154

URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
RS103 Testinde Farklı Seviyelendirme Metotları
Osman Şen, Soydan Çakır, Mehmet Çınar, Mustafa Çetintaş
TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü
Gebze, Kocaeli
[email protected]
Özet: Bu çalışmada, MIL STD-461F RS103 testlerinde kullanılan, Sürekli Dalga İşareti (SDİ) altında
seviyelendirme ile modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme olarak adlandırılan iki farklı test yöntemi
incelenmiş ve her iki yönteminde test sonuçlarına farklı etkileri olabileceği gösterilmiştir. Bu amaçla, örnek bir
TAC (Test Altındaki Cihaz) üzerinde hem SDİ altında seviyelendirme ile hemde modülasyonlu sinyal altında
seviyelendirme ile testler yapılmış, TAC’ın modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metoduna göre istenilen
kriterleri sağlarken SDİ altında seviyelendirme metoduna göre istenilen performans kriterlerini sağlayamadığı
gösterilmiştir. Nihai olarak, askeri ışınımla bağışıklık testlerindeki bu durumu aşmak için bazı öneriler
sunulmuştur.
Abstract: In this research, we investigated the effects of two different levelling methods “Levelling Under CW
(Continuous Wave) Signal” and “Levelling Under Modulated Signal” used in MIL-STD461F RS103 tests and
emphasized possible differences in test results which may be caused by these different levelling methods. We also
used an EUT (Equipment Under Test) simulation in order to demonstrate that an EUT may fail during levelling
under CW but passes the test during the dwell time period under modulation which is the real desired period by
the standard to check the EUT for failure. Finally we make some recommendations about applications of
military susceptibility testing methods.
1. Giriş
Askeri, sivil ve otomotiv alanında kullanılan, içerisinde elektrik ve elektronik komponent barındıran ürünler son
kullanıcıya sunulmadan önce elektromanyetik uyumluluk testlerinden başarı ile geçmiş olması gerekmektedir.
Bu testlerden en önemlilerinden biride ışınımla bağışıklık testidir. Her ürün grubu için genel olarak TAC üzerine
anten vasıtası ile herhangi bir bozucu alan uygulandığında, TAC’ ın üretici tarafından beyan edilen şartlar altında
çalışmasını sürdürmesi gerekmektedir. Askeri cihazların ışınımla bağışıklık testleri; 2 MHz – 40 GHz frekans
aralığında, MIL STD 461F [1] standardına göre yapılmaktadır. Bu askeri ışınımla bağışıklık testlerinde, hedef
elektrik alana, Pulse Modülasyonu (PM) uygulanarak yani modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metodu
ile elektrik alan probundan anlık geri besleme yapılarak ulaşılması istenmektedir. Ayrıca testlerde kullanılan
elektrik alan probları ve güç ölçerlerin, testlerden önce PM faktör kalibrasyonlarının yapılarak test yazılımına
girilmesi gerekmektedir. Ancak hali hazırda kullanılan birçok ticari test yazılımında hedef seviyeye ulaşmak için
sivil testlerde olduğu gibi ilk önce SDİ uygulanmakta, daha sonra modülasyonlu sinyal uygulanarak testler
yapılmaktadır. Ayrıca testlerde kullanılan bazı elektrik alan probları PM sinyalini okuyamamakta ya da durağan
değerler gösterememektedirler. Askeri testlerin aksine, ticari ürünlerin EN 61000 4 -3 [2] standardına göre
yapılan ışınımla bağışıklık testlerinde, test öncesi SDİ uygulanarak düzgün alan kalibrasyonu yapılmakta, test
esnasında ise kalibrasyon değerleri kullanılarak 1 kHz, %80 AM modülasyonu ile testler yapılmaktadır. AM
modülasyonu ile testler yapılırken, test esnasındaki güç seviyesi, kalibrasyon esnasındaki güç seviyesinden daha
yüksek olduğu için ticari ürünlerde genellikle SDİ uygulamasında değil de, modülasyon uygulaması sırasında
bozulmalar görülmektedir. Askeri ışınımla bağışıklık testlerinde TAC’ ın performansı kamera ile izlenerek,
TAC’ın cevap süresinden az olamamak şartı ile en az 3 sn modülasyon uygulanarak testler
gerçekleştirilmektedir. PM uygulama anındaki güç seviyesi, SDİ uygulaması sırasındaki güç seviyesinden daha
az olduğu için çoğu zamanlarda TAC’ da SDİ uygulaması sırasında bozulmalar görülmekte ve bazen bu
bozulmalar kalıcı olabilmektedir. Test mühendisleri bu bozulmaların SDİ’ den mi yoksa PM modülasyonundan
mı kaynaklandığını ayırt edememektedirler ve bu durum test laboratuvarları arasında farklılıklara sebep
olmaktadır.
