移動通訊基站產品的電磁相容驗證

2022-12-19 04:06:05 字數 3588 閱讀 6977

歐盟、北美、日本等是當今重要的移動通訊基站裝置產品的主要市場,隨著這些地區和國家的電磁相容技術標準、技術法規越來越嚴格,各個企業在符合各個區域市場准入要求方面面臨越來越大的困難和壓力。傳統的電磁相容(emc)設計經驗和要求,限制了設計的創新,各個基站裝置製造廠商在研發過程中從原型機到最終定型機往往需要大量的除錯、驗證和整改,這導致各個產品之間的一致性比較差。本文首先簡要介紹移動通訊基站產品的電磁相容驗證,包括驗證需求,驗證方法以及設計整改,然後介紹當今部分重要的基站產品製造廠商通過合理的電磁相容設計、驗證、整改等方面的投資,在電磁相容各項評價效能需求上達到的新高度。

移動通訊基站產品的電磁干擾驗證

移動通訊基站產品的電磁干擾驗證包括傳導干擾(conductedemission)驗證和輻射干擾(radiated emission)驗證。移動通訊基站產品的傳導干擾是基站裝置產生的干擾訊號通過電源線或訊號線對外傳導產生的干擾,輻射干擾是基站裝置產生的幹

擾訊號通過空間耦合的形式對外輻射產生的干擾。

電源線包括交流電源線和直流電源線。交流電源線一般外接單相或三相市電,直流電源線一般外接交流/直流轉換單元或者外置備用電池。按照介面和功耗的要求設計電源線線端接頭和口徑大小,外面直接加絕緣層。

訊號線包括電信傳輸線、控制訊號線和射頻訊號線。電信傳輸線一般為e1線,它承載基站系統和電信網之間的資料傳輸。e1線連線移動通訊基站和上級網路單元:

在gsm系統中連線bts和bsc,在3g系統中連線node b和rnc。控制訊號線承載基站內部單元模組的控制訊號,基站之間同步訊號和外部時鐘訊號等,如基站風扇單元的ec(enclosurecontrol)線、esb(externalsynchronizationbus)線和gps線等。電信傳輸線、控制訊號線和射頻訊號線有不同的線序和介面,但都要求外加金屬遮蔽層和絕緣層。

移動通訊基站產品電磁干擾驗證需求依據歐洲的etsi301489-1和北美的fccpart15&22&24,驗證方法依據cispr22/en55022。電源線的傳導干擾驗證一般在遮蔽室中進行,方法是在移動通訊基站和外部供電裝置之間接入人工電源網路,輔助裝置需要接耦合退耦網路,網路利用容性電路將移動通訊基站產生的高頻雜訊電壓訊號耦合到接收機,同時利用感性電路將外部供電裝置產生的高頻雜訊訊號阻隔在接收機以外。訊號線的傳導干擾驗證方法是,在訊號線遮蔽層上對地端接150歐姆電阻,在移動通訊基站一側加電流鉗測量高頻電流噪

聲,在輔助裝置一側加退耦鉗消除外部高頻雜訊的影響。輻射干擾驗證一般在半電波暗室中進行,方法是一定距離處放置錐形接收天線(低頻)/喇叭接收天線(高頻),通過旋轉轉台和接收天線高度,測量移動通訊基站在整個頻段,全向角度,各個高度和不同極化方向所產生的空間輻射雜訊場強。如圖1。

對於移動通訊基站產品的電磁干擾,一般採用遮蔽隔離、介面濾波、內部電路結構調整等整改方式。這使得我們的產品一般在傳導干擾方面,比較國際標準最嚴酷等級class b仍然有6db以上的餘量;在輻射干擾方面,比國際標準最嚴酷等級class b仍然有10db以上的餘量。

移動通訊基站產品的電磁抗擾驗證

移動通訊基站產品的電磁抗擾驗證包括電快速瞬變脈衝群(electricalfasttransient)、浪湧(surge)、傳導抗擾度(rfcommon)、輻射抗擾度(radiated immunity)等。

電快速瞬變脈衝群是電網中切斷感性負載,繼電器觸電彈跳等動作產生的高頻脈衝序列,通過傳導的方式經電源線進入裝置,也可以空間耦合到訊號線進入裝置。實踐證明,當電路中機械開關對電感性負載的切換經常會對電路中的移動通訊基站裝置產生干擾,這種干擾的特點是脈衝成群出現,脈衝重複頻率較高,脈衝波形的上公升時間短暫,但單個脈衝的能量較小,一般不會造成裝置故障,但使裝置產生誤動

