピュータの双方は指定された 2m のプリンタ・ケーブルを付けて チャンバー内の木のテーブルの上にセットアップされる。 もしコンピュータが無響チャンバーの外側にあり、 プリンタ・ケーブルをチャンバーの壁の隔壁コネクタまで延ばさなければならないならば、 デフォルトの 1m の曝露長が適用される。
もし EUT が床置きのもの (ラックやキャビネットのような) であれば それは床の上にそれから絶縁して置かれるであろうが、 さもなくばそれは木のテーブルの上に置かれるべきである。 アンテナは通常はそれから少なくとも 1m、 適切なフィールド強度の発生と矛盾しないならば、 可能であればより大きな距離離して置かれる； 推奨される距離は 3m である。 近すぎる距離は発生させられるフィールドの均一性に影響し、 またアンテナと EUT の相互結合によって置換法が用いられる基礎を無効とする。
EUT の動作を代表するために選択されたパラメータは、 できればそれを自動データ取り込み／分析システムと連係させて、 スイープのあいだ継続的に監視されねばならならない ―― 依然として、試験技術者の目が最も普通の監視装置の１つのままである。
大抵の種類の電子機器のためには、合計で８回のスイープが必要である ―― EUT の４面のそれぞれをアンテナに向けて、 アンテナのそれぞれの偏波で１回づつ。 例えば可搬型ハンドセットの場合のように その機器がどのような面でも使用できるのであれば、 上面と下面をアンテナに向ける他の２つの向きも試験すべきであり、 全部で 12回のスイープとなる。
段階的な印加での滞留時間は、 少なくとも EUT が応答するのに充分なものであるべきである； 遅い応答は、直接的に長い試験時間をもたらす。 例として、1% のステップと 3秒の滞留時間で 80〜1000MHz の範囲をカバーするためには、 (実際にはその制御ソフトウェアがオーバーヘッドを加え、 30分程度を要するかも知れないものの) 理論的には 12.7分を要する。
印加された RF の復調がかなり広帯域のものとなる傾向があることから、 多くのシステムはスイープ速度に対しては僅かな感受性しかないかも知れない； 通常、その応答は、低い Q を、従って数 MHz の幅を持つ、 構造や結合の共振によって引き起こされる。 一方で、EUT 内の周波数に敏感な機能の一部は、 共振が特定の周波数でのみ気付かれるような、 極めて狭い検出帯域幅を持つかも知れない。 それらの周波数を通過するスイープ速度が速すぎる (あるいは、ステップの間隔が大きすぎる) と、共振が見落とされるかも知れない。 そのような狭帯域感受性は、広帯域の応答よりも 25〜30dB 悪いかも知れない。 従って、EUT の内部機能のある程度の知識が必須であり、 あるいは相当複雑な試験手続きが必要となる。
これは、 EMC+Compliance Journal 上で発表された文書を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2004-11-21