Askeri testlerde her zaman tepe detektörü kullanılmaktadır. MIL-STD461F standardı uyarınca, tepe detektörü bir
işaretin modülasyon zarfının en yüksek değerini tespit etmektedir. Ölçüm alıcıları aynı tepe seviyesini üreten bir
sinüs dalgasının eşdeğer RMS değeri cinsinden kalibre edilmelidirler. Bu sebeple, eğer standarda tam uygun test
yapılmak istenirse askeri ışınımla bağışıklık testlerinde kullanılan güç ölçerler ve alan sensörlerinin modülasyon
faktörleri test yazılımına girilerek okunan değerlerin düzeltilmesi gerekmektedir.
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
2. Deney Düzeneği ve Ölçüm Sonuçları
Bu çalışma için UME EMC laboratuvarı tarafından TESEQ C3 Immunity yazılımı kullanılarak, MIL STD-461F
standardında belirtilen frekans adımları ile aynı olacak şekilde hem elektrik alan probunun hemde güç ölçerin
modülasyon faktörlerini bulan bir yazılım tasarlanmıştır. Tasarlanan yazılım, kullanıcıya hem SDİ altında hemde
modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme yöntemine göre test yapma seçeneği sunmaktadır. Ayrıca aynı
yazılım, testler öncesinde elektrik alan probu ve güç ölçerin ilgili frekans aralıklarında modülasyon faktörlerinin
bulunmasını da sağlamaktadır.
PM faktörlerini bulmak için yazılım aracılığı ile elektrik alan probuna ilk olarak SDİ, daha sonra da PM işaret
uygulanmış, elektrik alan probu ve güç ölçerin her iki durum içinde göstermiş olduğu değerlerden modülasyon
faktörleri elde edilerek test yazılımına girilmiştir. Ayrıca, bu uygulama için farklı üreticilere ait bazı elektrik alan
probları da kullanılarak her probun PM sinyallerini düzgün bir şekilde okuyamadığı görülmüştür. Testlerde
kullanılan elektrik alan probu ve güç ölçere ait PM düzeltme faktörleri (DF) Şekil 1’de verilmiştir. Şekil 1’de
görüldüğü gibi elektrik alan probu ve güç ölçer için beklenildiği gibi PM faktörleri 3 dB – 4 dB civarındadır.
Grafiklerde, çok sık frekans taraması yapıldığı için bazı noktalardaki rezonanslar da tespit edilebilmiştir.
Şekil 1. Elektrik alan probu ve güç ölçerin modülasyon (PM) düzeltme faktörleri
Testler öncesinde; bu araştırma kapsamında seçilen 100 MHz – 1 GHz frekans aralığında, MIL STD 461F
standardındaki frekans adımlarına uygun olarak, yukarıda anlatıldığı üzere, kullanılacak elektrik alan probunun
ve güç ölçerin PM faktörleri bulunmuştur. Daha sonra SDİ altında alan seviyelendirme yöntemi ile
modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme yöntemi arasındaki farkı göstermek için örnek bir cihaz olarak
ekranında sıcaklık ve nem değerlerini gösteren Şekil 2.a’da verilen elektronik sıcaklık/nem ölçer kullanılmıştır.