作的情況經常出現。

移動通訊基站產品電快速瞬變脈衝群干擾驗證需求依據歐洲etsi301489-1(北美fcc不做要求),驗證方法依據iec61000-4-4。國際標準對電磁干擾驗證的需求為ac電源線1kv,dc電源線和訊號線0.5kv。

訊號發生器模擬產生一脈衝群序列,脈衝波形5/50ns,脈衝持續時間為15ms,脈衝持續週期為300ms;通過耦合退耦網路注入到電源線,耦合端常為33nf的電容,退耦端常為大於100uh的電感,一般要求耦合增益大於20db,退耦增益小於2db;或者通過50~200pf的容性耦合鉗空間耦合至訊號線。

對於電快速脈衝群干擾,一般採用介面濾波、鐵氧體磁環、tvs疊層壓敏電阻等整改方式。脈衝群干擾對線路中半導體器件結電容充電導致線路誤動作:上述器件可以對共模訊號表現出較大電感量,可以抑制干擾。

如圖2。合理設計和使用整改器件的大小和特性使得我們的產品ac電源線驗證級別可以達到4kv,2.5khz,dc電源線和訊號線驗證級別可以達到2kv,5khz。

要求基站產品在實驗中仍能保持正常通訊和射頻指標正常。

浪湧是開關或雷電等動作產生的過電壓,通過傳導的方式經電源線和訊號線進入裝置。目前大部分裝置製造商對裝置埠的防雷保護以及防雷器件的認識水平不高,即使有防雷設計,但由於忽視裝置實際工程中的良好接地與合理佈線,導致裝置使用**現損壞。移動通訊基站產品浪湧驗證需求依據etsi301489-1(北美fcc

不做要求),驗證方法依據iec61000-4-5。國際標準對電磁干擾驗證的需求為ac電源線2kv,訊號線為0.5kv。

訊號發生器模擬產生浪湧波形,脈衝波形1.2/50(8/20)us,一般載入正負波形各5次,每次間隔1分鐘;通過耦合退耦網路注入到電源線,耦合端常為18uf的電容,退耦端常為大於1.5mh的電感;或者通過10nf的接地電容注入至訊號線的遮蔽層。

如圖3。

對於浪湧干擾,一般採用熱敏電阻、壓敏電阻、氣放管、半導體放電管等整改方式。如圖4。綜合考慮上述整改器件的介面速率、工作電壓、驅動電流、電路形式等可以使得我們的產品ac電源線驗證級別達到6kv,dc電源線驗證級別可以達到1kv,訊號線驗證級別可以達到4kv的10/700us波形,射頻線驗證級別可以達到5ka的10/350us波形。

傳導和輻射抗擾度驗證是綜合考察一切電磁干擾可能對裝置的影響。

移動通訊基站產品傳導和輻射抗擾度驗證需求依據

etsi301489-1(北美fcc不做要求),驗證方法依據iec61000-4-6和iec61000-4-3。國際標準對電磁干擾驗證的需求為150k-80m 3v的傳導電磁波和80m-3g 3v/m的輻射電磁波。

對於傳導和輻射干擾,可能用到上述提到的各種整改方法。這使得我們的產品驗證級別達到10v和10v/m的輻射電磁波。

綜上所述,合理地對移動通訊基站產品的電磁相容設計和驗證進

行投入,不僅可以使產品的電磁相容效能指標滿足國際國內標準,甚至可以做到效能相當優越。總結

國內目前的電磁相容研發力量和資金投入嚴重不足,缺少專業emc人員參與設計和除錯,缺乏相應的軟體進行emc的分析和設計,只是通過大量的經驗積累總結出一定的規範性規則(例如:遮蔽、接地、濾波和pcb佈線等)。除去少量移動通訊基站裝置製造廠商在pcb、電源、機櫃設計階段就應用了emc分析和技術手段,絕大多數企業的裝置emc設計水平還停留在事後補救的階段,也就是說在產品設計過程中並未考慮emc方面的要求,設計完成後如果emc測試未能通過則再進行加固設計。

只有部分大型製造廠商有專業的emc人才,使用**軟體進行原理驗證。在產品設計階段進行emc設計,實際上可以降低emc整改的成本和節約鉅額的測試費用。一些重要的基站裝置製造廠商甚至已經有能力建造自己的emc測試平台。

所以說,規劃科學而且可以持續發展的電磁相容設計和驗證流程,是成熟的移動通訊基站製造廠商的必經之路;不拘泥於只滿足基站產品的功能和射頻指標,通過合理的設計整改和驗證使得電磁相容效能引數指標優於國際國內標準,也是整個行業技術上公升到新高度的體現。

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