Ölçümler yalıtkan masa üzerinde, verici anten ile cihaz arasındaki mesafe 1.4m ve verici anten yüksekliği 1.48m
olacak şekilde Şekil 2.b’ de verildiği üzere ayarlanarak test öncesi sıcaklık/nem ölçerin gösterdiği değerler
kaydedilmiştir. TAC için geçme/kalma kriteri şu şekilde belirlenmiştir. TAC üzerine modülasyonlu sinyal
uygulandığında TAC ekranındaki sapma değeri sıcaklık için ±2° değerini, nem için ise % 0.5 değerini
aşmamalıdır. Şayet ekrandaki değerler, verilen toleransları aşarsa TAC başarısız, aşmaz ise başarılı kabul
edilecektir.
a)
b)
Şekil 2. a) Testlerde kullanılan sıcaklık/nem ölçer cihazı, b) RS103 ışınımla bağışıklık test düzeneği.
İlk olarak Şekil 3.a’ da gösterildiği üzere yarı yansımasız oda içerisindeki TAC’ın referans sıcaklık/nem
değerleri sırasıyla 28.4° ve %47.4 olarak kaydedilmiştir. Ölçümler, 100 MHz – 1 GHz frekans aralığında hedef
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
elektrik alan 15 V/m olacak şekilde yapılmıştır. TAC, birçok frekans aralığında etkilenmesine rağmen, en
şiddetli etkilenmesi 100.7 MHz frekansında gerçekleşmiştir. Öncelikle standardın istediği gibi 3 saniye
uygulama süreli ve modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme yöntemine göre testler yapılmış, Şekil 3.b’de
görüldüğü gibi sıcaklık/nem değerleri 26.6° ve %47.1 olarak gözlenmiştir. TAC’ın gösterdiği değerler bu
koşullarda belirtilen tolerans değerlerini sağlamıştır. Daha sonra SDİ altında seviyelendirme metoduna göre
testler yapılmış, Şekil 3.c’de görüleceği gibi PM uygulamasından hemen önceki SDİ uygulaması anında TAC
üzerindeki sıcaklık/nem değerleri 22.9° ve %46.5 olarak izlenmiş, PM uygulaması anında ise 26.6° ve %47.1
olmuştur. SDİ uygulama anında oluşan duruma göre TAC testlerden başarısız olurken PM anındaki durumda ise
belirtilen toleransları sağlamıştır. Cihaz üzerindeki bu değişim bazen farklı cihazlarda çok yavaş olabildiği için,
test mühendisleri etkilenmenin SDİ esnasında mı yoksa PM anında mı olduğunun kararını verememektedirler.
Yine bazı cihazlarda SDİ uygulamasında TAC’ da kalıcı bozulmalar olmakta ve PM anında da bu bozulmalar
devam ettiği için TAC’ ın performansı hakkında net karar verilememektedir.
a)
b)
c)
Şekil 3. a) Sıcaklık/nem ölçer için referans değerler, b) Modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metodu
uygulamasında sıcaklık/nem ölçerin değerleri, c) SDİ altında seviyelendirme metodu uygulamasında sıcaklık
nem/ölçerin değerleri
Sonuç olarak, RS103 testinin standartta belirtildiği üzere modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metoduna
göre yapılması önerilmektedir. Ancak laboratuvarların elektrik alan probları, güç ölçerleri ve test yazılımları bu
yöntem için uyumsuz ise TAC testlerden başarısız olmadığı sürece yine SDİ altında seviyelendirme metodu
kullanılarak testlere devam edilebilir. Eğer TAC, SDİ altında seviyelendirme metodu ile testlerden başarısız
olursa, PM süresi daha da uzatılarak bozulmanın SDİ’ den mi yoksa PM’ den mi kaynaklandığı net tespit
edilmelidir. Ancak SDİ anında kalıcı bozulma oluyor ve PM’ de bu durum devam ediyor ise TAC’ ın
performansı hakkında karar vermek çok güç olacağı için modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metodu
kaçınılmaz olmaktadır.
3. Sonuç
Bu çalışmada, örnek bir TAC üzerinde RS103 ışınımla bağışıklık testlerinde kullanılan SDİ altında
seviyelendirme ve modülasyonlu sinyal altında seviyelendirme metotlarına göre testler yapılmış, her iki yöntem
arasındaki farklar ve test sonuçları deneysel olarak incelenmiştir.
4. Kaynaklar
[1]. “Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems And
Equipment”, Department of Defence USA, MIL-STD-461F-2007
[2]. EN61000-4-3:2006 Testing and measurement techniques – Radiated, radio-frequency, electromagnetic field
immunity test

Download Report